Dépannage des condensateurs de correction de facteur de puissance

Par Bennie Kennedy

Les condensateurs de correction de facteur de puissance réduisent la facture énergétique en évitant les tarifs majorés que les fournisseurs d'électricité appliquent lorsque le facteur de puissance tombe en dessous de valeurs spécifiées. Les usines installent habituellement ces condensateurs lorsque des charges inductives entraînent des problèmes de facteur de puissance. Les batteries de condensateurs assurent généralement des années de service, mais elles doivent être régulièrement inspectées pour s'assurer de leur bon fonctionnement. Des problèmes tels que des connexions desserrées, des fusibles grillés ou des condensateurs défaillants peuvent réduire l'amplitude de correction de puissance disponible et, dans les cas extrêmes, provoquer une panne totale du système ou un incendie. Cet article décrit comment inspecter les condensateurs de correction de facteur de puissance et éviter ces problèmes.

La sécurité avant tout !

Les condensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie qui peuvent provoquer un choc mortel longtemps après que leur alimentation soit déconnectée. La plupart des condensateurs sont équipés d'un circuit de décharge mais, lorsque le circuit défaille, un risque de choc électrique reste présent pendant longtemps. Lorsque des essais doivent être réalisés sous tension, vous devez faire extrêmement attention. La maintenance d'une batterie de condensateurs nécessite une formation spécifique à l'équipement, à son application et à la tâche que vous devez réaliser. En outre, les bons équipements de protection individuelle (EPI) conformes à la NFPA 70E sont exigés.

D'autres risques sont impliqués lors du travail avec des circuits de transformateur de courant (CT), notamment le câblage et le bloc de mise en court-circuit. Le transformateur de courant lui-même est normalement placé dans le tableau électrique, et non dans le boîtier de la batterie de condensateurs. Même une fois que la batterie de condensateur a été mise hors tension, il reste un risque de choc électrique venant du câblage du transformateur de courant. Si le circuit du transformateur de courant est ouvert lorsqu'il y a une charge sur le tableau électrique, le transformateur de courant peut développer une tension mortelle à ses bornes.

Qu'est-ce que le facteur de puissance ?

Le facteur de puissance est défini comme le rapport en pourcentage entre la puissance réelle, mesurée en kilowatts (kW) et la puissance apparente, mesurée en kilovolts ampères (kVA). La puissance apparente correspond à la demande totale qu'une installation exige du fournisseur pour délivrer la tension et le courant, que cette énergie soit utilisée efficacement ou non. Les fournisseurs d'électricité facturent un tarif supérieur lorsque le facteur de puissance tombe en dessous d'un certain niveau, souvent 90 %.

Puissance réelle (kW)/puissance apparente (kVA) = facteur de puissance
50 kW / 52 kVA = 0,96 (un bon facteur de puissance de 96 %)
50 kW / 63 kVA = 0,79 (un mauvais facteur de puissance de 79 %)

L'inductance du moteur est la cause la plus courante d'un mauvais facteur de puissance, et le problème ne fait qu'augmenter lorsque des moteurs ne sont pas chargés à leur capacité maximale. Les courants harmoniques réfléchis dans les systèmes réduisent également le facteur de puissance.

La mesure du facteur de puissance nécessite un outil de mesure qui puisse simultanément mesurer la tension, le courant, la puissance et la demande sur une période d'au moins une seconde. Un multimètre numérique ne peut pas réaliser ces mesures, mais un ÉnergiMètre comme le Fluke 43B utilisé avec une pince multimètre mesurera tous ces éléments au fil du temps et formera une image précise de la consommation électrique. L'enregistreur de puissance, un autre type d'outil de mesure de la qualité du réseau, peut réaliser une étude de charge sur 30 jours pour permettre de comprendre encore mieux le facteur de puissance et d'autres paramètres, en fonction du temps.

Un facteur de puissance faible peut être corrigé en ajoutant des condensateurs de correction de facteur de puissance au système de distribution d'électricité des installations. On obtient un meilleur résultat avec un contrôleur automatique qui active et désactive les condensateurs et parfois des réacteurs. Les applications les plus basiques utilisent une batterie de condensateurs fixe.

Dans des conditions normales, les condensateurs devraient fonctionner sans problème pendant de nombreuses années. Mais des conditions comme les courants harmoniques, les températures ambiantes élevées et une mauvaise ventilation peuvent entraîner des pannes prématurées des condensateurs de correction de puissance et des circuits associés. Les pannes peuvent entraîner des augmentations substantielles des dépenses énergétiques, et dans les cas extrêmes, des incendies ou explosions. Il est donc important d'inspecter régulièrement les condensateurs de correction de facteur de puissance afin de s'assurer qu'ils fonctionnent correctement. La plupart des fabricants publient les bulletins de service sur leurs sites Web. L'intervalle de maintenance préventive qu'ils préconisent habituellement est tous les six mois.

