Post on 18-May-2015
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ECI, Belgium
hdk@eurocopper.org
Le réseau électrique vu comme un tandem
BruxellesSeptembre 2005
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Le réseau électrique vu comme un tandem
Le réseau électrique est à la fois : – d’une importance cruciale au quotidien pour
notre économie – et d’une grande complexité
D’où l’idée d’utiliser une bonne analogie pour se faire une meilleure idée de son mode de fonctionnement
Nous comparerons donc le réseau à un tandem
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Le réseau électrique vu comme un tandem
Aucune analogie ne peut constituer une représentation complète– Il n’est pas possible de “translater” toutes les
caractéristiques– Certain aspects de l’analogie ne sont pas
totalement pertinents Les ressemblances doivent être suffisamment
proches Elle peut alors être très utile à une meilleure
compréhension du caractère abstrait d’un réseau électrique
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Représentation fondamentale du système (1)
Le tandem se déplace à vitesse constante Le but : les personnages en bleu doivent continuer à se
déplacer Personnages en bleu = la charge (charges industrielles,
résidences privées) Personnages en rouge = centrales de production (de
différentes tailles)
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Représentation fondamentale du système (2)
La chaîne = le réseau électrique La chaîne doit tourner à vitesse constante (le
réseau électrique est à fréquence constante) La partie supérieure de la chaîne doit rester sous
tension constante (le niveau de tension en un point donné du réseau doit être constant)
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Représentation fondamentale du système (3)
Partie inférieure de la chaîne, sans tension = conducteur de neutre
Plateau transmettant l’énergie à la chaîne = transformateur interfaçant la centrale de production et le réseau
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Représentation fondamentale du système (4)
Certaines personnes en rouge (centrales de production) ne pédalent pas à pleine puissance
Elles sont capables d’appliquer une force supplémentaire quand :– Une nouvelle personne en bleu (charge) s’assoie dans
tandem– Une des personnes en rouge (centrales de production)
est prise de crampes (= problème technique)
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La puissance réactive et sa compensation (1)
La personne en bleu se penche d’un côté = charge inductive
La charge inductive décale l’onde de courant par rapport à l’onde de tension (plus spécifiquement : décalage arrière)
Causes: bobines excitatrices des moteurs électriques, les ballasts des éclairages fluorescents, et certains types de chauffages électriques …
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La puissance réactive et sa compensation (2)
Personne en bleu: – Poids normal
(= charge normale)– Pas d’influence sur la
tension de la chaîne (= niveau de tension normal)
– Pas d’influence sur la vitesse (= fréquence normale)
Mais sans compensation, le tandem risque de tomber
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La puissance réactive et sa compensation (3)
La personne en rouge se penche de l’autre côté pour compenser = La centrale de production génère de la puissance inductive (décalage de l’onde courant par rapport à l’onde de tension, comme pour la charge)
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La puissance réactive et sa compensation (4)
Conséquences:– La compensation doit être
instantanée et précise, ce qui requiert la bonne compréhension de la situation
– La personne qui pédale en se penchant sur le côté ne fournit pas son effort aussi confortablement que précédemment
– Le tandem à plus de prise à l’air, engendrant des pertes supplémentaires
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La puissance réactive et sa compensation (5)
Une meilleure solution : exercer la compensation au voisinage de la source à l’aide d’une charge capacitive = la personne en bleu est assise près de la charge inductive mais se penche du côté opposé
La charge capacitive place l’onde de courant en avance par rapport à l’onde de tension, compensant ainsi le retard caractéristique d’une charge inductive
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Distorsion harmonique (1)
Un cycliste bleu– Se penche d’avant en
arrière– Trois ou cinq fois plus vite
que le tandem= Charge harmonique
La cause : Les récepteurs télé, les ordinateurs, les lampes fluorescentes compactes, les moteurs électriques commandés par des variateurs à ponts onduleurs …
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Distorsion harmonique (2)
Elle doit être compensée au voisinage de la source, sinon le tandem va commencer à
osciller d’avant en arrière Engendrant des pertes
énergétiques supplémentaires La compensation à l’aide de filtres
anti-harmoniques= Une selle placée sur des
roulettes et se déplaçant d’avant en arrière, ce qui compensera le mouvement du personnage bleu hyperactif
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Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (1)
Chaussures glissantes (= panne dans une centrale de production)
La chaussure glisse de la pédale (= la centrale de production est arrêtée)
