Batteries de condensateurs : mesures de prévention et bonnes pratiques
Les batteries de condensateurs*, appelées également batteries de compensation d’énergie réactive, est un dispositif qui permet de stocker de l’énergie électrique dans des condensateurs unitaires, monophasés ou triphasés, et de la libérer lorsque c’est nécessaire. Ainsi, ces batteries permettent de compenser l’énergie requise pour les machines fonctionnant grâce à un champ magnétique, dite énergie réactive. L’utilisation de ces batteries se retrouve dans le milieu industriel et également dans les énergies renouvelables.
Quels sont les risques des armoires de batteries de condensateurs ? Comment se protéger face à un risque incendie ?
1. Batteries de condensateurs : quel intérêt ?
Les industries installent très souvent des batteries de condensateurs* qui permettent de compenser les pertes d’électricité liées à l’énergie réactive. Avant de rentrer dans le vif du sujet, rappelons quelques notions d’électricité.
RAPPEL SUR L’ÉLECTRICITÉ
Les différentes puissances
En électricité, il existe différentes puissances : apparente, active et réactive.
La puissance apparente
Tout d’abord, la puissance apparente* est la capacité maximale que peut supporter une installation électrique. Dès lors, il s’agit de la puissance électrique totale mise à disposition. Elle s’exprime en Voltampères (VA) et correspond à la puissance souscrite par la société.
Puissance apparente (S) = Tension* (V) x Courant (A)
La puissance active
Ensuite, la puissance active*, ou puissance réelle, est une composante du courant alternatif et représente la quantité d’énergie réellement consommée par une machine électrique pour son bon fonctionnement (mouvement, lumière, chaleur…). Elle se mesure en Watt et se traduit donc par une puissance convertie en chaleur ou en force mécanique. Ainsi, plus la puissance active est haute, plus la vitesse de transformation du courant sera élevée.
Puissance active (W) = Tension (V) x Courant (A) x Cos φ
*cos φ représente le facteur de puissance variant de 0 à 1 (1 correspond à une consommation d’énergie totale).
Dès lors que cos φ est inférieur à 1, cela signifie qu’il y a une consommation d’énergie réactive.
La puissance active joue un rôle très important dans la détermination de la charge réelle sur un réseau électrique. C’est donc pour cela que les compteurs d’électricité mesurent cette donnée pour évaluer la quantité d’énergie consommée et facturer en conséquence.
La puissance réactive
Enfin, à l’inverse de la puissance active, la puissance réactive* crée un champ magnétique permettant de faire fonctionner des machines électriques dotées de bobines (machines à induction, transformateurs…). Elle se mesure en Voltampères réactifs (VAR). En définitive, plus la puissance réactive est élevée, plus la demande en courant sera élevée (et donc la facture aussi).
Puissance réactive (VAR) = Tension (V) x Courant (A) x Sin φ
*sin φ représente l’angle de déphasage entre la tension et l’intensité. Il est de 0 lorsque la tension et le courant sont parfaitement synchronisés et en phase.
La relation entre les puissances
En conclusion, la relation entre la puissance apparente, la puissance active et la puissance réactive s’appelle le triangle des puissances. Finalement, la puissance active a besoin de la puissance apparente pour donner de la force et de la puissance réactive pour entrainer le mouvement.
LE RÔLE DE LA BATTERIE DE CONDENSATEURS
Les batteries de condensateurs compensent cette puissance réactive en fournissant de l’énergie réactive aux bobines. Ainsi, elles viennent compenser l’énergie réactive dont le rôle est d’alimenter les circuits magnétiques des machines électriques. Installer une batterie de condensateurs présente donc de nombreux avantages.
Correction du facteur de puissance
L’un des principaux avantages des batteries de condensateurs est leur capacité à corriger le facteur de puissance* dans les systèmes d’alimentation électrique.
