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Mesure de la puissance apparente en voltampères (VA) - Document de discussion (2005-06-15)

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Mesure de la puissance apparente en voltampères (VA) Document de discussion (2005-06-15), en version PDF, 97 Ko

Préambule

Le présent document servira de base à un forum de discussion national qui commencerait à l’intérieur de Mesures Canada et qui finirait par inclure une vaste consultation auprès des intervenants de l’industrie de mesure de l’électricité. Il définit l’enjeu, fournit le contexte technique et propose des solutions possibles pour aborder la question. Toutefois, il ne se veut pas un document technique.

Enjeu

La puissance apparente est une grandeur électrique résultant du produit de la tension et de l’intensité du courant. L’intégration des voltampères par rapport au temps permet de déterminer l’énergie apparente en voltampères-heures (VAh), qui est établie comme une unité de mesure légale en vertu de la Loi sur l’inspection de l’électricité et du gaz (la Loi). En plus de l’utilisation de l’énergie apparente en VAh dans la facturation de l’énergie, cette grandeur est également utilisée dans la détermination d’un prix de la puissance appelée en fonction du temps établie à l’article 5 du Règlement sur l’inspection de l’électricité et du gaz (le Règlement). Cela veut dire que les VA (de même que les watts et les vars) constituent une unité de mesure légale lorsque la valeur de cette unité est déterminée en fonction d’une période de temps spécifiée.

Bien que la valeur en VA soit facile à dériver des grandeurs de base de tension et de courant dans certaines circonstances, il n’y a pas de consensus général quant à la méthode la plus appropriée d’établir la valeur en VA dans un environnement polyphasé. Les choses se compliquent davantage à cause d’autres facteurs tels que la distorsion harmonique, le déséquilibre entre phases et les configurations de branchement. Les progrès de l’électronique et des technologies de mesurage ont donné lieu à une vaste gamme de types de compteurs, dont chacun peut ou non tenir compte d’un nombre quelconque de ces facteurs qui peuvent influer sur la détermination des mesures en VA.

MC approuve de nombreux types et modèles de compteurs différents qui déterminent les valeurs de puissance appelée en VA selon des méthodes de mesure différentes. Les processus d’évaluation aux fins de l’approbation (et de la vérification) évaluent les caractéristiques de performance des mesures de puissance apparente dans un environnement d’essai contrôlé. L’environnement d’essai qui a été établi n’introduit pas les facteurs donnant lieu à des différences entre les valeurs mesurées en VA de compteurs utilisant des méthodes de mesure différentes. Les spécifications d’approbation de compteur de Mesures Canada ont été établies il y a de nombreuses années et étaient jugées appropriées pour la technologie de mesurage et les environnements de service de l’époque. Bien que les programmes de MC fournissent une garantie raisonnable qu’un compteur donné produira une mesure exacte en VA dans les conditions spécifiées, ils ne caractérisent pas les compteurs pour les conditions réelles d’utilisation. Un type de compteur donné peut enregistrer des valeurs différant énormément de celles d’un autre type de compteur à cause des différences de méthode de mesure et de caractéristiques de mesure entre les compteurs. Il en résulte une situation d’iniquité, dans laquelle la valeur de la puissance appelée en VA déterminée pour un consommateur donné peut différer considérablement de celle déterminée pour un autre consommateur qui consomme exactement la même puissance et a exactement le même profil de charge, dû simplement au type ou au modèle de compteur utilisé pour mesurer les valeurs.

Cette situation ne se limite pas au marché canadien de mesure de l’électricité, car à l’échelle internationale, il n’y a pas eu d’établissement commun d’une méthode de mesure normalisée de la valeur en VA ni de caractéristiques de mesure normalisées pour le mesurage de la puissance appelée.

Les nombreux facteurs contributifs de cette iniquité sont variés et complexes. Le présent document contient l’information technique de base pour identifier et expliquer brièvement certains de ces facteurs. Le coût de cette iniquité est difficile à quantifier, puisqu’il y a tant de facteurs qui y contribuent.

