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PRODUCTION-TRANSPORTDISTRIBUTION
DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Université de JijelFaculté des sciences et de la technologie
Département de Génie électrique
Module : Réseau électrique
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Chaque fois qu'un récepteur électrique estmis en marche , il faut simultanément
Produire etTransporter
l'énergie électrique au lieu d'utilisation caron ne peut pas stocker cette énergie .
1. Problème de production consommation
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Un système de production électriqueest constitué :
- d'une turbine
( production d'énergie mécanique )
- d'un alternateur
( transformation de l'énergiemécanique en énergie électrique )
2. Production
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Turbine 5
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Alternateur
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Le moyen d'entraîner la turbine peutse faire par :
- l'eau ( centrale hydraulique,centrale marimotrice ) ;- la vapeur ( centrale thermique,
centrale nucléaire)
2. Production
- le vent ( centrale éolienne)
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3. Type des centrales électriques- Centrales hydroélectriques a accumulation- Centrales hydroélectriques au fil de l’eau - Centrales thermique- Centrales nucléaire- Éoliennes (Energie du vent)- Photovoltaïque (Energie solaire)
- Piles a combustible
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3.1. Les centrales hydrauliques
Elles représentent environ17de la production de l'énergie électrique en
France .
L'eau sous pression actionne lesturbines avec une puissance P
avec P en kW ; g = 9,81 m.s-2 ;Q : quantité d’eau en m3/s ;
h : hauteur en m
P = g . Q . h
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3.1. Les centrales hydrauliques
On rencontre 4 types de centrale :
Les hautes chutes : h > 200 m
Les moyenne chutes : 200 m > h > 30 m
Les basses chutes : avec h < 30 mles centrales à pompage.
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3.1.1. Centrale hydroélectrique a accumulation
L’eau de pluie et de fonte des neiges,
retenue derrière un barrage, estacheminée par une conduite forcée
jusqu’a des turbines hydrauliques
qui entraînent des alternateurs :
conversion mécanique – électrique.Puissances de qq centaines de MW a
plusieurs GW
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Avantages et inconvénients
Avantages : Excellent rendement (+90%) Fournit l’électricité a la demande
Énergie primaire gratuite Inconvénients : Construction uniquement en montagne loin des
centres urbains Dégradation du paysage Délocalisation de la population
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3.1.2. Centrale hydroélectrique au fil de l’eau
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3.2. Les centrales thermiques
les centrales thermiques classiques :Elles utilisent principalement le charbon
on rencontre aussi le gaz et le fioul ;
les centrales nucléaires :
Elles utilisent la fission nucléairede l'uranium 235 .
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Centrale thermique15
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3.2.1. centrale conventionnelle à chaudière
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3.2.2. centrale nucléaire
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4. Autres moyens de productionIls sont moins utilisé que les autres.
Elles représentent environ1
de la production de l'énergie électriqueen France
-Énergie éolienne;
- Énergie solaire;- Groupe électrogène;- Énergie marémotrice;
- Pile à combustible 18
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4.1. Centrale Eolienne
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4.2. Centrale photovoltaïque
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Avantages et inconvénientsAvantages :
L'énergie solaire n'exige aucun carburant. Elle n'est pasdonc soumise au prix toujours croissant du pétrole;
Énergie propre non polluante pour l'environnement;
Énergie primaire gratuite; Inconvénients :
Frais de production sont trop élevés par rapport au
rendement obtenu; Taille considérable des installations : il faut des grandes
superficies de panneaux pour produire de l'énergie;
Production irrégulière (dépend des conditions climatiques). 21
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4.3. Centrale marémotriceUne centrale marémotrice est une unité de
production d’électricité qui exploite une sourced’énergie renouvelable : les marées.
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Avantages et inconvénientsAvantages :
Énergie produite par les usines à marée ne dépendait pasdes phénomènes météorologiques (vent, soleil);
Énergie propre non polluante pour l'environnement;
Coût d'exploitation assez faible. Inconvénients :
Sites favorables à la construction très limité;
Impacts sur la migration des poissons; Risque de dépôt dans le bassin, qui nécessite un nettoyage
régulier qui peut être coûteux.
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S é
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Structure du réseau en France
Remarque : pas de distribution du neutre 1324
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http://slidepdf.com/reader/full/introduction-aux-reseaux-electriques 25/64Turbine PeltonRetour 25
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Alternateur
Retour 26
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Centrale thermique
Retour27
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Hydraulique
s
Retour
Serre poncon
Centrale fil de l’eau
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Centrales éoliennesRetour29
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http://slidepdf.com/reader/full/introduction-aux-reseaux-electriques 30/64Centrales solairesRetour 30
La Rance
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Centrale
marémotrice Retour
La Rance
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http://slidepdf.com/reader/full/introduction-aux-reseaux-electriques 32/64Poste de répartitionRetour 32
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Transformateur 20kV
230 400Retour 33
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Ligne 20kV
Retour
Sectionneur et
transformateurde mesure
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Distribution
230/400
Retour 35
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Retour36
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http://slidepdf.com/reader/full/introduction-aux-reseaux-electriques 37/64Ligne 220kV Retour37
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Organisation générale d’unréseau de transport d’énergie
Les réseaux électriques constituent le
lien obligatoire entre la production del’énergie électrique et les utilisateurs,ils comprennent trois grandes étapes,
la production de l’énergie électrique,le transport et la distribution.
