Puissance réactive : définition, calcul, coût, compensation

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La puissance réactive est une forme d'énergie qui circule dans le réseau sans effectuer de travail utile. Elle est liée aux équipements inductifs comme les moteurs, transformateurs ou appareils d'éclairage à ballast. Elle est calculée à partir de la puissance apparente (combinaison de la puissance active et réactive) et du facteur de puissance, qui est le rapport entre la puissance active (utilisée pour effectuer un travail) et la puissance apparente. Un facteur de puissance faible, inférieur à 0,93, indique une consommation excessive de puissance réactive et entraîne des frais de pénalités qui s'ajoutent au prix du TURPE. Pour éviter cela et optimiser l'efficacité énergétique de leur installation, les entreprises doivent compenser cette énergie réactive en installant un système de compensation adapté. Cela se traduit souvent par l'installation de batteries de condensateurs.

Qu’est-ce que la puissance réactive ?

La puissance réactive est la composante de la puissance électrique qui ne se transforme pas en énergie consommée. Elle sert uniquement à créer et à entretenir les champs électromagnétiques nécessaires au fonctionnement de certains appareils. La puissance réactive, notée Q, s'exprime en kVAr (kilovoltampères réactifs). Elle oscille entre la source et les équipements, ce qui signifie qu'elle est absorbée puis renvoyée en permanence.

Les charges dites inductives, typiquement utilisées dans l’industrie et le bâtiment, en sont les principales consommatrices. On peut notamment citer :

• Les moteurs asynchrones triphasés (pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs, etc) ;
• Les transformateurs, qui sont à l'origine de la création de champs magnétiques pour le transfert d'énergie ;
• Les bobines faisant office de relais électromagnétiques ;
• Les ballasts magnétiques, notamment pour l'éclairage fluorescent ;
• Le soudage à l'arc et les fours à induction.

Ces équipements utilisent la puissance réactive pour créer les champs magnétiques nécessaires à leur fonctionnement, et la restituent ensuite partiellement au réseau.

À quoi sert la puissance réactive ?

Le maintien du champ magnétique dans vos équipements

Dans vos installations industrielles ou commerciales, vous utilisez probablement des moteurs, des transformateurs et d'autres équipements électriques qui nécessitent un champ magnétique pour fonctionner. La puissance réactive est l'énergie utilisée pour maintenir ce champ magnétique. Bien qu’elle ne fournisse pas de travail direct (comme la puissance active), elle est essentielle pour assurer le bon fonctionnement de vos équipements. 

La puissance réactive permet la stabilité du réseau et de vos installations électriques

La puissance réactive est indispensable pour garantir la stabilité de vos installations et du réseau électrique qui les alimente. En effet, elle joue un rôle dans la régulation de la tension sur les réseaux électriques. En courant alternatif, la tension et le courant doivent rester en phase pour garantir le bon fonctionnement du système électrique.

Une mauvaise gestion de la puissance réactive peut entraîner des variations de tension :

• Si votre installation manque de puissance réactive, vous pourriez constater des baisses de tension, ce qui peut entraîner une instabilité du réseau, des pertes d'efficacité ou même des pannes. C'est notamment le cas lorsqu'un appareil comme un moteur ou un transformateur absorbe la puissance réactive. On parle alors de puissance réactive positive. Pour les entreprises, cela peut se traduire par des arrêts de production, des perturbations dans les services ou des coûts supplémentaires ;
• Si votre installation a trop de puissance réactive, cela fait augmenter la tension. Par exemple, l'ajout d'une batterie de condensateurs fournit de la puissance réactive au réseau. On parle alors de puissance réactive négative.

Dans les faits, les entreprises, notamment les entreprises industrielles, doivent généralement compenser une chute de tension sur leur réseau électrique en ajoutant des batteries de condensateurs qui vont injecter de la puissance réactive dans le réseau, et ainsi faire augmenter la tension.

Comment connaître la puissance réactive de son installation ?

La quantité d'énergie réactive consommée est indiquée sur le compteur électrique

Les compteurs communicants dédiés aux gros consommateurs comme le compteur PME-PMI ou le compteur SAPHIR enregistrent en temps réel votre consommation d'énergie réactive en kVAr.

Par exemple, sur un compteur PME-PMI :

• Les paramètres 130 et 230 indiquent la consommation d'énergie réactive positive en kVAr.h sur chaque plage temporelle ;
• Les paramètres 140 et 240 indiquent la consommation d'énergie réactive négative en kVAr.h sur chaque plage temporelle.

