La Puissance d'une Installation Electrique

Afin de concevoir une installation, il est nécessaire d’estimer le plus justement possible la puissance maximale (puissance d’utilisation) que devra fournir le distributeur d’énergie.

Baser le calcul de la puissance d'utilisation simplement sur la somme arithmétique des puissances de tous les récepteurs installés existants conduirait à des résultats économiquement extraordinairement surévalués et serait en termes d'ingénierie d'une mauvaise pratique.

L'objet de ce chapitre est de fournir une méthodologie pour l'estimation de la puissance d'utilisation. Il est nécessaire, pour cette estimation, d'évaluer quelques facteurs prenant en compte :

•  la diversité (le non fonctionnement simultané de tous les récepteurs pour un groupe donné),
•  le niveau d'utilisation réel des récepteurs installés (par exemple un moteur électrique n'est généralement pas utilisé à sa pleine capacité de charge, etc.),
• le niveau d'utilisation prévisionnel des récepteurs installés et des extensions de charges possibles.

Les valeurs données sont basées sur l'expérience et sur des enregistrements réalisés sur des installations existantes. En plus de fournir une base de données pour le calcul de l'installation de chaque circuit, la méthodologie proposée permet, à partir de ces calculs de base, de fournir une valeur globale pour la puissance d'utilisation de l'installation, sur laquelle peut être spécifié le cahier des charges du système

de fourniture en énergie (réseaux de distribution, transformateur MT/BT, ou groupe électrogène).

Puissance installée (kW)

La puissance installée (kW) est la somme des puissances nominales de tous les récepteurs de l'installation.

L'indication de la puissance nominale (Pn) est marquée sur la plupart des appareils et équipements électriques. En pratique, la puissance nominale n'est pas toujours la puissance réellement consommée par le récepteur. Par exemple, dans le cas :

•  d'un moteur électrique, la puissance nominale correspond à la puissance de sortie sur son arbre. La puissance d'entrée consommée est évidemment plus importante,
•  de lampes fluorescentes et de lampes à décharge, qui ont un ballast stabilisateur, la puissance nominale indiquée sur la lampe (qui est celle consommée par la lampe seule) est inférieure à la puissance consommée par la lampe et son ballast.

Les méthodes d'évaluation des consommations réelles de puissance pour les moteurs et les appareils d'éclairage sont décrites dans la Section 3 de ce chapitre.

La puissance installée (kW) est la donnée significative pour le choix du dimensionnement d'un groupe électrogène ou de batteries et quand des exigences de fonctionnement uni horaire sont à considérer.

Puissance absorbée Pa (kVA)

La puissance (apparente) absorbée Pa par une charge (qui peut être un simple appareil) est obtenue à partir de sa puissance nominale (corrigée si nécessaire, comme indiqué ci-dessus pour les appareils d'éclairage, etc.) et de l'application des coefficients suivants :

• 𝛈 = rendement unitaire = kW sortie/kW entrée
• cos𝛗 = facteur de puissance = kW entrée/kVA entrée La puissance apparente consommée de la charge

De cette valeur se déduit le courant pleine charge absorbé Ia(1) :

Pour une charge monophasée connectée entre phase et neutre

Pour une charge triphasée : V = tension phase-neutre volts), U = tension phase-phase (volts)

La puissance absorbée (puissance apparente installée) est souvent supposée être la somme arithmétique des puissances apparentes de chaque récepteur (cette sommation est exacte si toutes les charges ont le même facteur de puissance).

Cependant, il est souvent fait une simple sommation arithmétique pour des raisons pratiques. De fait, la valeur de la puissance apparente obtenue est supérieure

à la valeur de la puissance absorbée, la différence représente une "marge sur conception" acceptable.

Quand les caractéristiques de quelques ou de tous les récepteurs ne sont pas connues, les valeurs indiquées sur la Figure A9 peuvent être utilisées pour estimer très approximativement les VA consommés (les charges individuelles sont

Généralement trop petites pour être exprimées en kVA ou en kW). Pour les appareils d'éclairage, les estimations sont basées sur une surface au sol de 500 m².