Facteur de Puissance = Puissance active / Puissance réactive
Un bon facteur de puissance se rapproche de 1. Si le facteur de puissance est égal à 1, cela signifie qu’il n’y a aucune consommation d’énergie réactive et inversement.
Ainsi, l’utilisation de batteries de condensateurs permet de compenser cette puissance réactive en stockant l’énergie réactive. Cela permet donc d’améliorer l’efficacité globale du système électrique, de réduire les pertes d’énergie et d’éviter les pénalités liées au faible facteur de puissance.
Économies d’énergie
Outre cela, l’utilisation de batteries de condensateurs peut réduire les pertes d’énergie et les coûts associés. En améliorant le facteur de puissance, elles permettent une utilisation plus efficace de l’énergie électrique, réduisant ainsi les pertes de transmission et de distribution. Cela se traduit par des économies d’énergie et une meilleure efficacité énergétique globale.
Stabilisation de la puissance
Par ailleurs, les batteries de condensateurs peuvent aider à stabiliser la tension dans un système électrique. Lorsque des charges inductives* sont présentes, elles peuvent provoquer des chutes de tension et des fluctuations indésirables. En compensant les charges inductives avec des condensateurs, la batterie de condensateurs peut maintenir une tension plus stable et éviter les problèmes de qualité de l’énergie électrique.
2. Les risques des armoires de batteries de condensateurs
LE RISQUE D’INCENDIE OU D’EXPLOSION
Premièrement, les batteries de condensateurs contiennent des condensateurs qui peuvent stocker une grande quantité d’énergie électrique. En cas de défaillance du condensateur ou de court-circuit, il peut y avoir un risque d’explosion ou d’incendie. Des mesures de sécurité appropriées doivent donc être mises en place, telles que des dispositifs de protection contre les surintensités et les surtensions, pour minimiser ces risques.
En outre, les batteries de condensateurs peuvent générer de la chaleur lorsqu’elles sont en fonctionnement, en particulier en cas de surcharge ou de mauvaise ventilation de l’armoire. Ainsi, une surchauffe excessive peut entraîner des défaillances du système, des dommages aux composants et, dans certains cas, des incendies. Il est important de surveiller la température et de maintenir une ventilation adéquate pour prévenir les risques de surchauffe.
LE RISQUE ÉLECTRIQUE
Deuxièmement, les armoires de batteries de condensateurs sont soumises à des tensions élevées. De ce fait, une mauvaise manipulation ou un contact accidentel avec des parties sous tension peut entraîner des chocs électriques potentiellement dangereux pour les personnes. Il est essentiel de prendre les précautions nécessaires, telles que l’isolement des parties sous tension, le verrouillage et l’étiquetage appropriés, et de s’assurer que seules des personnes formées et qualifiées interviennent sur ces équipements.
LE RISQUE GAZ
Troisièmement, dans certaines situations, les batteries de condensateurs peuvent émettre des gaz ou des substances nocives lorsqu’elles sont endommagées ou en cas de défaillance. Ces émissions peuvent donc être dangereuses pour la santé des personnes et nécessitent une ventilation adéquate des armoires pour évacuer les gaz potentiellement toxiques.
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3. Les solutions pour limiter les risques sur les batteries de condensateurs
EN AMONT DE L’INSTALLATION
Un audit sur site par un professionnel
Tout d’abord, pour éviter tout risque, il est important de faire appel à un professionnel qui viendra auditer votre site, afin de proposer une conception et une installation appropriée. Outre cela, l’armoire doit être conçue et installée conformément aux normes et réglementations en vigueur : sur l’électricité, sur la mécanique…
Le bureau d’études va analyser différents points du site :
- Qualité de la tension.
- Mesure de la puissance, des fréquences.
- Localisation des perturbations sur le circuit.
- Présence de décalage de phase.
- Relevé des perturbations.
Le choix du matériel
Le choix du matériel est très important. Tout d’abord, il faut déterminer la puissance des condensateurs afin de compenser suffisamment l’énergie réactive (analyse des factures électriques, mesures sur site…).