Pour consulter ces informations, il suffit d'appuyer sur les touches « + » ou « - » jusqu'à ce qu'elles apparaissent sur l'écran d'affichage.

La quantité d'énergie réactive consommée est indiquée sur votre facture d'électricité pro

La facture d'électricité des professionnels inclut une section consacrée au TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité), qui correspond au prix payé pour financer l'acheminement de l'électricité via les réseaux de transport et de distribution en France. Parmi les différentes composantes du TURPE, la Composante Énergie Réactive (CER) pénalise les entreprises ayant une consommation d'énergie réactive excessive. Pour vérifier si vous êtes facturé pour la CER, il suffit de consulter la section dédiée au TURPE et de repérer la ligne correspondant à la CER.

En bref, deux cas de figure peuvent se présenter :

1. Vous n'êtes pas facturé pour la CER : cela signifie soit que vous ne consommez pas d'énergie réactive, soit que celle-ci est déjà correctement compensée. Vous n'avez donc pas besoin de vous soucier de votre puissance réactive ;
2. Vous payez des frais pour la CER : cela signifie que la proportion de puissance réactive consommée par votre installation dépasse le seuil autorisé. Vous devez donc mettre en oeuvre un système de compensation d'énergie réactive adapté.

Puissance active et réactive : les deux composantes de la puissance apparente

Quelles différences entre la puissance active et la puissance réactive ?

La puissance active (kW)

La puissance active correspond à la puissance réellement utilisée par les appareils pour effectuer un travail utile, comme faire tourner un moteur, éclairer une ampoule ou chauffer un four. C’est l’énergie consommée qui se traduit par une transformation tangible, c’est pourquoi on parle souvent de « puissance utile ». Elle est mesurée en kilowatts (kW).

La puissance réactive (kVAr)

La puissance réactive (kVAr) ne produit pas de travail utile directement, mais est indispensable pour le fonctionnement des équipements électromagnétiques, notamment les moteurs et transformateurs. Cette puissance circule entre le réseau et les équipements pour créer et maintenir les champs magnétiques nécessaires à leur fonctionnement. Elle est mesurée en kilovoltampères réactifs (kVAr).

La puissance réactive, composante trigonométrique de la puissance apparente avec la puissance active

La puissance réactive (exprimée en kilovoltampères réactifs, kVAr) est l’une des deux composantes qui, avec la puissance active (en kW), forme la puissance apparente (en kVA). 

Mathématiquement, la puissance apparente correspond à l’hypoténuse d’un triangle rectangle, dans lequel la puissance active et la puissance réactive sont les deux côtés perpendiculaires. Cette relation est décrite par la formule trigonométrique suivante :

S² = P² + Q²

où :

• S est la puissance apparente (en kVA),
• P est la puissance active (en kW),
• Q est la puissance réactive (en kVAr).

Cette formule permet de comprendre pourquoi une puissance réactive importante peut augmenter significativement la puissance apparente nécessaire, même si la puissance active ne change pas. Cela peut obliger l'entreprise à avoir une puissance souscrite plus élevée que nécessaire pour couvrir ses besoins en énergie réactive. Or, plus la puissance souscrite est élevée, plus le coût de l'abonnement à l'électricité augmente. En optimisant la gestion de la puissance réactive, vous pouvez donc payer votre électricité moins cher tout en répondant efficacement aux besoins de votre installation.

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Comment est calculée la puissance réactive d’une installation électrique ?

Formule de calcul de la puissance réactive

Pour calculer la puissance réactive, la formule la plus couramment utilisée est la suivante :

Q = S × sin(φ)

Avec :

• Q est la puissance réactive (en kVAr) ;
• S la puissance apparente (en kVA) ;
• φ l’angle de déphasage entre courant et tension (lié au facteur de puissance cos(φ)).

Exemple de calcul de la puissance réactive

Imaginons qu'une entreprise dispose d'une installation industrielle avec un équipement de production d'une puissance apparente de 150 kVA. Le facteur de puissance (cos(φ)) de cet équipement est de 0,8. Cela signifie que l'angle de déphasage φ entre le courant et la tension est lié à ce facteur par la relation trigonométrique suivante :

Q = S × sin(φ)

Avec :

• Q est la puissance réactive (en kVAr) ;
• S la puissance apparente (en kVA) ;
• φ l’angle de déphasage entre courant et tension (lié au facteur de puissance cos(φ)).