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Différents types de réseaux électriquesLe réseau de grand transport (THT)
Les réseaux de transport sont à Très HauteTension (THT) de 150 kV à 800 kV et ont pourbut de transporter l'énergie des grands centres
de production vers les régions consommatricesd'électricité.Le réseau de répartition (HT)
Les réseaux de répartition sont à Haute TensionHT de l'ordre de 30 à 150 kV et ont pour butd'assurer à l'échelle régionale la fournitured'électricité.
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Le réseau de distributionLes réseaux de distribution ont pour but
d'alimenter l'ensemble des consommateurs. Ilexiste deux sous niveaux de tension :
les réseaux à Moyenne Tension (MT) de 3 à 33
kV) ; les réseaux à Basse Tension (BT) de 110 à 600 V,
sur lesquels sont raccordés les utilisateurs
domestiques.
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Les lignes électriques
Le transport del'énergie électriquedu producteur au
consommateur sefait à l'aide delignes électriques,qui constituent lesartères d'unsystème d'énergieélectrique.
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III.1. Définition Une ligne électrique est un ensemble de
conducteurs, d'isolant et d'éléments accessoiresdestinés au transport de l'énergie électrique. Lesconducteurs sont en générale en Aluminium,en Cuivre, en Bronze.
Elles peuvent être classées :Suivant les fonctions : ligne de grand transport ; ligne d interconnexion ; lignes de répartition ;
lignes de distribution . 43
Suivant la situation dans l'espace :
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Suivant la situation dans l espace : lignes aériennes.
lignes souterraines (câbles ).
Suivant la classe de la tension :
lignes à basse tension (<1 kV). lignes à haute tension (>1 kV).
Suivant la nature de la tension : continue. alternative (monophasée ou triphasée).
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IV. Les postes aériens
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Les réseaux comportent des nœuds électriques où
se raccordent les ouvrages : ce sont les postesélectriques .
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IV.1. Types de postes On peut distinguer plusieurs types de postes suivant les
fonctions qu’ils assurent : Postes à fonction d’interconnexion Ces postes sont normalement composés de plusieurs jeux de
barres à la même tension.
Postes de transformationCes postes comportent au moins deux jeux de barres à des
tensions différentes liés par un ou plusieurstransformateurs de puissance.
Postes mixtesAssurent à la fois la fonction d’interconnexion et la fonction
de transformation, ces postes comportent plusieurs étages
de transformations et plusieurs jeux de barres. 46
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I. Généralités sur les circuits triphaséUn système de tension triphasée est un ensemble de trois
tensions alternatives, de même valeur efficace,décalées l’une par rapport aux autres de 120°.un système triphasé peut servir à produire :1- du monophasé (bipolaire) 230 V (entre un conducteur polaire et un conducteur
neutre ) 400 V ( entre deux conducteurs polaires)
2- ou des circuits triphasés multipolaires tripolaire ( uniquement les 3 conducteurs polaires -
phases –
tétrapolaire ( 3 phases + neutre) 47
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II. Réseau triphasé symétrique
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II.2. Les tensions délivréesII.2.1. Les tensions simples
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Puisque les grandeurs sont sinusoïdales, lestensions et courants utiliseront la notationcomplexe.
Les trois tensions entre phase et neutre sont lestensions simples, notées V . Le Tableau 1
regroupe les formes temporelles et complexesde ces tensions.
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Réseau triphasé non symétriqueDéfinition
Une charge est non équilibrée si elle estconstituée de trois impédances différentes Z 1 , Z 2 et Z 3 , couplées en étoile ou en triangle. Lescourants de ligne ne sont alors pas tous égaux.La conséquence la plus immédiate est que lepotentiel du neutre de la charge est décalé parrapport à celui de l’équilibre.
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Influence du déséquilibreDétermination du courant de neutre Dans un premier temps, on se place dans le cas
où le neutre est relié au réseau par leconducteur associé (Figure 8).
On détermine la somme des trois courants enligne, c’est à dire le courant dans le neutre,dans la charge étoile déséquilibrée :
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Cette somme n’est plus nécessairement nulle :Un courant circule dans le conducteur deneutre.
Ce principe est utilisé dans certains dispositifsde détection de défauts : le défaut (parfois dû à
un contact humain) occasionne un déséquilibre.