On peut poser que la question est d’envergure nationale et s’applique à tous les cas de mesurage où la puissance appelée en VA ou l’énergie apparente en VAh sont utilisées pour établir la base de calcul d’un prix.
On peut poser que, à des conditions de charge de consommateur exactement identiques, les mesures en VA et/ou en VAh pourraient différer considérablement selon le type de compteur utilisé. Les différences peuvent s’amplifier encore davantage dans des conditions de charge variables selon la caractéristique de mesure de la puissance appelée utilisée.
En présence des technologies multiples et en évolution rapide, il est fort probable que cette iniquité s’accentuera et perdurera à l’avenir si elle n’est pas abordée. (Par le passé, le degré d’iniquité attribué à la détermination de la valeur en VA était minimisé, car il n’y avait qu’un nombre limité de technologies utilisées pour déterminer la mesure des VA. En outre, la nature de la plupart des appareils électriques était également limitée à l’égard du type de charge alimenté - par conséquent, la nature de la charge n’avait pas autant d’influence sur le degré d’iniquité).
Le coût est considérable : de nombreux consommateurs enregistrent des valeurs (pour lesquelles ils sont facturés) considérablement plus grandes que d’autres pour une même puissance consommée selon le type de compteur utilisé. D’autres enregistrent des valeurs beaucoup plus faibles. Cependant, il faut garder à l’esprit que, dans ce cas, les faibles valeurs et les prix plus bas seront compensés d’une manière ou d’une autre par le tarif de base de la compagnie d’électricité. Cela veut dire que tous les consommateurs paient cette subvention de facto que reçoivent certains consommateurs.
Certains avancent que les iniquités de mesurage peuvent s’équilibrer sur un grand nombre de consommateurs. À cet égard, globalement, une compagnie d’électricité ne bénéficie ni ne souffre de l’iniquité. Cependant, ce sont les consommateurs individuels, parties les plus vulnérables, qui en écopent.
Le manque de normalisation ou d’identification des méthodes de détermination de la valeur en VA peut s’avérer un obstacle au commerce international de l’énergie.

Résumé

Au Canada, on utilise une grande variété de méthodes de détermination de la valeur en VA et de caractéristiques de mesure de la puissance appelée. Il n’y a en fait aucune normalisation dans l’industrie en général, ni même au sein de nombreuses compagnies d’électricité particulières.

À l’échelle internationale, on utilise une variété de méthodes de détermination de la valeur en VA et des caractéristiques de mesure de la puissance appelée. Cependant, il faut préciser que l’utilisation de la mesure de VA (énergie ou puissance appelée) aux fins de la facturation est beaucoup moins courante qu’au Canada. En, fait, de nombreux organismes de réglementation ne reconnaissent pas l’utilisation de la mesure des VA aux fins de la facturation.

Les compteurs électromécaniques sont limités quant à la façon de déterminer la puissance appelée et de calculer la valeur en VA.

Les compteurs électroniques modernes peuvent être conçus avec une grande variété de méthodes de détermination de la puissance apparente et de techniques de calcul de la valeur en VA.

C’est cette variété qui peut donner lieu à des différences considérables entre les valeurs mesurées en VA ou en VAh en général et, en particulier, dans le cas de la mesure de la puissance appelée en fonction du temps. Ces différences considérables entraînent une iniquité considérable dans la mesure des VA. La valeur de l’iniquité est fonction de la conception du compteur (qui comprend les méthodes de détermination de la puissance appelée, les caractéristiques de mesure et les méthodes de calcul) et des conditions de charge prédominantes.

Solutions

Des solutions possibles pour aborder cette iniquité comprennent la normalisation des variables identifiées ou, en revanche, la qualification des méthodes utilisées. Quelles que soient les solutions adoptées, elles doivent être mises en oeuvre de façon durable et compte tenu de l’incidence sur les entrepreneurs et les consommateurs.

La normalisation établirait des règles du jeu équitables, de sorte que tous les compteurs mesureraient la puissance appelée en VA en fonction des mêmes caractéristiques et méthodes et donneraient donc lieu à des valeurs égales déterminées pour une charge donnée, quel que soit le type de compteur utilisé. Il importe de noter que certains types de compteurs (notamment les électromécaniques) sont limités à n’utiliser que les caractéristiques et méthodes inhérentes à leurs conception et construction. Il se peut que ces compteurs continuent de présenter de l’iniquité de mesure des VA pour le reste de leur vie utile.

La qualification n’éliminerait pas les iniquités de mesure, mais elle permettrait des comparaisons avec une référence standard. Les compteurs seraient conçus et désignés en fonction de critères pour une catégorie particulière. Cela aurait pour résultat que les mesures de la puissance appelée en VA seraient comparées selon les caractéristiques et méthodes définies par ses critères. Tous les compteurs utilisant les mêmes caractéristiques et méthodes donneraient alors lieu à des valeurs identiques déterminées pour une charge donnée.