Nous connaissons déjà la puissance apparente S = 150 kVA et le facteur de puissance cos(φ) = 0,8 .

Le facteur de puissance cos(φ) est lié à l'angle de déphasage φ par la formule suivante : cos(φ) = 0,8. Il faut calculer sin(φ).

Pour cela, nous pouvons utiliser la formule suivante :

sin²(φ) + cos²(φ) = 1.

Ainsi, nous pouvons déterminer sin(φ) :

sin(φ) = √(1 - cos²(φ))

sin(φ) = √(1 - 0,8²)

sin(φ) = √(1 - 0,64)

sin(φ) = √0,36

sin(φ) = 0,6

Maintenant, nous pouvons calculer la puissance réactive Q :

Q = S × sin(φ) = 150 kVA × 0,6 = 90 kVAr

La puissance réactive nécessaire pour l'équipement de l'entreprise est de 90 kVAr. Cela signifie que même si la puissance active utilisée est de 120 kW (hypothèse), une quantité de puissance réactive de 90 kVAr est également nécessaire pour compenser les effets inductifs de l’équipement. Cette valeur influence le dimensionnement des installations électriques et peut engendrer des coûts supplémentaires si une gestion optimisée n’est pas mise en place.

Le seuil de puissance réactive toléré est calculé via le facteur de puissance

Le seuil de puissance réactive toléré dans une installation est directement lié au facteur de puissance. Le facteur de puissance mesure le rapport entre la puissance active (utilisée pour effectuer un travail utile) et la puissance apparente (la combinaison de la puissance active et réactive). Il est exprimé par la formule :

Facteur de puissance = Puissance active / Puissance apparente = cos(ϕ)

Un facteur de puissance élevé (proche de 1) indique une utilisation optimale de l'énergie, tandis qu'un facteur faible suggère une présence excessive de puissance réactive, ce qui peut entraîner des inefficacités et des coûts supplémentaires.

En France, les entreprises dont la consommation d'énergie réactive dépasse 40 % de leur consommation totale d'énergie sont soumises à une facturation supplémentaire, conformément à la Composante Énergie Réactive du TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité). Cette situation correspond à un facteur de puissance inférieur à 0,93. Pour éviter ces pénalités, il est recommandé d'améliorer le facteur de puissance en compensant l'énergie réactive, par exemple, en installant des batteries de condensateurs.

Facturation de la puissance réactive : quel coût pour votre entreprise ?

Combien payez-vous de pénalités à cause de la puissance réactive de votre entreprise ? Faites le test !

Selectra a conçu un simulateur qui vous permet de calculer le coût de votre consommation d'énergie réactive.

Vous pouvez l'utiliser si :

• Vous êtes raccordés en basse tension avec une puissance souscrite strictement supérieure à 36 kVA (profil type Tarif Jaune) ;
• Vous êtes raccordés en moyenne tension (HTA). Cela concerne les profils de consommation C3, C2 et C1 en contrat CARD.

Pour cela, il vous suffit de remplir le formulaire suivant :

Les professionnels sont pénalisés si la puissance réactive représente plus de 40 % de la puissance active

La puissance réactive devient facturable pour les professionnels lorsqu'elle dépasse un certain seuil. En basse et moyenne tension, ce seuil est fixé à 40 % de la puissance active consommée. Deux situations peuvent alors se présenter :

1. Si le rapport entre la puissance réactive absorbée et la puissance active est inférieur ou égal à 40 %, la consommation de puissance réactive n’est pas facturée ;
2. Si ce rapport est supérieur à 40 %, la puissance réactive sera facturée, notamment pendant la période du 1ᵉʳ novembre au 31 mars (en heures pleines hautes (HPH), et pour les clients en moyenne tension, également en heures de pointe).

La facturation de la puissance réactive est intégrée dans le prix du TURPE

La puissance réactive représente une charge supplémentaire sur le réseau électrique sans générer de travail utile. Lorsqu'une entreprise consomme une quantité excessive de cette énergie, elle perturbe l'équilibre du réseau, ce qui entraîne des coûts supplémentaires. Ces coûts sont répercutés sur la facture d'électricité des professionnels, via la Composante Énergie Réactive (CER) du TURPE.

