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Charles HANTOUCHE : Docteur ès Sciences - Ingénieur‐Chercheur au Service Matériel Électrique de la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France
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En électrotechnique, les condensateurs de puissance sont utilisés essentiellement pour :
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l’amélioration du facteur de puissance ;
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la réduction des impédances en série des lignes ;
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la régulation de la tension ;
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le filtrage des fréquences harmoniques ;
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le circuit bouchon des réseaux ;
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le démarrage des moteurs monophasés ;
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la protection des moteurs électriques ;
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le stockage de l’énergie électrique.
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Cinq types de condensateurs permettent de satisfaire aux besoins des utilisateurs ; on distingue :
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les condensateurs mixtes : ils sont constitués par une feuille de papier et deux feuilles de plastique imprégnées par un diélectrique liquide non chloré ;
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les condensateurs tout film : ils sont constitués par deux ou trois feuilles de plastique imprégnées par un diélectrique liquide non chloré ;
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les condensateurs tout film métallisé : ils sont constitués par une feuille de plastique métallisée et non imprégnée ;
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les condensateurs tout film métallisé et imprégné : ils sont constitués par une feuille de plastique métallisée ; les bobines ainsi constituées sont imprégnées par un diélectrique liquide ou gazeux ;
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les condensateurs électrolytiques.
Ces derniers, dont l’emploi se limite au démarrage des moteurs monophasés, appartiennent plutôt au domaine de l’électronique [32]. Par contre, les autres types de condensateurs sont très répandus sur les réseaux à haute tension (HTA et HTB) et à basse tension (BT).
On traitera en détail, dans cet article, des condensateurs destinés à fournir l’énergie réactive aux réseaux électriques ou aux installations industrielles.
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On utilise la terminologie définie par la norme CEI 871‐1, dont on rappelle ci‐après les principaux termes.
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Élément de condensateur (ou élément) : dispositif constitué essentiellement par deux électrodes séparées par un diélectrique.
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Condensateur unitaire (ou unité) : ensemble d’un ou de plusieurs éléments de condensateur placés dans une même enveloppe et reliés à des bornes de sortie.
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Batterie de condensateurs (ou batterie) : ensemble de condensateurs unitaires raccordés de façon à agir conjointement.
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Condensateur : le terme condensateur est employé lorsqu’il n’est pas nécessaire de préciser s’il s’agit d’un condensateur unitaire ou d’une batterie de condensateurs.
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4. Causes de dégradation des condensateurs
Le retour d’expérience du fonctionnement des condensateurs de puissance sur le réseau EDF (figure 19) permet la distinction de deux types de causes de dégradation : les causes intrinsèques et les causes externes.
4.1 Causes intrinsèques
En fonctionnement sur les réseaux, les condensateurs sont assujettis à des contraintes électriques et/ou thermiques dues à l’exploitation même. Il est indispensable de tenir compte des phénomènes physiques dont l’apparition et le développement pourraient conduire rapidement à une défaillance et qui sont, en particulier :
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l’instabilité thermique des diélectriques ;
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les impuretés introduites accidentellement durant la fabrication ;
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les phénomènes transitoires rapides ;
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les surtensions ou les surintensités qui peuvent se manifester sur les réseaux et provoquer l’apparition de décharges partielles ou accélérer le vieillissement des diélectriques ;
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les harmoniques.
Le condensateur atteint un régime d’instabilité thermique lorsque les pertes produites sont supérieures à celles qui peuvent être évacuées dans le milieu environnant. La prédétermination d’un tel régime et son contrôle étaient importants pour l’ancien palier technologique tout papier, vu les pertes diélectriques très importantes du papier (3,5 W/kvar). Par contre, les isolants, aujourd’hui, ont des pertes très faibles (0,1 à 0,2 W/kvar) et qui augmentent peu avec la température sauf en cas de pollution accidentelle. Il en résulte que les condensateurs actuels sont stables jusqu’à des températures supérieures à 100 oC. Toutefois, à ces températures élevées, la dégradation des constituants est rapide et la durée de vie des condensateurs peut être abrégée. Un essai de type existe toujours dans les normes ...
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Causes de dégradation des condensateurs
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HELD (W.), POLIMEEIR (F.J.) - Les fusibles intérieurs, dans les condensateurs à haute tension modernes. - ELECTRA, no 33, p. 32-47, mars 1974.
-
(2) - CAPELLE (J.) - Les condensateurs de puissance à fusibles internes et la structure des batteries MT. - EDF‐Direction des Études et Recherches, AHM‐65/1 110, 40 pages, mars 1978.
-
(3) - CAPELLE (J.) - Intérêt des condensateurs de puissance à fusibles internes. - EDF‐Direction des Études et Recherches, HM/65/1 294, 40 pages, janv. 1980.
-
(4) - DANEMAR (A.) - Internal fuses for high voltage power capacitors. - CIGRE. Groupe de Travail, no 15-05/83/18, 6 pages (1983).
-
(5) - NICOLAS (M.) - Contribution à la définition d’un nouveau palier technique de condensateurs. - EDF‐Direction des Études et Recherches, HM‐62/5 001, 22 pages, déc. 1985.
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(6)...
NORMES
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Condensateurs de puissance à moyenne tension à diélectrique mixte imprégné par un liquide diélectrique non chloré avec ou sans fusibles internes. - HN 54‐S‐03 - 1989
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Condensateurs de puissance shunt autorégénérateurs destinés à être installés sur des réseaux à courant alternatif de tension assignée jusqu’à 1 000 V inclus. - HN 54‐S‐04 - 1991
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Condensateurs de puissance à moyenne tension à diélectrique tout film imprégné par un liquide diélectrique non chloré avec ou sans fusibles internes. - HN 54‐S‐05 - 1989
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Gradins de condensateurs moyenne tension sous enveloppe métallique avec interrupteur incorporé. - HN 54-S‐20 - 1991
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Inductance de choc pour batteries de condensateurs MT. - HN 54‐S‐35 - 1972
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