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Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès Cours Equipements Electriques Parti

Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès Cours Equipements Electriques Partie I Ce cours est à usage strictement didactique Sommaire Partie I : I- Production et distribution de l’électricité I.1- Avantages de l’électricité I.2- Production de l’énergie électrique I.2.1- Types de centrales électriques I.2.2- La centrale thermique I.2.3- Les centrales hydroélectriques : I.3- transport et distribution de l’énergie électrique : I.3.1- Les transformateurs : I.3.2- L’architecture du réseau de transport et de distribution : I.4- Schémas d’alimentation en énergie électrique des installations industrielles : 1.5- Classement et alimentation des récepteurs : I.5.1- Classement des récepteurs : I.5.2- Les postes de livraisons: a. Le poste de livraison simple antenne : b. Le poste de livraison double antenne : c. Double antenne - double jeu de barres : I.5.3- Les alimentations secourus: Pour toute remarque ou suggestion : HHUU kirezki@yahoo.frUU Kifouche Rezki 1 Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès I- Production et distribution de l’électricité : Introduction : L’électricité est de loin la plus importante des énergies secondaires. Son développement industriel et commercial, continu depuis ses origines voilà 120 ans, se justifie par les qualités intrinsèques de cette forme d’énergie, notamment la diversité de ses modes de production, la souplesse et la commodité de ses nombreuses utilisations. L’électricité, par sa faculté de satisfaire en tout lieu et à tout moment de multiples besoins énergétiques grâce à un réseau de distribution très ramifié, a fortement contribué à l’essor économique. Son taux de pénétration a pu être considéré comme un indicateur du développement technique ou un indice du niveau de vie d’un pays. I.1. Avantages de l’électricité Si l’utilisation de l’électricité n’a fait que progresser au cours du XXe siècle, c’est que cette forme d’énergie présente des qualités très appréciées par rapport aux autres énergies présentes au niveau final que sont les divers produits pétroliers, le gaz naturel, la vapeur. Elles se résument ainsi :  Facilité de mise en œuvre : Tout appareil électrique s’installe facilement à partir d’un branchement sur le réseau de distribution à travers un compteur. Ces réseaux sont très denses dans les pays industrialisés et dans les zones urbaines des pays en développement. Une mise à disposition aussi aisée de l’énergie est un facteur certain de développement économique.  Commodité d’utilisation : La satisfaction instantanée d’un besoin énergétique, associée à la multiplicité des usages, notamment l’usage domestique, fait que le recours à l’électricité est tellement banal qu’il passe inaperçu dans la vie moderne. Cette impression est renforcée par le peu d’entretien nécessité par les installations électriques. On ne s’aperçoit plus aujourd’hui des mérites de la « fée électricité » dont on s’émerveillait autrefois.  Finesse de réglage: C’est une caractéristique de l’électricité de pouvoir être dispensée à la mesure exacte des besoins ; elle est utilisée aussi bien pour la précision de certains usages thermiques en métallurgie fine que pour la souplesse requise par les moteurs électriques.  Réduction des investissements et de l’encombrement : Grâce aux installations électriques, non seulement l’espace d’un site industriel est mieux utilisé, mais encore mieux géré, grâce à la modularité et la flexibilité permises par l’électricité. Ce qui permet, aussi, d’adapter rapidement l’équipement selon la demande ou l’évolution technique. Il s’agit là, associé à la meilleure gestion de l’espace, d’un facteur important de production et qui demande un volume relativement faible d’investissement.  Propreté : La consommation d’électricité n’engendre ni pollution ni déchets. Ceux-ci sont concentrés dans les centres de production d’électricité, où ils sont beaucoup plus facilement maîtrisables.  Sécurité : La protection contre les dangers de l’électricité est plus facile à mettre en œuvre que pour le gaz. Kifouche Rezki 2 Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès I.2- Production de l’énergie électrique : L’énergie électrique est produite dans des centrales qui disposent d’éléments indispensables à la génération de courant électrique qui sont :  Une turbine en mouvement,  Un alternateur c’est-à-dire un aimant entraîné par la turbine et entouré d’une bobine qui produit le courant électrique. I.2.1- Types de centrales électriques : Il existe cinq principaux types de centrales électriques :  Les centrales à combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) dites centrales thermiques classiques ;  Les centrales nucléaires qui sont également des centrales que l’on peut qualifier de thermiques,  Les centrales hydroélectriques ;  Les centrales solaires ou photovoltaïques,  Les