Puissance apparente : Calcul avec la formule p = ui cos phi
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La puissance apparente désigne la puissance maximale affichée sur le compteur. Elle représente la puissance maximale consommée durant une journée, et permet de constater si la puissance souscrite du compteur est bien adaptée aux besoins réels. L'unité de la puissance apparente est le kVA (kilovoltampères). Pour calculer la puissance apparente, il faut utiliser la formule suivante : S = U.I, où S est la puissance apparente en kVA, U est la tension en volts (U), et I est l'intensité du courant en ampères (A).
La puissance apparente est la somme trigonométrique de la puissance active et de la puissance réactive
La puissance apparente est la puissance maximale disponible pour faire fonctionner une installation électrique. Elle est la somme trigonométrique de la puissance active et de la puissance réactive.
Cette corrélation constitue le triangle des puissances, qui peut être illustré graphiquement de la manière suivante :
La puissance active
Définition de la puissance active
La puissance active est la composante de la puissance qui est effectivement convertie en énergie utile pour réaliser un travail réel (éclairage, chauffage, entraînement de moteurs, etc.). Elle correspond à la portion d'énergie consommée en permanence par les appareils électriques et représente la véritable dépense d’énergie dans un système. La puissance active s'exprime en watts.
Formule de calcul de la puissance active
La puissance active est calculée à l'aide de la formule suivante :
P = V.I.cos(φ)
Dans le détail, on a :
- P la puissance active exprimée en watts ;
- V la tension exprimée en volts (V) ;
- I le courant efficace exprimé en ampères ;
- cos(φ) le cosinus de l'angle de déphasage entre la tension et le courant. Cette valeur est également appelée facteur de puissance.
La puissance réactive
Définition de la puissance réactive
Selon la norme VDE 0100-710, la puissance réactive est la puissance électrique qui circule entre les conducteurs de phase et le conducteur neutre d’un réseau triphasé, mais qui n’est pas en mesure d’effectuer un travail mécanique. Elle est mesurée en kilovoltampères réactifs (kVAr),
Formule de calcul de la puissance réactive
La puissance réactive peut être calculée grâce à la formule suivante :
Q = U.I.sin(φ)
Dans le détail, on a :
- Q = Puissance réactive (kVAr) ;
- U = Tension (V) ;
- I = intensité (A) ;
- sin(φ) = le sinus du déphasage entre la tension et le courant, soit le facteur de puissance
Quel est le rôle de la puissance réactive ?
Dans un système triphasé, en plus de l’énergie qui effectue un travail concret (la puissance active), une partie de l’électricité oscille entre les phases et le neutre. Cette oscillation est due aux composants réactifs du circuit qui stockent et restituent l’énergie sans la consommer entièrement. La puissance réactive ne produit pas d’effet visible comme le mouvement ou la lumière.
La puissance réactive est cependant indispensable, car elle permet de générer et de soutenir les champs électromagnétiques nécessaires au fonctionnement des équipements électriques tels que les moteurs et les transformateurs. Par exemple, dans un moteur électrique, le courant traverse des bobines qui génèrent un champ magnétique. Le champ électromagnétique est indispensable pour la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Cependant, une fois établi, il doit être perpétué pour assurer le bon fonctionnement continu du moteur. La puissance réactive intervient alors en alimentant en énergie ces composants sans être consommée pour produire un travail tangible, assurant ainsi le maintien des conditions indispensables au fonctionnement de l’appareil.
De plus, la puissance réactive permet à l'énergie d'être échangée de manière cyclique. Dans un circuit en courant alternatif composé d’éléments réactifs tels que des inductances (bobines) ou des capacités (condensateurs), l’énergie ne circule pas de manière unidirectionnelle. En effet, elle oscille entre la source d’alimentation et les composants réactifs.
Inductances, capacités, de quoi parle-t-on ?
- Une inductance est un composant électrique conçu pour stocker de l'énergie sous forme de champ magnétique lorsqu'un courant électrique le traverse. Généralement réalisée sous forme de bobine, l'inductance s'oppose aux variations brusques du courant grâce à l'induction électromagnétique. Lorsqu'une variation de courant intervient, la bobine réagit en créant une tension induite qui tend à contrer ce changement, conformément à la loi de Lenz. Ce comportement permet de filtrer ou de lisser les courants, de limiter les surtensions, et est fondamental dans des applications telles que les transformateurs, les moteurs et les circuits de filtrage ;
- Une capacité, souvent matérialisée par un condensateur, est un composant électrique qui stocke de l'énergie sous forme de champ électrique créé entre deux conducteurs séparés par un isolant. Lorsqu'une tension s'applique au condensateur, des charges opposées s'accumulent sur ses plaques, générant un champ électrique et emmagasinant ainsi de l'énergie. Cette énergie peut être libérée lorsque le circuit le nécessite, permettant d’alimenter des dispositifs ou de lisser des tensions électriques. Le comportement des capacités permet de compenser la consommation d'énergie réactive afin de corriger le facteur de puissance dans les installations électriques.
