L’électricité est distribuée sous forme de courant alternatif par les réseaux de distribution. L’électricité consommée se compose d’une partie active qui créée un mouvement ou encore de la chaleur ainsi que d’une partie réactive utile pour les équipements électriques composés de circuits magnétiques et/ou de capacités.
Il existe 3 puissances : active, réactive et apparente sur le marché de l’électricité. Elles sont liées par le triangle des puissances. Nous allons nous intéresser ici principalement à la puissance réactive.
Définition de la puissance active
La puissance active, exprimée en Watt (W) est la puissance transformée en chaleur ou en mouvement. C’est la puissance définit comme « utile » de l’électricité.
Définition de la puissance apparente
La puissance apparente, exprimée en Volt Ampère (VA) correspond à la somme vectorielle de la puissance active et de la puissance réactive.
Définition de la puissance réactive
La puissance réactive correspond à la puissance « non utile », « invisible » de l’électricité, dans le sens où elle ne produit pas de travail thermique. Elle n’est pas transformée en énergie utile. Elle n’est pas directement convertie en chaleur, en mouvement ou en lumière. En effet, dans les installations électriques, seule une partie de l’énergie est récupérée. L’autre, perdue, est la conséquence des champs magnétiques provoqués par certains systèmes électriques, principalement ceux équipés d’un bobinage. Ces systèmes correspondent aux moteurs tournants, appareils de froid, composants informatiques.
Cette puissance réactive est transportée par le réseau électrique, ce qui engendre donc un courant appelé plus important et un surdimensionnement des installations.
Par analogie, la puissance réactive correspond à la mousse que l’on trouve au-dessus de la bière. Pour reprendre les 3 puissances : – la puissance active est la bière, – la puissance réactive : la mousse et à elles deux, elles forment – la puissance apparente. La puissance active (la bière) est utilisée efficacement tandis que la puissance réactive (la mousse) augmente la puissance à transporter comme la mousse augmente la quantité dans le verre.
Qui consomme de l’énergie réactive ?
Les principaux consommateurs d’énergie réactive sont les gros consommateurs, notamment dans l’industrie qui utilisent des machines à souder, des fours à induction et à arc, des moteurs asynchrones, des transformateurs ou encore des lampes à fluorescence. Ce sont les équipements qui génèrent un champ magnétique pour fonctionner.
Également, avec l’usure et le temps, certaines machines industrielles se détériorent et peuvent provoquer une forte puissance réactive.
Les consommateurs particuliers, eux, ont une consommation avec un impact trop faible pour que leur puissance réactive ait une répercussion pour le réseau.
Quels sont les deux types d’énergie réactive ?
L’énergie réactive inductive
L’énergie réactive inductive est plutôt générée par les moteurs, ou encore les transformateurs. Pour les charges inductives, une puissance est nécessaire pour magnétiser les bobines.
L’énergie réactive capacitive
L’énergie réactive capacitive, elle, est provoquée par des équipements électroniques comme les condensateurs et des longs câbles. Pour charger cette capacité, cela nécessite de l’énergie.
Comment l’énergie réactive est-elle calculée ?
L’énergie s’exprime en différentes unités. Pour l’énergie active consommée, c’est le en kilo Watt heure (kWh). L’énergie réactive est exprimée kilo Volt Ampère Réactif heure (kVARh). L’énergie apparente est la somme vectorielle de l’énergie active et réactive et s’exprime en kilo Volt Ampère heure (kVAh). Cette somme vectorielle dépend de l’angle de la puissance apparente avec la puissance active. Le cosinus et la tangente de cet angle définissent l’enjeu de la partie réactive et permet de facturer les dépassements.
Le rapport entre la puissance active et la puissance apparente est indiqué par le cos-phi et la tangente-phi.
Mathématiquement, les trois puissances sont représentées ainsi :
Avec le théorème de Pythagore la relation entre les trois puissances est la suivante :
Avec la trigonométrie, les relations entre ϕ, P, Q et S sont les suivantes :
Ainsi, si pour un pas 10 minutes la puissance active est de 4 W, et, la puissance réactive de 3 VAR :
La puissance apparente est égale à 5 VA,
Le cos(ϕ) est égal à 0,7,
La tan(ϕ) est égal à 0,93.