centrales éoliennes. Dans le cas des centrales thermiques, la turbine est entraînée par la vapeur produite dans les chaudières où l’on brûle les combustibles, alors que dans le cas des usines hydroélectriques, la turbine est animée par la force de l’eau. La plus grande partie de l’électricité mondiale est produite dans des centrales thermiques alimentées au charbon, au fioul, à l’énergie nucléaire ou au gaz et, en de plus petites proportions, au diesel et autres installations à combustion interne. Les différentes sources d’énergie peuvent être classées selon leur capacité calorifique qui est exprimée en tep (tonnes équivalent pétrole). On estime 1 tep = 4 500 kWh. Exemple, 1 kg de pétrole produit 10 000 kcal, alors 1kg de charbon donne 7 000 kcal et que 1 kg de gaz naturel fournit environ 8 000 kcal. La tonne équivalent pétrole (tep) est l’unité permettant de comparer les sources d’énergie au pétrole brut. Par convention, 1 t de pétrole correspond à 1,5 t de charbon ou à 1 000 m3 de gaz naturel. I.2.2- La centrale thermique : Les centrales électriques les plus répondues et qui produisent la plus grosse part de l’énergie électrique sont les centrales thermiques : Schéma détaillant le principe de fonctionnement d’une centrale thermique Kifouche Rezki 3 Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès Le principe de fonctionnement d’une centrale thermique : La chaleur produite dans la chaudière par la combustion du charbon, gaz ou autre, vaporise de l'eau. Cette vapeur d'eau est alors transportée sous haute pression et sous haute température vers une turbine. Sous la pression, les pales de la turbine se mettent à tourner. L'énergie thermique est donc transformée en énergie mécanique. Celle-ci sera, par la suite, transformée à son tour en énergie électrique via un alternateur. A la sortie de la turbine, la vapeur est retransformée en eau (condensation) au contact de parois froides pour être renvoyée dans la chaudière où le cycle recommence. I.2.3- Les centrales hydroélectriques : Les centrales hydroélectriques utilisent l’énergie mécanique de l’eau pour faire tourner la turbine et l’alternateur. Kifouche Rezki Alternateur Barrage Retenu d’eau Eau Turbine Vannes de control 4 Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès I.3- transport et distribution de l’énergie électrique : I.3.1- Les transformateurs :  Le principe de base des transformateurs : Le transformateur est un convertisseur statique (pas de pièce en mouvement). Il transforme une tension sinusoïdale en une autre tension sinusoïdale de valeur efficace différente. Il est se constitue d'un circuit primaire et d'un autre secondaire reliés par un autre circuit ferromagnétique. Selon la loi de Faraday, une variation de flux à travers une spire créer une f.é.m. "e". Inversement une f.é.m. "e" dans une spire crée une variation de flux à travers celle-ci. Cette loi est à la base de fonctionnement des transformateurs. La relation entre les grandeurs d'entrées et de sorties est "m" qu'on appelle le rapport de transformation. 2 1 1 2 1 2 I I U U n n m    si m > 1, le transformateur et élévateur de tension ; si m < 1, le transformateur est abaisseur de tension. Kifouche Rezki 5 Primaire Secondaire Puissance Electrique P1 = U1.I1.cos1 Puissance Magnétique (Circuit magnétique) Puissance Electrique P2 = U2.I2.cos2 Cours Equipements Electriques FHC Boumerdès Les transformateurs sont les liens indispensables entres les différentes parties du réseau de distribution de l'énergie électrique. On les retrouve au niveau de tous les postes de répartitions et de distribution. Le transformateur est choisi pour fonctionner sous les conditions nominales de tension et de courant. Les transformateurs sont caractérisés par Le rendement qui s’exprime par : P2 P1) = P1 Pperte) P1 Si on néglige les pertes, le transformateur est donc idéal, on a : P2 P1 Donc : I1 U1 I2 U2  Transformateurs triphasés : Afin de transformer l'amplitude des tensions d'un système triphasé, il faut théoriquement se servir de 3 transformateurs monophasés, dont les phases seront couplées, en fonction des contraintes, en étoile ou en triangle. En réalité, on se sert d'un seul circuit magnétique sur lequel sont bobinés les 6 bobinages. On appelle cela un transformateur triphasé. Il est de plus possible de coupler différemment le primaire et le secondaire pour, par exemple créer un neutre local ou apporter un déphasage entre certaines tensions. On représente ci dessous, en tant qu'exemple, le symbole d'un transformateur triphasé dont le primaire est câblé en étoile et le secondaire en triangle. On notera de façon conventionnelle les bobinages primaires en majuscule (A,B et C) et secondaires en minuscules (a,b et c). Le couplage est toujours indiqué par un symbole :  Y ou y : couplage étoile primaire ou secondaire  Δ ou d : couplage triangle primaire ou secondaire  Z ou z : couplage Zig-Zag primaire ou secondaire uploads/Industriel/ cours-equipements-electriques 1 .pdf