Le montant que vous payez pour la CER est indiqué sur votre facture d'électricité pro. Pour ne plus payer ces frais de pénalités, les entreprises doivent utiliser un système de compensation de leur énergie réactive. Cela passe généralement par l'installation de batteries de condensateurs.

Quelles sont les conséquences d’un excès de puissance réactive au sein de votre installation électrique ?

Des frais de pénalités dans le cadre du TURPE

Si votre puissance réactive est trop élevée, des frais de pénalités vous sont appliqués dans la Composante Énergie Réactive (CER) du TURPE. Pour éviter ces frais, votre puissance réactive doit représenter moins de 40 % de votre puissance active.

Une surcharge du réseau et l'usure des équipements

Un excès de puissance réactive peut surcharger le réseau électrique. En effet, la puissance réactive réduit l'efficacité énergétique globale de l'installation. Cela peut provoquer des tensions instables sur le réseau, augmentant ainsi le risque de dysfonctionnements ou de pannes des équipements. À long terme, cela peut aussi accélérer l'usure des installations, entraînant des réparations fréquentes ou un remplacement prématuré des appareils.

Une baisse de la qualité du service

Un excès de puissance réactive peut aussi affecter la qualité du service au sein de l’entreprise. La surcharge du réseau peut, en effet, provoquer des chutes de tension et des variations de fréquence. Ces fluctuations peuvent entraîner des coupures intermittentes, des arrêts imprévus de machines et des pertes de production.

Comment compenser la puissance réactive de votre entreprise ?

Quels sont les principaux types de compensation de la puissance réactive ?

La compensation fixe

La compensation fixe repose sur l'installation de condensateurs de taille fixe qui fournissent en permanence une quantité déterminée d'énergie réactive, quelle que soit la consommation de l'installation. Ces condensateurs sont particulièrement adaptés aux systèmes où la demande en énergie réactive est constante, comme dans les installations avec des équipements à charge stable. Toutefois, cette méthode ne permet pas d'ajuster la compensation en fonction des variations de la consommation : si la demande en énergie réactive change, la compensation reste la même, ce qui limite son efficacité dans les installations où la consommation fluctue.

À vrai dire, elle convient surtout dans les cas où la puissance réactive est faible (moins de 15 % de la puissance apparente du transformateur) et où la charge de l'installation reste relativement stable. Les condensateurs peuvent être activés manuellement par un interrupteur ou un contacteur, ce qui les rend faciles à intégrer dans des systèmes simples. Cette solution est économique et idéale pour des applications comme des petits ateliers, des systèmes d'éclairage ou des équipements industriels fonctionnant de manière régulière.

En revanche, la compensation fixe n'est pas adaptée aux environnements où la demande en énergie réactive varie, car elle risque de ne pas fournir suffisamment de compensation ou, au contraire, d'en fournir trop, perturbant ainsi l'équilibre du réseau électrique et l'efficacité de l'installation.

La compensation automatique

La compensation automatique utilise des condensateurs répartis en plusieurs étapes, contrôlés par un régulateur var métrique. Ce régulateur ajuste en temps réel la quantité d'énergie réactive fournie en fonction des besoins spécifiques de l'installation. Si la consommation d'énergie réactive augmente, le régulateur active progressivement les condensateurs nécessaires pour compenser cette demande. À l'inverse, si la consommation diminue, certains condensateurs sont désactivés pour éviter la surcompensation. Cette méthode permet de gérer efficacement les variations de la charge électrique, garantissant un facteur de puissance optimal sans gaspillage d'énergie réactive. Elle est particulièrement adaptée aux installations où la puissance réactive fluctue fréquemment et de manière significative.

Compenser la puissance réactive en installant des batteries de condensateurs.

L'installation de batteries de condensateurs joue un rôle clé dans la compensation de l'énergie réactive. Ces dispositifs permettent de produire de l'énergie réactive capacitive, qui vient contrebalancer celle consommée par les équipements inductifs tels que les moteurs, les transformateurs et autres dispositifs similaires. En neutralisant le déphasage entre la tension et le courant, les batteries de condensateurs permettent d'améliorer le facteur de puissance de l'installation.

Cette solution est indispensable pour optimiser l'efficacité énergétique, notamment dans les installations industrielles ou commerciales où la demande en énergie réactive peut être élevée et variable. Elle permet également de prolonger la durée de vie des équipements électriques en réduisant les tensions et les contraintes électriques sur les systèmes.