Par exemple, lorsqu’un courant traverse une inductance, l’énergie réactive est stockée temporairement dans son champ magnétique. Une fois le maximum de stockage atteint, cette énergie est progressivement restituée au circuit quand le champ se dissipe. De façon analogue, une capacité stocke et libère de l’énergie dans son champ électrique. Ce va-et-vient constant, piloté par la nature alternative du courant, constitue l’échange cyclique d’énergie caractéristique de la puissance réactive. Ainsi, l’énergie est alternativement stockée et restituée sans être consommée, car elle ne se transforme pas en travail effectif. Ce processus est indispensable pour la dynamique du circuit, parce qu'il permet l’établissement et la modulation des champs électromagnétiques requis par les équipements.
Comment calculer la puissance apparente ?
Les formules de calcul de la puissance apparente
La formule de la puissance apparente est la suivante :
S=U.I
Où :
- S = Puissance apparente (VA) (homogène à des Watts)
- U = Tension (V)
- I = Intensité (A)
Il est également possible d'utiliser la formule suivante :
S=√(P²+Q²)
Où :
- S = Puissance apparente (VA) (Volt-Ampère)
- P = Puissance active (W)
- Q = Puissance réactive (VAR)
Exemple de calcul de la puissance apparente
Considérons un circuit monophasé alimenté en courant alternatif avec une tension efficace de 230 volts et un courant efficace de 10 ampères. La puissance apparente S se calcule simplement en multipliant la tension par le courant.
On a alors :
S=U.I
Soit :
S = 230 × 10 = 2300
Un circuit monophasé en courant alternatif avec une tension efficace de 230 volts et un courant efficace de 10 ampères a une puissance apparente de 2 300 kVA.
Comprendre le lien entre puissance apparente et facteur de puissance pour optimiser l’efficacité énergétique
Qu'est-ce que le facteur de puissance ?
Le facteur de puissance est un chiffre compris entre 0 et 1 indiquant le rapport entre la puissance active et la puissance apparente.
Facteur de puissance = cos(𝜑) = Puissance active (P) / Puissance apparente
𝜑 représente l'angle de déphasage entre la tension et le courant.
Cet indicateur permet de mesurer l’efficacité avec laquelle l’énergie électrique est utilisée. Un facteur de puissance proche de 1 (ou 100 %) indique que presque toute l’énergie fournie est utilisée pour fournir de l'énergie active et générer un travail utile. À l'inverse, un facteur de puissance faible signifie qu’une grande partie de l’énergie oscille dans le système sans être convertie en travail utile. Selon EDF, le facteur de puissance d'une installation doit être au moins de 0,93 pour garantir l'efficacité de l'installation et éviter d'être pénalisé sur sa facture d'électricité. Le facteur de puissance est l'indicateur clé permettant de convertir les kVA en kW
Quelles sont les conséquences d'un facteur de puissance trop faible ?
Un facteur de puissance trop faible peut engendrer plusieurs conséquences négatives pour une installation électrique et son exploitation :
- Une augmentation des pertes électriques : Un facteur de puissance faible signifie qu'une grande part du courant ne produit pas de travail utile, mais oscille dans le système sous forme de puissance réactive. Ce courant supplémentaire provoque des pertes d'énergie dans les câbles, transformateurs et autres équipements, entraînant une consommation d'énergie plus importante et une surchauffe possible des composants. C'est ce qu'on appelle l'effet Joules ;
- Une surcharge des équipements : Pour fournir la même puissance active avec un facteur de puissance faible, l'installation doit supporter un courant plus élevé, ce qui peut saturer les équipements électriques et les réseaux de distribution. Cette surcharge peut accélérer l'usure des composants, réduire leur durée de vie et nécessiter des investissements supplémentaires pour agrandir ou renforcer l'infrastructure électrique ;
- Une perte d'efficacité du réseau : un facteur de puissance faible diminue la capacité effective du réseau à transporter de la puissance active, car une part significative de la capacité est occupée par la gestion de la puissance réactive. Cela peut limiter la possibilité d'ajouter de nouvelles charges sans réévaluer ni optimiser le système existant ;
- Une hausse de la facture d'électricité : Les entreprises consommant plus de 40 % d'énergie réactive se voient appliquer un prix de l'électricité plus élevé via la Composante Énergie Réactive (CER) du TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité).