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Si le neutre n’est pas relié, on détermine sonpotentiel par rapport au neutre qui existerait si lacharge était équilibrée (Figure 9).
Détermination du potentiel de neutre
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Cette tension peut être déterminée aisément
grâce au théorème de Millman :
Dans le cas général, cette tension n’est pas toujours nulle. Lepotentiel de neutre est décalé par rapport au neutre de la source.Ce dernier est souvent relié à la terre, on observe donc V N près dela charge.Cela peut présenter un danger pour certains régimes de neutre,en cas de défaut dans la charge.
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PUISSANCE DU RÉCEPTEUR TRIPHASÉ NON ÉQUILIBRÉ
Dans ce cas, chacune des puissances doit être calculéeindividuellement
La puissance active totale est la somme arithmétiquedes puissances active de chaque phase.
P = P ph1 + P ph2 + P ph3[W] La puissance réactive totale est la somme algébrique
des puissances réactive de chaque phase.
Q =±
Q ph1 ±
Q ph2 ±
Q ph3[var] La puissance apparente totale est la somme vectorielledes puissances apparente de chaque phase.
S = (P 2 +Q 2 ) 0,5 [VA] 55
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Solution
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a) Calcul des courants de phaseI ph1= Pph1 / (Uph1 · cosf1) =100 / (230 · 1)= 435[mA]
I ph2 = Pph2 / (Uph2 · cosf2) =60 / (230 · 1)= 261[mA]I ph3= Pph3 / (Uph3 · cosf3) =40 / (230 · 1)= 174[mA]
b) Calcul du courant du neutreI N = Iph1 + Iph2 + Iph3 = 0,23 [A]I N = I1 exp j (wt) + I2 exp j (wt- 2p /3)
+ I3 exp j (wt - 4p /3)=
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Mesure de la puissance active en triphasé1. Méthode pour récepteurs équilibrés
La puissance P, indiquée par le wattmètre est celle
d’une phase, pour connaître la puissance totale active,il faut multiplier cette valeur par trois.P = 3 ·P1 [W]
Si le point neutre n’est pas accessible, il faut le créer àl’aide de trois résistances équivalentes couplées enétoile, l’une d’entre elle étant celle du circuit tensiondu wattmètre.
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2. MÉTHODE GÉNÉRALE Chaque wattmètre indique la puissance d’une phase.
La puissance triphasée est la somme arithmétique despuissances lues sur chaque wattmètre.P = P1 +P2 +P3 [W]
Si le point neutre n’est pas accessible, il faut relier enétoile les 3 sorties des circuits tension des wattmètres,ceux-ci devant avoir la même résistance.
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La puissance réactive que doit fournir la batterie de
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La puissance réactive que doit fournir la batterie decompensation est calculée de la même façon qu’en monophasé.La batterie est composée de trois condensateurs fournissant
chacun un tiers de la puissance réactive capacitive. L’amélioration du facteur de puissance tend idéalement à luidonner une valeur proche de 1. En pratique, on se contente d’une valeur proche de 0,9 (inductif).
AVANTAGES DE L’AMÉLIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE Pour les sources de tension, à puissance apparente égale, lapuissance active soutirée peut être plus grande avec un facteur de
puissance proche de 1.Pour un circuit inductif, le courant dans la ligne sera plus petit(donc les pertes en ligne aussi) si on y améliore le facteur depuissance.
CALCUL DE LA CAPACITÉ DES CONDENSATEURS
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C ALCUL DE LA CAPACITÉ DES CONDENSATEURS Pour le calcul de la capacité des
condensateurs, il faut d’abord déterminer lapuissance réactive à fournir au total, puis parcondensateur
63
Grandeurs utilisées :
Pm , Sm et Qm : respectivement la puissance active, apparente et réactive dumoteur.fm : facteur de puissance du moteurPR , SR et QR : respectivement la puissance active, apparente et réactive duréseau.fR : facteur de puissance du réseauSb puissance apparente de la batterie [VA] (=Qb)Sc puissance apparente d’un condensateur [VA] = Qc)Xc réactance de capacité d’un condensateur C capacité de chaque condensateur
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Pm = U · I · cos fm · 30,5 =
400 · 85 · 0,5 · 1,732 = 29,44 [kW] Qm = Pm · tg fm = 29,44 · 1,152 = 35,09 [kvar]
PR = Pm = 29,44 [kW]
QR = PR · tg fR = 29,44 · 0,4843 = 14,26
[kvar]
Qb = Qm - Qr = 35,09 - 14,26 = 20,83 [kvar]
Qc = Qb / 3 = 20,83 / 3= 6,943 [kvar]
Xc = Uc
2 / Qc = Uph
2 / Qc = 4002 / 6943 = 23,04 [W]
C= 1 / (2. p. f . Xc ) =1 / (2. p. 50 . 23,04 )
= 138,15 [mF]
note : Iréseau = 47 22 [A]
