Calculer une batterie de condensateurs : méthode et exemple
Supprimer la facturation de l’énergie réactive commence par un calcul simple : la puissance de la batterie de condensateurs en kvar. Voici la méthode utilisée par les bureaux d’études, avec un tableau de coefficients et un exemple chiffré.
1. Rassembler les données
Il faut la puissance active appelée P (kW) et le facteur de puissance actuel cos φ1. Sur une facture moyenne tension, on les déduit des énergies active (kWh) et réactive (kvarh) : tan φ1 = énergie réactive / énergie active. Pour un dimensionnement fin, une campagne de mesure de quelques jours avec un analyseur de réseau donne la courbe de charge et le taux d’harmoniques.
2. Appliquer la formule
La puissance réactive à installer est Qc = P × (tan φ1 − tan φ2), où φ2 correspond au facteur de puissance visé. Le tableau ci-dessous donne directement le coefficient (tan φ1 − tan φ2) pour les cas les plus fréquents.
| cos φ actuel | tan φ actuel | Coefficient pour cos φ 0,95 | Coefficient pour cos φ 0,98 |
|---|---|---|---|
| 0,70 | 1,020 | 0,691 | 0,817 |
| 0,75 | 0,882 | 0,553 | 0,679 |
| 0,80 | 0,750 | 0,421 | 0,547 |
| 0,85 | 0,620 | 0,291 | 0,417 |
| 0,90 | 0,484 | 0,155 | 0,281 |
3. Exemple chiffré
Une usine appelle 400 kW avec un cos φ de 0,75. Pour atteindre 0,95 : Qc = 400 × 0,553 ≈ 221 kvar. On retient une batterie automatique de 225 à 250 kvar, découpée en gradins (par exemple 25 + 50 + 50 + 50 + 50 kvar) pilotés par un régulateur varmétrique qui suit la charge.
4. Vérifier les harmoniques
Les condensateurs et l’inductance du transformateur forment un circuit résonant. Si des variateurs, onduleurs ou redresseurs injectent des courants harmoniques proches de cette fréquence, les condensateurs surchauffent et l’installation peut être perturbée. On choisit alors une batterie à selfs anti-harmoniques : accord à 189 Hz (p = 7 %) dans la plupart des cas, 134 Hz (p = 14 %) quand l’harmonique de rang 3 est importante.
- Charges non linéaires faibles : batterie standard
- Variateurs nombreux ou THDi élevé : batterie à selfs p = 7 %
- Forte charge monophasée électronique (rang 3) : selfs p = 14 % ou filtre actif
5. Fixe ou automatique ?
Une batterie fixe convient lorsque la puissance réactive est stable, par exemple pour compenser la consommation à vide d’un transformateur ou un gros moteur qui tourne en continu. Dès que la charge varie dans la journée, une batterie automatique évite la surcompensation, qui ferait remonter la tension et pourrait elle aussi être facturée.
Questions fréquentes
Quelle valeur de cos φ faut-il viser ?
En pratique 0,95 ou plus au point de livraison, ce qui laisse une marge par rapport aux seuils de facturation habituels et limite les pertes. Viser 1 n’est pas utile et expose à la surcompensation lorsque la charge baisse.
Comment trouver le cos φ sur une facture d’électricité ?
Divisez l’énergie réactive (kvarh) par l’énergie active (kWh) de la même période : vous obtenez tan φ, puis cos φ = 1 / √(1 + tan² φ). Exemple : 0,882 donne cos φ ≈ 0,75.
Une batterie de condensateurs réduit-elle la consommation en kWh ?
Très peu : elle réduit surtout l’énergie réactive facturée et le courant dans les câbles et le transformateur, donc les pertes Joule. L’économie principale vient de la suppression de la pénalité réactive.