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Optimiser la puissance apparente : comment améliorer le facteur de puissance de son installation ?
Pour optimiser la puissance apparente, il faut améliorer le facteur de puissance de l'installation afin de réduire les pertes et d'accroître l'efficacité du système.
L’une des méthodes les plus courantes pour améliorer le facteur de puissance consiste à installer des condensateurs de correction sur le réseau. Ces condensateurs compensent la puissance réactive produite par les charges inductives, comme les moteurs et transformateurs, en fournissant une composante capacitive opposée. Ce réglage réduit le déphasage entre la tension et le courant, augmentant ainsi le cosinus de l’angle de phase, c’est-à-dire le facteur de puissance. En conséquence, la puissance apparente nécessaire au bon fonctionnement de l'installation diminue grâce à la puissance active qui permet une utilisation plus efficiente des ressources électriques et une réduction des surcharges sur le réseau.
Une autre approche consiste à revoir la conception de l’installation afin de favoriser des équipements à haut rendement et à meilleur facteur de puissance. Par exemple, remplacer des moteurs anciens par des moteurs synchrones ou asynchrones à haut rendement, ou optimiser l’utilisation de variateurs de vitesse, peut significativement améliorer le facteur de puissance. Cette démarche s’accompagne souvent d’une étude détaillée de l’installation pour identifier les sources principales de consommation réactive et pour déterminer la taille adéquate des dispositifs de correction, comme les bancs de condensateurs.
Enfin, la surveillance continue du facteur de puissance, à l’aide de compteurs spécialisés ou de systèmes de gestion de l’énergie, permet de détecter rapidement tout déséquilibre. Cela facilite l’ajustement des dispositifs de compensation en temps réel et assure que l’installation fonctionne toujours proche d’un facteur de puissance optimal. En combinant ces stratégies, on parvient à optimiser la puissance apparente d’une installation, à réduire les pertes, à prolonger la durée de vie des équipements et à réaliser des économies d’énergie notables.
La puissance apparente, un levier pour optimiser sa facture d'électricité
La puissance apparente détermine le montant de l'abonnement à l'électricité, qui constitue la part fixe de la facture. Plus la puissance souscrite est élevée, plus l'abonnement est onéreux. C'est pourquoi la puissance apparente est un levier important pour optimiser sa facture d'électricité. Souscrire une puissance trop élevée augmente inutilement les coûts.
À l'inverse, une sous-estimation de la puissance apparente nécessaire peut entraîner, selon le profil de consommation du professionnel, 2 types de conséquences :
- Une disjonction du compteur pour les professionnels ayant un profil type Tarif Bleu (C5) et disposant d'un compteur Linky ;
- Des frais de dépassement de puissance pour les professionnels ayant une puissance souscrite strictement supérieure à 36 kVA.
Dans certains cas, il est parfois plus rentable pour les professionnels d'avoir des frais de dépassement de puissance ponctuels plutôt que payer un abonnement plus élevé pour augmenter sa puissance apparente. Il est donc nécessaire d'estimer sa consommation en électricité et de bien évaluer ses besoins énergétiques pour déterminer la puissance apparente la plus adaptée à ses besoins. Pour cela, il est recommandé de faire appel à un courtier en énergie.
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Quelles différences entre la puissance apparente triphasée et la puissance apparente monophasée ?
Les problématiques liées à la puissance apparente, et en particulier à la puissance réactive concernent essentiellement les installations munies d'un compteur triphasé. En effet, seuls certains appareils très énergivores consomment de l'énergie réactive et provoquent donc un déphasage entre la tension et le courant. Pour les installations en monophasé, la puissance apparente est généralement égale à la puissance active.
Le courant monophasé, courant non continu et alternatif, est fait d’une phase électrique. Les raccords sont composés d’uniquement deux câbles : un conducteur de phase rouge ou noir et un câble neutre. Un compteur électrique en monophasé pour des besoins dits « normaux », en dessous de 18 kVA, donc pour des particuliers ou de petits professionnels qui n’utilisent pas d’appareils spécifiquement énergivores.
Le courant triphasé est fait de quatre câbles : un neutre et trois conducteurs de phase. Un compteur triphasé peut fournir une tension trois fois plus importante qu'un compteur monophasé. Ainsi, on utilisera le triphasé quand il y a des besoins énergétiques très importants ou lorsqu’il faut une puissance de compteur supérieure à 18 kVA.
