Chapitre 15 · Sujet 2 sur 4
Bilan de puissance et alimentation
Le bilan de puissance complet du plateau (63,5 kW, 64,8 kVA, 93,6 A), la réserve, la puissance de raccordement demandée (125 A en 3N 400 V) et la répartition des charges sur les phases.
Niveau 1
L'essentiel
- Le bilan de puissance liste tous les appareils, leur puissance, et la part réellement utilisée en même temps.
- Pour le plateau : environ 101 kW d'appareils installés, mais environ 63,5 kW utilisés en même temps, grâce aux coefficients et à la gestion de charge des bornes.
- Cela donne un courant d'environ 94 A par phase en 3N 400 V ; avec 20 % de réserve, on arrive à 112 A.
- On demande donc au gestionnaire de réseau un raccordement de 125 A en 3N 400 V.
- Les circuits monophasés sont répartis sur les trois phases pour les équilibrer.
Comprendre
Installé, utilisé, simultané
Les 40 postes ne consomment pas tous leur maximum en même temps, et les deux micro-ondes ne tournent pas toute la journée. On multiplie donc la puissance installée par un coefficient qui tient compte de l'utilisation et de la simultanéité. La méthode est expliquée dans le bilan de puissance.
Les coefficients retenus
- 1 pour ce qui fonctionne en continu à pleine puissance : éclairage, pompe à chaleur en pointe, ventilation, onduleur.
- 0,6 pour les prises des postes de travail.
- 0,5 pour la kitchenette, les copieurs, et la climatisation de la salle serveur (deux appareils dont un seul tourne : c'est une redondance).
- 0,25 pour les prises de service (nettoyage).
- Bornes : 4 × 11 kW = 44 kW installés, mais un gestionnaire de charge limite le total à 22 kW. Voyez les bornes et la gestion de charge.
Du kW à l'ampère
En triphasé : I = S / (√3 × 400). Avec 64,8 kVA : I ≈ 93,6 A. On ajoute 20 % de réserve pour l'avenir (une borne de plus, un deuxième serveur) : 112 A. Le calibre normalisé juste au-dessus est 125 A.
Équilibrer les phases
Les circuits monophasés (éclairage, prises, kitchenette) sont répartis sur L1, L2 et L3. Résultat : environ 5,7 kW, 6,0 kW et 6,5 kW. L'écart reste faible : aucune phase n'est surchargée. Le réseau 3N 400 V est décrit dans les réseaux belges.
Sur le terrain
Le technicien présente le bilan au client avant d'envoyer la demande à Sibelga. Le client demande : « Et si on ne limite pas les bornes ? » Réponse chiffrée : 22 kW de plus, soit environ 32 A de plus par phase ; il faudrait alors viser un raccordement nettement plus gros et un câble plus gros, pour une situation (4 voitures en charge rapide en même temps que la pompe à chaleur au maximum) très rare. La gestion de charge est la solution la plus économique.
Erreurs fréquentes
- Additionner toutes les puissances installées sans coefficient : raccordement surdimensionné et coûteux.
- Appliquer un coefficient faible à une charge continue (onduleur, pompe à chaleur en pointe).
- Oublier la réserve pour les extensions.
- Mettre tous les circuits de prises sur la même phase.
- Confondre la puissance nominale de l'onduleur (10 kVA) et la puissance qu'il absorbe réellement.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Le bilan se fait en puissance active et réactive par groupe ; la puissance apparente totale vaut S = √(P² + Q²), pas la somme des S.
- P retenue = 63,50 kW, Q = 13,02 kvar, S = 64,82 kVA, cos φ global = 0,98 : pas de compensation nécessaire.
- Ib général = 93,6 A ; Ib avec réserve 20 % = 112,3 A ; raccordement demandé 125 A (86,6 kVA).
- L'onduleur est compté à sa puissance absorbée réelle pour le bilan, mais à son courant d'entrée maximal pour le dimensionnement de son circuit.
Approfondir
Tableau du bilan
| Groupe | Détail | P installée (kW) | Coef. | P retenue (kW) | cos φ | Q (kvar) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Éclairage LED | 96 luminaires × 30 W | 2,88 | 1 | 2,88 | 0,95 | 0,95 |
| Éclairage de sécurité | 24 blocs × 3 W | 0,07 | 1 | 0,07 | 0,90 | 0,03 |
| Prises postes | 40 postes × 250 W | 10,00 | 0,6 | 6,00 | 0,95 | 1,97 |
| Prises de service | 4 circuits × 1 kW | 4,00 | 0,25 | 1,00 | 0,95 | 0,33 |
| Kitchenette | lave-vaisselle 2,2 ; café 2,0 ; micro-ondes 2,6 ; chauffe-eau 2,4 ; plan de travail 1,5 | 10,70 | 0,5 | 5,35 | ≈ 1 | 0,43 |
| Copieurs | 2 × 1,6 kW | 3,20 | 0,5 | 1,60 | 0,95 | 0,53 |
| Clim salle serveur | 2 × 1,4 kW (N + 1) | 2,80 | 0,5 | 1,40 | 0,95 | 0,46 |
| Pompe à chaleur | triphasée, puissance absorbée max | 14,00 | 1 | 14,00 | 0,92 | 5,96 |
| Ventilation double flux | triphasée, avec variateur | 2,20 | 1 | 2,20 | 0,85 | 1,36 |
| Onduleur 10 kVA | 6 kW informatique, rendement 0,94, recharge | 7,00 | 1 | 7,00 | 0,99 | 1,00 |
| Bornes | 4 × 11 kW, gestion de charge 22 kW | 44,00 | 0,5 | 22,00 | 1 | 0 |
| Total | 100,85 | 63,50 | 0,98 | 13,02 |
Q = P × tan(arccos φ) pour chaque groupe ; S = √(63,50² + 13,02²) = 64,82 kVA. Le triangle des puissances se vérifie avec le calculateur.