Puissance d'utilisation Pu (kVA)

De fait les récepteurs ne fonctionnent pas tous ni en même temps ni à pleine

charge : des facteurs de simultanéité (ks) et d'utilisation (ku) permettant de pondérer la puissance apparente maximale réellement absorbée par chaque récepteur et groupes de récepteurs.

La puissance d'utilisation Pu (kVA) est la somme arithmétique de ces puissances apparentes valorisées.

La puissance d'utilisation Pu est la donnée significative pour la souscription d'un contrat de fourniture en énergie électrique à partir d'un réseau publique BT ou MT (et dans ce cas, pour dimensionner le transformateur MT/BT).

Facteur d'utilisation maximale (ku)

Le régime de fonctionnement normal d'un récepteur peut être tel que sa puissance utilisée soit inférieure à sa puissance nominale installée, d'où la notion de facteur d'utilisation.

Le facteur d'utilisation s'applique individuellement à chaque récepteur.

Ceci se vérifie pour des équipements comportant des moteurs susceptibles de fonctionner en dessous de leur pleine charge.

Dans une installation industrielle, ce facteur peut être estimé en moyenne à 0,75 pour les moteurs.

Pour l'éclairage et le chauffage, il sera toujours égal à 1. Pour les prises de courant, tout dépend de leur destination.

Facteur de simultanéité (ks)

Tous les récepteurs installés ne fonctionnent pas simultanément.

C'est pourquoi il est permis d'appliquer aux différents ensembles de récepteurs (ou de circuits) des facteurs de simultanéité.

Le facteur de simultanéité s'applique à chaque regroupement de récepteurs (exemple au niveau d'un tableau terminal, d'un tableau divisionnaire, d'une armoire…).

La détermination de ces facteurs de simultanéité implique la connaissance détaillée de l'installation et de ses conditions d'exploitation. Des valeurs précises applicables à tous les cas ne peuvent donc pas être précisées.

Facteur de simultanéité pour un immeuble

Quelques valeurs typiques sont indiquées en Figure A10 et sont applicables aux abonnés domestiques alimentés en triphasé 4 fils 230/400V.

Dans le cas d'abonnés utilisant le chauffage électrique par accumulation, le facteur conseillé est de 0,8 quel que soit le nombre d'abonnés.

Exemple (cf. Fig. A11) : Immeuble 4 étages + rez-de-chaussée, 25 abonnés de 6 kVA chacun.

Pour une puissance installée de 36 + 24 + 30 + 36 + 24 soit 150 kVA, la puissance nécessaire est de :

150 x 0,46 = 69 kVA.

A partir du tableau reproduit en Figure A10, il est possible de déterminer l'intensité I

des différentes parties de la canalisation collective. Pour les colonnes alimentées à leur partie inférieure, la section des conducteurs peut décroître depuis le pied jusqu'au sommet.

Ces changements de section doivent être espacés d'au moins 3 étages. Dans notre exemple,

I au rez-de-chaussée est de :

 

Is au 3e étage est de :

Facteur de simultanéité pour les armoires de distribution

La Figure A12 indique des valeurs estimées de ks pour un    tableau de distribution alimentant un nombre de circuits pour lesquels il n'y a aucune information sur la manière dont la charge totale est répartie entre eux.

Si l'armoire est composée principalement de circuits d'éclairage, il est prudent de majorer ces facteurs.

Facteur de simultanéité en fonction de l'utilisation

La Figure A13 indique les valeurs du facteur ks pouvant être utilisées sur des circuits alimentant des types de charges les plus courantes.

Facteur de diversité

Le facteur de diversité, tel que défini par les normes CEI, est identique au facteur de simultanéité (ks) de ce guide, tel que décrit en 4.3. Dans certains pays anglosaxons, cependant, le facteur de diversité est l'inverse de ks de ce fait il est toujours u 1.

