Transfert d’énergie électrique CA / CC

Les systèmes de distribution électrique sont une partie essentielle du système d’alimentation électrique. Afin de transférer l’énergie électrique d’une source de courant alternatif (CA) ou de courant continu (CC) à l’endroit où elle sera utilisée, un certain type de réseau de distribution doit être utilisé.

La méthode utilisée pour distribuer l’énergie d’où elle est produite à l’endroit où elle est utilisée peut être assez simple. Des systèmes de distribution d’énergie plus complexes sont utilisés pour transférer l’énergie électrique de la centrale vers les industries, les maisons et les bâtiments commerciaux.

Contenu:

1. Systèmes de distribution en général
2. Classification
   1. Distribution CA
      1. Système de distribution primaire
      2. Système de distribution secondaire
   2. Distribution CC
      1. Système CC à 2 fils
      2. Système CC à 3 fils
   3. Arrangements de distribution les plus courants
      1. Système radial
      2. Système principal en anneau
      3. Systèmes d’alimentation interconnectés
3. Calcul de la chute de tension dans un système à courant continu
4. Exigences d’un bon système de distribution
5. Considérations de conception

Systèmes de distribution en général

Les systèmes de distribution utilisent généralement des équipements tels que des transformateurs, des disjoncteurs et des dispositifs de protection. Le système de distribution électrique d’origine développé par Thomas Edison était un système souterrain à courant continu (DC).

Il se compose généralement de mangeoires, de distributeurs. Le schéma linéaire unique d’un système de distribution typique est illustré à la figure 1.

Fondamentalement, nous pouvons dire que la partie du système d’alimentation qui distribue l’énergie électrique pour un usage local est connue sous le nom de système de distribution.

Alimentateurs

Un alimentateur est un conducteur qui relie la sous-station (ou la centrale électrique localisée) à la zone où l’énergie doit être distribuée. En général, aucun prélèvement n’est prélevé sur le chargeur, de sorte que le courant y reste le même tout au long (figure 2).

La principale considération dans la conception d’un alimentateur est la capacité de charge actuelle.

Distributeur

Un distributeur est un conducteur à partir duquel des prises sont prélevées pour être fournies aux consommateurs. Le courant à travers un distributeur n’est pas constant car des prises sont prises à divers endroits sur sa longueur.

Secteur de service

Un maim de service est généralement un petit câble qui relie le distributeur aux bornes des consommateurs.

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2. Classification

Un système de distribution peut être classé selon:

Selon la nature du courant, le système de distribution peut être classé comme:

• Système de distribution à courant continu (CC)
• Système de distribution à courant alternatif (CA).

De nos jours, le système AC est universellement adopté pour la distribution de l’énergie électrique car il est plus simple et plus économique que la méthode à courant continu.

Selon le schéma de connexion, le système de distribution peut être classé comme:

1. Système radial
2. Système principal en anneau
3. Système interconnecté.

Chaque schéma a ses propres avantages et inconvénients.

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2.1 Distribution CA

De nos jours, l’énergie électrique est générée, transmise et distribuée sous forme de courant alternatif. Une raison importante de l’utilisation généralisée du courant alternatif de préférence au courant continu est le fait que la tension alternative peut être facilement modifiée en grandeur au moyen d’un transformateur.Le transformateur

Il n’y a pas de ligne définie entre la transmission et la distribution en fonction de la tension ou de la capacité en vrac. Cette ligne varie également d’un pays à l’autre.

Cependant, en général, le système de distribution CA est le système électrique entre la sous-station abaisseuse alimentée par le réseau de transport et les compteurs des consommateurs (figure 3).

Le système de distribution CA est classé en:

1. Système de distribution primaire et
2. Système de distribution secondaire.

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2.1.1 Système de distribution primaire

C’est la partie du système de distribution CA qui fonctionne à des tensions un peu plus élevées que l’utilisation générale et qui gère de gros blocs d’énergie électrique que les utilisations moyennes des consommateurs à basse tension (figure 4).

Pour des considérations économiques, la distribution primaire est effectuée par un système triphasé à 3 fils.

L’énergie électrique de la centrale est transmise à haute tension à la sous-station située dans ou à proximité de la ville. Dans cette sous-station, la tension est abaissée à 11 kV à l’aide d’un transformateur abaisseur.

L’alimentation est fournie à diverses sous-stations pour la distribution ou aux gros consommateurs à cette tension. Cela forme la distribution haute tension ou la distribution primaire.

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2.1.2 Système de distribution secondaire

C’est la partie du système de distribution CA qui comprend la plage de tensions à laquelle le consommateur final utilise l’énergie électrique qui lui est livrée.