Aussi, en fonction du compte-rendu de l’audit, les batteries de condensateurs pourront intégrer certaines options : anti-feu, filtre anti-harmonique, relai varmétrique*, fusibles, disjoncteurs… Au-delà des options possibles, les batteries de condensateurs devront répondre aux normes et réglementations en vigueur.
La configuration des locaux et l’environnement
Une compensation globale
L’installation d’une armoire avec des batteries de condensateurs doit se faire dans un local conforme à la réglementation :
- Local indépendant et ventilé, assurant un degré coupe-feu de 2h.
- Une température <30°C.
- Une humidité de 50%.
Une compensation par zone
Il est possible d’installer des batteries de condensateurs dans les tableaux électriques divisionnaires, sur chacune des zones concernées.
Une compensation individuelle
Une batterie de condensateurs peut également être installée directement à proximité de la charge consommatrice de l’énergie réactive.
EN AVAL DE L’INSTALLATION
La détection incendie et l’extinction automatique
L’installation d’une détection automatique d’incendie est fortement préconisée dans l’armoire des batteries de condensateurs, avec report d’alarme dans un local occupé en permanence ou à un centre de télésurveillance.
De plus, il est conseillé également de mettre en place un système d’extinction automatique directement dans l’armoire ou dans le local afin de minimiser les conséquences d’un départ de feu (cf. article sur la protection des armoires électriques).
La détection de gaz
En plus de la détection incendie et de l’extinction automatique, il est possible de prévoir une détection de gaz dans le local ou à proximité des batteries. Dès lors qu’un gaz est constaté, cela signifie qu’il y a une défaillance pouvant avoir de plus graves conséquences. En outre, la détection de gaz permet également de protéger les salariés travaillant à proximité. Des solutions fixes ou portatives existent et il est conseillé de faire appel à un expert pour savoir quoi choisir.
La maintenance et l’entretien
De toute évidence, souscrire à un contrat de maintenance et d’entretien de l’armoire des batteries de condensateurs est indispensable. Une vérification annuelle permet donc de s’assurer du bon fonctionnement et de l’état des batteries. Plusieurs points sont contrôlés :
- Courant à l’arrivée de la batterie de condensateurs.
- Température ambiante.
- Puissance de la batterie.
- Thermographie.
- Décharge des condensateurs.
- Nettoyage.
- État des composants…
4. Glossaire sur les batteries de condensateurs
Batterie de condensateurs : ensemble de condensateurs connectés en série ou en parallèle, conçu pour stocker de l’énergie électrique sous forme d’énergie électrostatique.
Charge inductive : composant ou dispositif électrique qui présente la capacité de stocker de l’énergie magnétique lorsqu’un courant électrique le traverse (type bobines).
Charge capacitive : composant ou dispositif électrique qui présente la capacité de stocker de l’énergie électrique sous forme de charge électrostatique lorsqu’une tension est appliquée.
Condensateur : appareil permettant d’accumuler de l’énergie électrique.
Facteur de puissance : paramètre utilisé pour évaluer l’efficacité de l’utilisation de l’énergie électrique dans un circuit. Il représente la relation entre la puissance active (réelle) et la puissance apparente dans un système électrique.
Intensité électrique : quantité d’électricité traversant un conducteur par unité de temps.
Tension électrique : différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit.
Puissance active : mesure de quantité réelle de puissance électrique consommée ou produite par un appareil ou un système électrique.
Puissance apparente : mesure de quantité totale d’énergie électrique transférée dans un circuit électrique.
Puissance réactive : composante de la puissance électrique résultant de l’interaction entre les éléments inductifs et capacitifs d’un circuit électrique.
Relai varmétrique : mesure la valeur du facteur puissance de l’installation et prend les décisions en conséquences (ouverture ou fermeture des contacteurs…).