  Exemple d'application des facteurs ku et ks

La Figure A14 sur la page suivante montre un exemple d'estimation de la valeur de la puissance d'utilisation à tous les niveaux d'une installation, à partir des charges jusqu'au point d'alimentation.

Dans cet exemple, à la somme des puissances absorbées de 126,6 kVA correspond une puissance d'utilisation aux bornes du transformateur de 58 kVA seulement.

Note : pour la détermination des canalisations, le courant d'emploi découle directement de la puissance d'utilisation en triphasé :

où kVA est la valeur de la puissance d'utilisation triphasée indiquée sur le diagramme pour le circuit concerné et U est la tension phase-phase (en volts).

           

 Choix de la puissance nominale du transformateur

Quand une installation doit être alimentée par un transformateur MT/BT et que la puissance d'utilisation de l'installation a été déterminée, un dimensionnement approprié du transformateur peut être déterminé en tenant compte (cf Fig. A15) :

•   Des possibilités d'amélioration du facteur de puissance de l'installation (cf chap.L),
•   Des extensions prévisibles de l'installation,
•   Des contraintes d'installation (température...),
•   Et des puissances nominales existantes.

L'intensité nominale du transformateur triphasé s'obtient à partir de sa puissance P et de la tension secondaire à vide par :

Avec

• ·         P : puissance du transformateur en kVA,
• ·         U : tension secondaire à vide (237 ou 410 V),
• ·         In en ampères.

En monophasé :

Avec

·         V = tension entre les bornes BT à vide (en volts)

        Formules simplifiées :

·         Pour 400 V (en charge triphasé) : In = P (kVA) x 1,4

Les normes pour les transformateurs de puissance sont les normes internationales CEI 60076, 60551 et 60726 et les normes françaises NFC 52-100, 52-161 et 52-726

Quelle source choisir ?

L'importance de maintenir une continuité de fourniture de l'énergie soulève la question de l'utilisation d'une alimentation de remplacement. Le choix et les caractéristiques de ces alimentations sont décrits au chapitre D.

Pour la source principale, il reste à faire le choix de l'alimentation par un réseau moyenne tension ou par un réseau basse tension.

En pratique, le raccordement à un réseau MT peut être nécessaire lorsque les puissances absorbées par les récepteurs excédent (ou éventuellement sont prévues d'excéder) une certaine valeur - généralement égale à 250 kVA - ou, si la qualité de service recherchée est incompatible, avec une fourniture basse tension.

Toutefois si l'installation risque de perturber le réseau de distribution publique, le distributeur peut orienter l’exploitant vers le raccordement en moyenne tension. L'alimentation MT n'est pas sans intérêt ; en effet, l'abonné MT :

• ·         N’est pas gêné par les autres abonnés, ce qui peut être le cas en BT,
• ·         Est libre de choisir le schéma de liaison à la terre,
• ·         Bénéficie d'une tarification plus économique,
• ·         Peut faire face à une très forte augmentation de puissance. Il faut toutefois noter que :
• ·         L’abonné est le propriétaire du poste MT/BT et, dans certains pays, il doit le construire et l'équiper à ses frais. Le distributeur peut dans certains cas participer à l'investissement au niveau de la ligne MT,
• ·         Souvent, une partie des coûts du raccordement peut être récupérée, par le premier abonné par exemple, si un second abonné se raccorde au réseau MT sous un certain délai par le raccordement initial du premier abonné,
• ·         L’abonné n'a accès qu'à la cellule BT, l'accès à la partie MT étant réservé au distributeur (relevés des compteurs, manœuvres, etc.). Dans certains pays, les disjoncteurs de protection MT (ou les interrupteurs fusibles en charge) peuvent être manœuvrés par l’abonné,
• ·         Le type de poste et son emplacement sont choisis en accord avec le distributeur

extrait du guide de l'installation électrique 2010 Schneider Electric  que vous pouvez télécharger ici