Plus le cos(ϕ) se rapproche de 1, moins la puissance réactive est importante.
Plus la tan(ϕ) se rapproche de 1, plus la puissance réactive est importante.
L’angle de déphasage ϕ correspond à un déphasage entre la tension (énergie contenue dans les électrons, exprimée en Volt) et l’intensité (déplacement des électrons, exprimée en Ampère). En effet, pour un phénomène purement actif, aucun déphasage n’apparait entre ces deux grandeurs, la puissance apparente est alors égale à la puissance active.
Lorsqu’un phénomène inductif apparaît (électromagnétisme), l’intensité « prend du retard » par rapport à la tension, et un angle de déphasage apparaît.
Lorsqu’un phénomène capacitif apparaît (condensateur), l’intensité « prend de l’avance » par rapport à la tension, dans ce cas aussi un angle de déphasage apparaît.
Ainsi, à un instant t il ne peut y avoir qu’une seule des deux puissances réactives, soit inductive, soit capacitive. En revanche, il est tout à fait possible en dix minutes de consommer les deux puissances réactives et par exemple : d’avoir pendant cinq minutes un phénomène principalement inductif puis, pendant cinq autres minutes un phénomène principalement capacitif.
Quels impacts peut avoir la puissance réactive ?
Les utilisateurs qui sont raccordés en HT (haute tension), HTB (C1, C2, C3) et basse tension >36 kVA (C4) se voient facturer l’énergie réactive en cas de dépassement du seuil fixé par les distributeurs. Le calcul du ratio de la tangente phi correspond à l’énergie réactive / énergie active. Si le ratio dépasse 40% (0.4) (la valeur idéale étant 0), le gestionnaire facture le surplus. Le consommateur aura donc des pénalités de Novembre à Mars et de 06h à 22h, seulement pour la partie qui dépasse ce seuil de 0.4. Le calcul de la pénalité se trouve dans le turpe. Il peut mettre en place des solutions de compensation. En dessous de 40% (.4), les consommateurs n’auront pas de coût.
Une puissance réactive trop importante surcharge les réseaux et les transformateurs. Les pénalités ont donc pour rôle d’inciter les sites concernés à compenser leurs installations et donc à diminuer leur puissance réactive.
Si l’on reprend l’exemple du verre de bière : la puissance active (bière) et la puissance réactive (mousse) s’additionnent pour avoir la puissance totale (la quantité totale qui se trouve dans le verre) qui circule dans l’installation. En cas d’une quantité totale trop importante dans le verre, pour que cela ne déborde pas, il faut alors prendre un verre plus grand. Dans le cas d’une puissance réactive trop importante, il faudra alors une plus grande capacité de connexion au réseau électrique, davantage de puissance du transformateur ainsi qu’une installation plus conséquente. La puissance réactive augmente la puissance apparente et par conséquent la capacité nécessaire de l’installation.
Comment et pourquoi diminuer sa puissance réactive ?
L’énergie réactive peut être compensée par des dispositifs appropriés permettant la réduction de l’énergie totale soutirée au réseau. Il faut tout d’abord évaluer le coût d’installation d’un système de compensation par rapport à l’économie réalisée. La solution de compensation viendra donc diminuer la puissance réactive qui générait des pénalités et allègera la facture énergétique.
Batteries de condensateurs
La puissance réactive inductive peut être compensée par des batteries de condensateurs qui peuvent fournir de l’énergie réactive aux bobines. En d’autres termes, grâce à des batteries de condensateurs, toute ou partie de la puissance réactive inductive est compensée sans passer par le réseau.
Pour conclure, la puissance réactive peut être une source de coûts énergétiques supplémentaires principalement pour les gros consommateurs comme les industries. Il est donc important de connaître sa puissance réactive et les potentielles pénalités qu’elle engendre pour évaluer la nécessité de mettre en place un système de compensation.
