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Auteur(s)
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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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Constitution et fabrication des condensateurs
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2. Généralités
2.1 Aperçu historique
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La bouteille de Leyde (1745) est le premier condensateur de stockage d’énergie électrique. Elle permet la réalisation de nombreuses expériences de physique aux XVIIIe et XIXe siècles.
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Les condensateurs ne sont utilisés industriellement pour l’amélioration du facteur de puissance que vers 1920. Ces appareils, installés sur les réseaux, sont des unités monocuves, d’une puissance réactive d’environ 500 à 1 000 kvar. Leur diélectrique est constitué par des feuilles de papier imprégné d’huile minérale.
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En France, cette technique subsiste jusqu’au début des années cinquante. À cette époque, les unités monocuves sont remplacées par des batteries de condensateurs monophasées de technologie tout papier imprégné d’huile minérale. Le champ électrique est de 12 V/µm avec une tangente d’angle de pertes diélectriques tan δ d’environ 3,5 W/kvar. Cette valeur de pertes autorise la fabrication d’unités de puissance unitaire de 20 kvar.
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Dans les années soixante, la qualité des papiers s’améliore et l’imprégnation s’effectue par un liquide chloré appartenant au groupe des polychlorobiphényles (PCB) ; le champ passe à 16 V/µm et tan δ est réduite à 3 puis à 2 W/kvar. Les puissances unitaires passent à 30, puis à 50 kvar.
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Une nouvelle évolution technologique se manifeste avec la mise au point d’un film de polypropylène (PP) dont les propriétés diélectriques sont performantes. Les pertes diélectriques sont réduites d’un facteur 3 (tan δ = 0,6 W/kvar) et le champ est multiplié par plus de 2 (38 V/µm). À partir de 1968‐1969, des unités de 100 kvar à diélectrique mixte (une feuille de papier entre deux feuilles de PP) imprégnées par le PCB commencent à être fabriquées par l’industrie française.
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Mais la toxicité et la persistance des PCB dans l’environnement, mises en évidence par Jensen en 1966, provoquent des changements importants. Dès 1972, le gouvernement japonais interdit l’utilisation des PCB, les Américains font de même en 1975. La même...
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Généralités
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.
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(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
-
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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