Contexte

Pendant la discussion de la puissance apparente, on risque parfois de compliquer la discussion en introduisant le concept de la puissance appelée. Sur le plan physique, la puissance apparente se définit comme une grandeur qui est fonction de la tension et du courant. Par contre, l’industrie de l’électricité (et Mesures Canada) utilise cette même grandeur pour déterminer la valeur de puissance appelée en VA. Pour donner de la perspective, on traite ci-dessous de la mesure de la puissance appelée (y compris la puissance appelée en VA) et de la simple mesure des VA.

1) Puissance appelée

On peut poser de façon générale que la mesure de la puissance appelée a pour but de déterminer la capacité de l’équipement et de l’infrastructure électriques nécessaire pour permettre la fourniture de la puissance et de l’énergie dont un consommateur a besoin.

L’énergie est effectivement un produit qui peut se mesurer en nombre d’unités utilisées/transférées et donne lieu à un prix unitaire. La puissance elle-même n’est pas un produit à consommer; c’est la vitesse à laquelle l’énergie est utilisée/transférée et elle n’est donc utile que dans la mesure où elle correspond à un point donné du temps. Par définition, à elle seule, la puissance instantanée n’est pas la grandeur la plus appropriée à mesurer aux fins de l’établissement d’un prix. Au lieu de la puissance instantanée, c’est la fonction de puissance appelée qui est utilisée pour établir un prix basé sur la puissance utilisée sur une période donnée. La puissance appelée quantifie effectivement la puissance moyenne réalisée à un branchement pour l’intervalle d’intégration spécifié (de la puissance appelée). L’intervalle d’intégration de la puissance appelée représente normalement le temps nécessaire à la stabilisation de l’équipement de production d’électricité pour une condition de charge donnée. L’équipement de production d’électricité est normalement conçu pour garantir qu’il ne sera pas endommagé par la surcharge pendant cet intervalle. Toutefois, les valeurs de puissance maximale dont la moyenne est établie pour un intervalle de temps donné contribuent à ces dommages et constituent la base de la capacité requise de l’équipement.

Bien que la mesure de la puissance appelée soit définie dans le Règlement, la méthode de détermination de la puissance appelée n’est pas définie explicitement. Cela a donné lieu à l’utilisation de plusieurs méthodes pour établir une valeur de puissance appelée.

2) Puissance apparente (en VA)

Comme dans le cas de la puissance appelée, on peut poser de façon générale que la mesure de la puissance apparente en VA a pour but de déterminer la capacité de l’équipement et de l’infrastructure électriques nécessaire pour permettre la fourniture de la puissance et de l’énergie dont un consommateur a besoin.

La puissance apparente (en VA) est une grandeur composée qui comprend la puissance active/utile (watts), qui est consommée par l’équipement, et une composante réactive (vars). La puissance réactive n’effectue aucun travail utile, mais elle est tirée de la source d’alimentation par quantités qui dépendent du type d’équipement alimenté.

Vu la nature composée du voltampère en tant qu’unité, sa définition de base devient effectivement variable lorsque les conditions entourant son application deviennent plus complexes. Par conséquent, il y a plusieurs méthodes pour déterminer la puissance apparente, qui peuvent toutes être correctes dans une circonstance particulière, mais qui, pour des conditions et facteurs variables, donnent lieu à des valeurs différentes. Le voltampère est une unité qui doit être qualifiée par les conditions entourant sa détermination. La situation est analogue à celle où l’on tente d’affirmer de façon catégorique qu’un volume particulier d’essence produit une valeur particulière d’énergie. Il est techniquement impossible de déterminer cette valeur, à moins que le volume d’essence ne soit qualifié par des conditions telles que la température et la pression ambiantes et par la qualité ou la composition de l’essence elle-même. À cet égard, toute affirmation semblable sans les qualificateurs nécessaires est effectivement vide de sens.

Cette situation se complique davantage du fait que lorsqu’on procède au mesurage d’applications à courant alternatif (c.a.), l’unité VA a en fait plusieurs sous-unités qui sont toutes des formes de VA exprimées par la façon dont le compteur réagit aux conditions du circuit.

Bien que la mesure des VA soit mentionnée dans la Loi et dans le Règlement, la méthode de détermination de la valeur en VA n’est pas explicitement définie. Cela a donné lieu à l’utilisation de plusieurs méthodes de mesure des VA.

Il est vrai que la « mesure de la puissance appelée » et la « mesure de la puissance apparente » sont des questions connexes, mais ce sont néanmoins des questions distinctes. Le présent document porte principalement sur la question de la détermination de la puissance apparente.


		Création : 2005-08-04 Révision : 2005-12-05	Haut de la page	Avis importants