Pourquoi pas de coefficient global supplémentaire ?
Certains bureaux d'étude appliquent un coefficient de simultanéité global (0,8 à 0,9) sur l'ensemble. Ici, on ne le fait pas : la pointe d'été (pompe à chaleur au maximum en mode froid, plateau occupé, bornes en charge le matin) est un scénario plausible. La réserve de 20 % couvre les extensions, pas une pointe sous-estimée.
L'onduleur
Puissance informatique : 6 kW. Rendement 0,94 → 6,38 kW ; recharge des batteries environ 10 % → 7,0 kW absorbés en régime normal. Pour le circuit d'alimentation, on retient le courant d'entrée maximal : 10 kVA × 0,9 = 9 kW en sortie, / 0,94, × 1,1 → 10,5 kW, soit Ib = 10 530 / (√3 × 400 × 0,99) ≈ 15,4 A. Voir les onduleurs.
Courant et raccordement
Ib = 64 820 / (√3 × 400) = 93,6 A. Avec 20 % de réserve : 112,3 A → raccordement 125 A, soit √3 × 400 × 125 = 86,6 kVA. Le disjoncteur général de 125 A, réglé à Ir = 110 A, sera placé en coffret juste après le compteur (sujet suivant). Ce réglage couvre l'Ib actuel ; si les extensions prévues dans la réserve se réalisent, Ir pourra être relevé jusqu'à 125 A, le câble de 35 mm² (Iz d'exemple 158 A) le permettant. Le cos φ de 0,98 ne justifie pas de compensation : voyez énergie réactive.
Exemple chiffré
Répartition sur les phases.
| Phase | Circuits monophasés | P retenue (W) |
|---|---|---|
| L1 | E1, E4, ES1, P1, P4, P7, P10, S2, K3, C1 | 5 746 |
| L2 | E2, E5, ES2, P2, P5, P8, S3, K1, K4, CL1 | 6 046 |
| L3 | E3, E6, P3, P6, P9, S1, S4, K2, K5, C2, CL2 | 6 510 |
Écart maximal à la moyenne (6 101 W) : + 6,7 % sur L3. En additionnant, de façon prudente, les courants monophasés retenus et les courants des charges triphasées, la phase la plus chargée (L3) atteint environ 97 A avec l'onduleur compté à sa puissance du bilan (7 kW), et environ 102 A avec l'onduleur à son courant d'entrée maximal (15,4 A) : dans les deux cas sous le réglage Ir = 110 A.
Vérification de la ligne « prises postes » : 40 × 250 W = 10 000 W ; × 0,6 = 6 000 W ; cos φ = 0,95 → tan φ = 0,3287 → Q = 6 000 × 0,3287 = 1 972 var.
Vérification de la pompe à chaleur : P = 14 000 W ; cos φ = 0,92 → tan φ = 0,426 → Q = 5 964 var ; Ib = 14 000 / (√3 × 400 × 0,92) = 22,0 A.
Totaux : P = 63 502 W ; Q = 13 022 var ; S = √(63 502² + 13 022²) = 64 823 VA ; cos φ = 63 502 / 64 823 = 0,980 ; Ib = 64 823 / 692,8 = 93,6 A.
Sans gestion de charge des bornes : P = 85,5 kW, S ≈ 86,5 kVA, Ib ≈ 125 A, et 150 A avec la réserve : le raccordement de 125 A ne suffirait plus. Calculs avec le calculateur triphasé.
Erreurs fréquentes
- Additionner les kVA de groupes de cos φ différents au lieu de sommer P et Q séparément.
- Compter l'onduleur à sa puissance nominale de sortie dans le bilan, ou au contraire à sa puissance moyenne pour dimensionner son circuit.
- Ne pas documenter les coefficients : le contrôleur ou le client ne peut pas vérifier le raisonnement.
- Équilibrer les phases en nombre de circuits plutôt qu'en puissance retenue.
- Oublier que la gestion de charge des bornes doit être réglée et essayée à la mise en service : sinon le bilan est faux.