La distribution secondaire utilise un système 400/230 V, triphasé et 4 fils. Le circuit de distribution primaire fournit de l’énergie à diverses sous-stations, appelées sous-stations de distribution.

La tension entre deux phases quelconques est de 400 V et entre une phase quelconque et le neutre est de 230 V (Figure 5).

Les charges domestiques monophasées sont connectées entre une phase quelconque et le neutre, tandis que les charges de transformateur de puissance du moteur 400 V triphasé sont connectées directement sur des lignes triphasées.

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2.2 Distribution CC

Il est de notoriété publique que l’énergie électrique est presque exclusivement générée, transmise et distribuée sous forme de courant alternatif.Cependant, pour certaines applications, l’alimentation CC est absolument nécessaire.

Par exemple, une alimentation en courant continu est nécessaire pour le fonctionnement de machines à vitesse variable (moteurs à courant continu), pour les travaux électrochimiques et pour les zones encombrées où des réserves de batteries de stockage sont nécessaires.

L’alimentation CC bourdonne la sous-station peut être obtenue sous la forme :

• 2 fils ou
• 3 fils pour la distribution

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2.2.1 Système CC 2 fils

Comme son nom l’indique, ce système de distribution est constitué de deux fils (+ et -). L’un est le fil sortant ou positif et l’autre est le fil de retour ou négatif. Les charges telles que les lampes, les moteurs, etc. sont connectés en parallèle entre les deux fils.

Ce système n’est jamais utilisé à des fins de transmission en raison de son faible rendement, mais peut être utilisé pour la distribution de l’alimentation CC.

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2.2.2 Système à courant continu à 3 fils

Il se compose de deux fils extérieurs et d’un fil intermédiaire ou neutre qui est mis à la terre à la sous-station (voir Figure 5). La tension entre les outer est deux fois la tension entre le fil extérieur et le fil neutre.

Les charges nécessitant une tension élevée (par exemple, les moteurs) sont connectées aux bornes extérieures, tandis que les lampes et les circuits de chauffage nécessitant moins de tension sont connectés entre l’extérieur et le neutre.

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2.3 Arrangements de distribution les plus courants

2.3.1 Système radial

Dans ce système, des alimentateurs séparés rayonnent à partir d’une seule sous-station et alimentent les distributeurs à une seule extrémité. Un schéma linéaire unique d’un système de distribution radiale est illustré à la figure 6. Le système radial est utilisé à basse tension et la sous-station est située au centre de la charge.

C’est le circuit de distribution le plus simple et a le coût initial le plus bas.

Cependant, il présente les inconvénients suivants.

1. L’extrémité du distributeur la plus proche du point d’alimentation sera fortement chargée.
2. Les consommateurs dépendent d’un seul alimentateur et d’un seul distributeur.
   
   Par conséquent, tout défaut sur le chargeur ou le distributeur coupe l’alimentation aux consommateurs qui sont du côté du défaut loin de la sous-station.
3. Les consommateurs à l’extrémité éloignée du distributeur seraient soumis à de graves fluctuations de tension lorsque la charge sur le distributeur change.

En raison de ces limitations, ce système n’est utilisé que sur de courtes distances. Le système radial peut être étendu en introduisant plus de latéraux et de sous-latéraux.

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2.3.2 Système principal en anneau

Dans ce système, les primaires des transformateurs de distribution forment une boucle. Le circuit en boucle part des barres omnibus de la sous-station, fait une boucle dans la zone à desservir et retourne à la sous-station.

Le schéma linéaire unique du système principal en anneau est illustré à la figure 7.

Le système principal en anneau présente les avantages suivants:

1. Il y a moins de fluctuations de tension aux bornes du consommateur.
2. Le système est très fiable car chaque distributeur est alimenté via deux mangeoires. En cas de panne sur une section quelconque de l’alimentateur, la continuité d’alimentation est maintenue.

Par exemple, supposons qu’un défaut se produise à n’importe quelle section du chargeur. Ensuite, la section défectueuse de l’alimentateur peut être isolée pour des réparations et en même temps la continuité de l’alimentation est maintenue à tous les consommateurs via l’autre alimentateur.

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2.3.3Systèmes d’alimentation interconnectés

Lorsque l’anneau d’alimentation est alimenté par deux ou plus de deux sources, il est appelé système interconnecté. Le schéma linéaire unique du système interconnecté est illustré à la figure 8 ci-dessous.

Le système interconnecté présente les avantages suivants:

1. Il augmente la fiabilité du service.
2. Toute zone alimentée par une centrale pendant les heures de pointe peut être alimentée par l’autre centrale. Cela réduit la capacité de réserve de puissance et augmente l’efficacité du système.