Inspection avec une caméra infrarouge

L'outil le plus précieux pour l'évaluation des batteries de condensateurs est la caméra thermique. Le système doit être mis sous tension au moins une heure avant le test. Pour commencer, contrôlez l'affichage du contrôleur pour déterminer si tous les étages sont connectés. Ensuite, vérifiez que les ventilateurs de refroidissement fonctionnent correctement. Réalisez un examen infrarouge du boîtier avant d'ouvrir les portes. Puis, en fonction de votre évaluation des arcs électriques, portez l'équipement de protection individuelle nécessaire.

Dommages au disjoncteur alimentant une batterie de condensateurs. Un examen thermique aurait détecté une chaleur anormale.

Examinez le câblage d'alimentation et de commande avec la caméra thermique, en recherchant les connexions desserrées. Une évaluation thermique identifiera une mauvaise connexion en montrant une augmentation de température due à une résistance supplémentaire au point de connexion. Une bonne connexion ne doit pas mesurer plus de 20 degrés au-dessus de la température ambiante. Il ne doit y avoir que peu ou pas de différence de température d'une phase à l'autre ou d'une batterie de condensateurs à l'autre aux points de connexion.

La différence de température indique que le fusible de gauche a sauté.
Cette image infrarouge indique qu'un condensateur est défaillant.

Une évaluation infrarouge détectera un fusible qui a grillé en mettant en avant les différences de température entre les fusibles intacts et ceux ayant sauté. Un fusible grillé dans un étage de batterie de condensateurs réduit l'amplitude de correction disponible. Certains appareils sont équipés d'indicateurs de fusible grillé mais d'autres non. Si vous trouvez un fusible grillé, éteignez toute la batterie et déterminez ce qui a fait sauter le fusible. Parmi les causes communes, on compte les condensateurs en mauvais état, les problèmes de réacteurs, ainsi que les mauvaises connexions aux connexions de fusibles en série, aux connexions de fusibles de charge ou aux douilles de fusibles.

Recherchez les différences de température des condensateurs individuels. Si un condensateur n'est pas exigé ou connecté au moment de l'examen, alors il devrait être plus froid. De plus, gardez à l'esprit que les températures des composants peuvent être plus élevées dans les sections supérieures en raison de la convection. Cependant, si tous les étages sont connectés, selon le contrôleur, alors les différences de température indiquent habituellement un problème. Par exemple, une pression élevée peut provoquer l'action de l'interrupteur à pression interne du condensateur avant le fusible externe, retirant ainsi le condensateur du circuit sans avertissement.

Mesures de courant

Dans le cadre de la maintenance préventive, une mesure de courant des trois phases de chaque étage doit être prise et enregistrée à l'aide d'un multimètre et d'une pince multimètre. Utilisez également le multimètre pour mesurer l'entrée de courant dans le contrôleur depuis le transformateur de courant dans le tableau électrique, à l'aide d'une pince multimètre autour du conducteur secondaire du transformateur de courant. Un calcul est nécessaire pour convertir la valeur du courant mesurée au courant réel circulant dans le tableau électrique. Si le transformateur de courant est calibré de 3 000 A à 5 A et que vous mesurez 2 A, le courant réel est . En outre, mesurez le courant via l'alimentation du disjoncteur vers la batterie de condensateurs pour détecter les déséquilibres de phases, avec tous les étages connectés. Tenez un journal de tous les relevés, pour fournir une référence pour les relevés pris à une date ultérieure.

Mesures de capacité

Avant de mesurer la capacité, mettez la batterie de condensateurs hors tension et attendez pendant la durée spécifiée dans le bulletin de service du fabricant. Tout en portant le bon équipement de protection individuelle, confirmez avec un outil de mesure dûment calibré qu'aucun courant AC n'est présent. Suivez la procédure de verrouillage/étiquetage de votre installation. Avec un outil de mesure du courant DC calibré pour la tension à tester et réglé sur 1 000 V DC, testez chaque étage phase à phase et phase à terre. Il ne doit y avoir aucune tension. La présence de tension indique que le condensateur peut ne pas être déchargé. Si aucune tension n'est détectée, mesurez la capacité avec l'outil de mesure et comparez le relevé aux spécifications du fabricant à chaque étage.

Inspection visuelle et nettoyage

Réalisez également une inspection visuelle complète. Recherchez les composants décolorés, les condensateurs déformés ou fuyants et les signes de chaleur et/ou d'humidité. Nettoyez et/ou remplacez les filtres des ventilateurs de refroidissement. Nettoyez les appareils à l'aide d'un aspirateur - n'utilisez jamais d'air comprimé. Avant de remettre les condensateurs sous tension, réalisez un test d'intégrité de l'isolation du bus phase à phase et phase à terre. Le disjoncteur ou les fusibles en série côté transformateur de puissance de commande doivent être retirés afin d'éviter les relevés phase à phase erronés. Les condensateurs de correction de facteur de puissance sont conçus pour assurer plusieurs années de service lorsqu'ils sont correctement entretenus, conformément aux instructions du fabricant. L'inspection régulière des batteries de condensateurs vous assure qu'elles fonctionnent de manière sûre tout en contribuant aux économies d'énergies prévues.