Quels sont les différents types de puissances apparentes ?
En fonction des caractéristiques d'un circuit électrique, du contexte spécifique et des paramètres de mesure utilisés, plusieurs types de puissance sont utilisés :
- La puissance apparente maximale ;
- La puissance efficace
- La puissance apparente soutirée ;
- La puissance apparente absorbée ;
- La puissance apparente complexe triphasée.
La puissance apparente maximale
La puissance apparente maximale est la puissance maximale (en kVA) appelée par un compteur lors d'une journée. Elle est consultable directement depuis le compteur Linky en appuyant sur la touche « + » jusqu'à voir apparaître "PUISS MAX".
La puissance apparente maximale est un bon indicateur pour savoir si la puissance souscrite du compteur est bien adaptée aux besoins réels de l'entreprise en électricité.
- Si la puissance maximale est supérieure à la puissance souscrite, il s'agit d'un dépassement de puissance. Si le compteur ne disjoncte pas, le dépassement de puissance est facturé au client. Si les dépassements de puissance sont fréquents, il peut être recommandé de souscrire une puissance plus élevée ;
- Si la puissance maximale est grandement inférieure à la puissance souscrite, le professionnel pourrait souscrire une puissance plus faible pour son compteur, sans que cela perturbe sa consommation d'électricité. Changer pour une puissance inférieure permet de payer un abonnement moins cher, et donc de réduire sa facture d'électricité.
La puissance apparente soutirée
La puissance apparente soutirée désigne la puissance apparente appelée par un compteur Linky .
Il suffit d'appuyer sur la touche « + » de son compteur jusqu'à voir apparaître « PUISS APP SOUTIR » pour connaître la puissance appelée dans son entreprise à ce moment précis.
Pour calculer la puissance apparente instantanée d'un circuit électrique, il faut multiplier la tension instantanée (v(t)) par le courant instantané (i(t)) et diviser le tout par 2, si les valeurs sont fiables.
P(t)=((v(t)) X(i(t)))/2
La puissance apparente instantanée peut être intégrée sur une période pour calculer la puissance apparente moyenne sur cette période.
La puissance efficace, ou puissance active
La puissance efficace, également appelée puissance réelle, est une mesure de la puissance réellement utilisée pour effectuer un travail dans un circuit en courant alternatif (CA). Elle est symbolisée par la lettre « P » et est mesurée en watts (W). Contrairement à la puissance apparente, la puissance efficace ne prend en compte que la composante de la puissance qui réalise un travail utile, en ignorant la puissance réactive.
La puissance efficace est calculée à l'aide de la formule suivante :
P = V.I.cos(ϕ) avec :
- P la puissance efficace exprimée en watts ;
- V la tension efficace exprimée en volts ;
- I le courant efficace exprimé en ampères ;
- cos(ϕ) le cosinus de l'angle de déphasage entre la tension et le courant. Cette valeur est également appelée facteur de puissance.
Plus concrètement, le facteur de puissance cos(ϕ)) indique l'efficacité avec laquelle l'énergie électrique est convertie en travail utile dans le circuit. Une valeur de facteur de puissance proche de 1 indique une utilisation efficace de l'énergie. Une valeur plus basse peut indiquer une proportion plus importante de puissance réactive, ce qui peut entraîner des pertes d'énergie dans le système électrique.
En résumé, la puissance efficace représente la véritable puissance utile dans un circuit en courant alternatif, excluant la puissance réactive. Elle est mesurée en watts.
La puissance apparente complexe triphasée
Pour les utilisateurs munis d'un compteur triphasé, la puissance apparente est souvent exprimée avec des grandeurs complexes triphasées.
La puissance apparente complexe triphasée est la somme des puissances apparentes des trois phases.
La formule de la puissance apparente triphasée est donc S(tri) = S(a)+S(b)+S(c)
❓ FAQ
Qu'est-ce qu'un bilan de puissance électrique ?
Un bilan de puissance électrique est un document qui liste l'ensemble des équipements électriques d'une maison, d'un bâtiment ou d'une entreprise. Il indique la puissance totale de chaque équipement.
Comment calculer la puissance apparente d'un transformateur ?
La formule pour calculer la puissance apparente d'un transformateur est la suivante :
P=I.U avec I (I) étant l'intensité en ampère, U étant la tension (U) en voltampère. D'autres formules peuvent être utilisées en fonction du contexte et des paramètres de mesure à disposition.