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3. Calcul de la chute de tension dans le système CC

La chute de tension dans le système de distribution est calculée en suivant la loi Ohm, s. Considérons un système de distribution radiale do simple comme le montre la figure 9.

Le système a une charge concentrée Ia, Ib, Ic, Id et Ie au point de charge A, B, C, D et E respectivement. La résistance de section différente a été représentée sur la figure 5 ci-dessus.

Le chargeur est alimenté au point O. Que les tensions aux différents nœuds soient Va, Vb, Vc, Vd et Ve et que le chargeur soit alimenté à la tension Vo. Par conséquent, la chute de tension est donnée par:

VDTotal = VDOA + VDAB + VDBC + VDCD + VDDE

Courant circulant dans les sections:

• Le courant circulant dans la section ‘OA’ est: Ioa = Ia + Ib + Ic + Id + Ie
• Le courant circulant dans la section ‘AB’ est: Iab = Ib + Ic + Id + Ie
• Le courant circulant dans la section ‘AB’ est: Iab = Ib +Ic + Id + Ie
• Le courant circulant dans la section ‘AB’ est: Iab = Ib +Ic + Id + Ie
• Le courant circulant dans la section « BC » est: Ibc=Ic+Id + Ie
• Le courant circulant dans la section ‘CD’ est : Icd=Id+ Ie
• Le courant circulant dans la section ‘DE’ est : Id= Ie

La chute de tension totale est donc donnée par :

VDTotal=IoaRoa + IabRab + IbcRbc +IcdRcd + IdeRde

Si la charge est uniforme, la chute de tension est calculée pour une très petite longueur de l’alimentateur telle que dx et ensuite intégrée sur toute la longueur.

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4. Exigences d’un bon système de distribution

Un effort considérable est nécessaire pour maintenir une alimentation électrique conforme aux exigences des différents types de consommateurs. Certaines des exigences d’un bon système de distribution sont:

• Tension appropriée,
• Disponibilité de l’alimentation à la demande et
• Fiabilité.

Tension appropriée

Une exigence importante d’un système de distribution est que les variations de tension aux bornes du consommateur doivent être aussi faibles que possible. Les changements de tension sont généralement dus à la variation de charge sur le système. La basse tension entraîne une perte de revenus, un éclairage inefficace et une éventuelle combustion du moteur.

La haute tension provoque l’extinction permanente des lampes et peut provoquer la défaillance d’autres appareils.

Ainsi, si la tension déclarée est de 230 V, la tension la plus élevée du consommateur ne doit pas dépasser 242 V tandis que la tension la plus basse du consommateur ne doit pas être inférieure à 218 V.

Disponibilité de l’alimentation à la demande

L’alimentation doit être disponible pour les consommateurs en toute quantité dont ils peuvent avoir besoin de temps en temps. Par exemple, les moteurs peuvent être démarrés ou arrêtés, les lumières peuvent être allumées ou éteintes, sans avertissement préalable à l’entreprise de fourniture d’électricité. Comme l’énergie électrique ne peut pas être stockée, le système de distribution est donc le plus capable de répondre aux demandes de charge des consommateurs.

Cela nécessite que le personnel d’exploitation étudie continuellement les modèles de charge pour prévoir à l’avance les changements de charge majeurs qui suivent les calendriers connus.

Fiabilité

L’industrie moderne dépend presque de l’énergie électrique pour son fonctionnement. Les maisons et les immeubles de bureaux sont éclairés, chauffés, refroidis et ventilés par courant électrique. Cela nécessite un service fiable.

Cependant, la fiabilité peut être considérablement améliorée par:

1. Système interconnecté
2. Système de contrôle automatique fiable
3. Fournissant des installations de réserve supplémentaires.

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5. Considérations de conception

Une bonne régulation de la tension d’un réseau de distribution est probablement le facteur le plus important responsable de la prestation d’un bon service aux consommateurs. À cette fin, la conception des mangeoires et des distributeurs nécessite une attention particulière.

Alimentateurs

Un alimentateur est conçu du point de vue de sa capacité de charge de courant alors que la prise en compte de la chute de tension est relativement sans importance. C’est parce que la chute de tension dans un alimentateur peut être compensée au moyen d’un équipement de régulation de tension au poste.

Distributeurs

Un distributeur est conçu du point de vue de la chute de tension qu’il contient. C’est parce qu’un distributeur fournit de l’énergie aux consommateurs et qu’il existe une limite légale des variations de tension aux bornes du consommateur (± 6% de la valeur nominale).

La taille et la longueur du distributeur doivent être telles que la tension aux bornes du consommateur se situe dans les limites autorisées.

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