La tension sur la chaîne diminue= la tension baisse sur le réseau
Risque de blessure pour le cycliste rouge, car la pédale continue de tourner ( = risque de casse de certaines parties de l’équipement au moment de l’arrêt instantané de la centrale)
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Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (2)
d’autres cyclistes doivent compenser, pour ne pas perdre de la vitesse
= d’autres centrales de production doivent augmenter leur contribution, pour éviter une baisse de la fréquence
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Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (3)
Il est difficile pour un cycliste de replacer son pied
= il n’est pas évident, dans une centrale de production de recoupler son alternateur au réseau, les fréquences respectives devant parfaitement concorder
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Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (4)
Le même type de creux de tension risque d’apparaître lorsque qu’une charge puissante et brutalement raccordée au réseau (un cycliste bleu monte sur le tandem en marche)
Une charge puissante est brutalement déconnectée (un cycliste bleu saute du tandem en marche) une surtension transitoire peut apparaître
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Trois différents types de centrales de production (1)
Un cycliste rouge est directement relié à la chaîne par l’intermédiaire d’un seul pignon et pédale à vitesse constante
= cela correspond aux centrales de production traditionnelles tournant à vitesse constante et connectées au réseau par l’intermédiaire d’un transformateur
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Trois différents types de centrales de production (2)
Un cycliste peut pédaler plus lentement
Tandis qu’il est relié à la chaîne par un système à pignons
= cela correspond à une turbine hydraulique, dont la vitesse dépend du courant dans la rivière– La turbine est connectée à
l’alternateur par un réducteur– Ou : un convertisseur de
fréquence interface l’alternateur et le réseau
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Trois différents types de centrales de production (3)
= cela correspond à une turbine éolienne Qui ne fonctionnera que si la vitesse du vent
n’est ni trop lente ni trop rapide Et devra être redondante avec d’autres
types de centrales de production
Un cycliste rouge peu puissant
Qui ne pédale que quand il fait beau
N’est pas fiable pour les autres
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Trois différents types de centrales de production (4)
Aussi pourquoi le cycliste rouge doit-il se situer entre des cyclistes bleu ?
relié à la chaîne à l’aide d’une courroie et d’un système à pignon
= turbines éoliennes connectées à un réducteur ou un convertisseur de fréquence pour gommer les variations de la vitesse du vent
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Trois différents types de centrales de production (5)
2) Les turbines éoliennes ne sont pas habituellement raccordées au réseau haute tension comme les autres centrales de production mais au réseau local Celui-ci étant conçu pour l’alimentation des charges, il devient difficile de gérer la répartition et la protection du réseau
Pourquoi entre des cyclistes bleus ?
1) Les turbines éoliennes sont beaucoup moins puissantes que les centrales de production traditionnelles
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Trois différents types de charges (1)
Le système de freinage transforme l’énergie cinétique en chaleur
au même titre qu’une résistance transforme l’énergie électrique en chaleur
Un cycliste bleu sans pédale et qui appuie sur les freins
= une résistance électrique Par exemple : les ampoules
lumineuses ou la plupart des systèmes de chauffage
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Trois différents types de charges (2)
Un cycliste bleu, les pieds sur les pédales en rotation,
au lieu d’accompagner le mouvement de rotation, appuie de tout son poids sur elles en cherchant à s’opposer à la rotation mais elles l’entraînent
= Un moteur électrique Même principe fondamental qu’un
alternateur Mais, à l’inverse, transforme
l’énergie électrique en énergie de rotation
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Trois différents types de charges (3)
Un cycliste bleu se penche d’un côté = une charge inductive
La charge inductive décale l’onde de courant par rapport à l’onde de tension (plus spécifiquement: décalage arrière)
Déjà présenté précédemment
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Conclusion (1)
contrôler un réseau électrique est extrêmement complexe– La puissance fournie à chaque instant doit être
parfaitement égale à celle appelée par la charge
– Il convient de garder constantes à la fois la fréquence du réseau (vitesse du tandem) et son niveau de tension (tension de la chaîne)
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Conclusion (2)
Différents types de perturbations peuvent ébranler l’équilibre
En Europe : chaque pays possède un opérateur de réseau indépendant qui réalise cette tâche difficile
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Merci pour votre attention!
Bibliographie
Explaining Power System Operation to Non-engineers by Lennart Söder, IEEE Power Engineering, April 2002