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RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frèr

RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 1 Chapitre 1 Généralités sur les réseaux électriques I. Définition du Réseau Electrique Un réseau, c’est d’abord un certain nombre de fonctions et de comportements d’ensemble, qu’il faut définir, mettre en œuvre, maîtriser grâce à une conception et une exploitation convenables. Ce sont ensuite des ouvrages et des matériels ( lignes aériennes et souterraines, postes, câbles, appareillage, transformateurs, parafoudres, etc.) qui, assemblés, forment le réseau physique ; la qualité conditionne très largement celle du réseau, donc celle de la desserte en électricité de ses clients. C’est enfin tout un ensemble d’automatismes et de transmission d’informations et de commandes, ensemble coordonné, donc système nerveux absolument indispensable à la protection des ouvrages et des matériels, à la robustesse du réseau vis-à-vis des défaillances internes et des agressions extérieures telles la foudre et les conditions climatiques extrêmes ; système indispensable aussi à la maîtrise par l’exploitant d’un outil technique qui, pour les réseaux publics, du moins, n’est pas concentré en un site, mais couvre des milliers et des centaines de milliers de kilomètres carrés. Les réseaux électriques ont pour fonction d'interconnecter les centres de production tels que les centrales hydrauliques, thermiques..., avec les centres de consommation (villes, usines...). L'énergie électrique est transportée en haute tension, voir très haute tension pour limiter les pertes joules (les pertes étant proportionnelles au carré de l'intensité puis progressivement abaissée au niveau de la tension de l'utilisateur final (Fig.1). Fig.1. Schéma du réseau de transport. Un réseau électrique est un système maillé mettant en œuvre : RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 2  Des nœuds (ou postes) où sont raccordés : les centrales (centre de production), les charges (consommation) et les lignes électrique (élément du réseau).  Des branches (ou lignes électrique) : qui interconnectent les nœuds. Le maillage du réseau améliore la disponibilité de l’alimentation en énergie aux usagers, la stabilité et la qualité du produit électrique car les deux dépendent de la puissance de court circuit, laquelle augmente avec le maillage ou plus exactement avec le nombre et la puissance des centres de production installés et raccordés. II. Nature de la tension, comparaison continu / alternatif Les tensions et les courants présents sur le réseau sont sinusoïdaux à une fréquence fixe de 50Hz (60Hz aux USA, au Canada, etc). Les tensions sinusoïdales sont présentes à 99% sur les réseaux électriques, au dépend des tensions continues. Pour connaître les raisons de ce choix, on dresse deux tableaux d'avantages et d'inconvénients relatifs aux régimes alternatifs sinusoïdaux et continus. II.1. Courant alternatif Avantages Inconvénients  Permet l’utilisation des transformateurs pour élever et abaisser la tension  Difficultés d’interconnexion de plusieurs réseaux (il faut avoir la même fréquence, la même tension et la même phase).  Facilite la coupure des courants par le passage naturel par 0 deux fois par période c.à.d. 100 fois par seconde  Implique des effets inductifs et capacitifs tout au long du réseau d’où l’existence de puissance réactive pénalisante pour le producteur.  Production directe par alternateur  Implique un effet de peau (concentration du courant dans la périphérie des câbles d’où la nécessité de câbles et lignes adaptés et donc plus chers II.2. Courant continu Avantages Inconvénients  Pas d’effet réactif donc pas de puissance réactive pénalisante pour la production.  Difficulté de couper les courants continus, d’où des dispositifs de coupure plus RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 3 performants et plus chers.  Facilite l’interconnexion des réseaux, il suffit d’avoir partout la même tension.  Terminaisons très coûteuses.  Pas d’effet de peau (les câbles et les lignes sont plus simples et moins chers.  Impossibilités de produire et d’élever la tension dans les très hautes tensions d’où des pertes importantes sur les lignes. II.3. Raison d’utilisation d’une tension sinusoïdale La solution la plus commode pour produire de manière industrielle de l'énergie électrique est l'entraînement d'un alternateur par une turbine, le tout en rotation autour d'un axe. De manière naturelle ces installations produisent des tensions sinusoïdales. En sens inverse et tout aussi naturellement, ces tensions sinusoïdales permettent l'entraînement régulier d'un moteur électrique. Cette facilité d'utilisation à la production et à l'usage dans les machines tournantes constitue les deux grands atouts de la tension sinusoïdale. II.3.4 Choix entre un système monophasé et triphasé Il est tout à fait possible de réaliser un réseau uniquement en courant monophasé. Les raisons qui ont conduit à adopter le réseau triphasé sont les avantages techniques et économiques importants qu'il présente :  Un alternateur de très forte puissance ne peut pas fonctionner en produisant un courant monophasé car la puissance fluctuante qui en résulte provoque une destruction de l'arbre de liaison entre l'alternateur et la source d'énergie mécanique qui le met en rotation. En effet, un système monophasé voit sa puissance instantanée passer par une valeur nulle à chaque oscillation de l'onde de tension (lorsque la tension ou l'intensité passe par zéro). La puissance instantanée est donc variable. Au contraire, les systèmes triphasés équilibrés assurent une puissance instantanée constante, c'est-à-dire "sans à-coup", ce qui est important en électromécanique.  le transport d'une même puissance électrique en triphasé (sans neutre) nécessite une section de câbles conducteurs deux fois plus faible qu'en monophasé. L'économie qui en découle sur le coût de réalisation des lignes est notable.  Les courants triphasés peuvent produire des champs magnétiques tournants en répartissant d'une manière spécifique les bobinages sur un rotor. Or les machines électriques qui produisent et utilisent ces courants fonctionnent de manière optimale en régime triphasé.  Une distribution de l'électricité en courant triphasé avec fil de neutre permet de proposer pour un même réseau deux tensions d'utilisation différentes : RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 4 o soit entre une phase et le neutre : par exemple 230 V en Europe et en Afrique. o soit entre deux phases : par exemple 400 V en Europe et en Afrique. III. Centrales électriques Pour produire de l'électricité, il faut transformer une source d'énergie fournie par la nature. Cette opération est réalisée dans des centrales électriques par la mise en rotation, grâce à la force du vent, de l'eau ou de la vapeur d'eau, d'une turbine qui entraîne un alternateur. III.1. Centrales thermiques Les centrales thermiques produisent l'électricité à partir de la chaleur qui se dégage de la combustion du charbon, du mazout ou du gaz naturel. La plupart ont une capacité comprise entre 200 MW et 2000 MW afin de réaliser les économies d'une grosse installation. Il suffit de visiter une telle centrale pour se rendre compte de sa complexité et de ses dimensions imposantes. On la trouve souvent près d'une rivière ou d'un lac, car d'énormes quantités d'eau sont requises pour refroidir et condenser la vapeur sortant des turbines. Comme dans la plupart des pays modernes les ressources hydrauliques sont déjà exploitées, on doit se fier sur les centrales thermiques pour produire l'énergie électrique supplémentaire requise, parallèlement à la croissance des centrales nucléaires. Les centrales nucléaires produisent l'électricité à partir de la chaleur libérée par une réaction nucléaire. Ce phénomène est provoqué par la division du noyau d'un atome, procédé qu'on appelle fission nucléaire. Une centrale nucléaire est identique à une centrale thermique, sauf que la chaudière brûlant le combustible fossile est remplacée par un réacteur contenant le combustible nucléaire en fission. Une telle centrale comprend donc une turbine à vapeur, un alternateur, un condenseur, etc ., comme dans une centrale thermique conventionnelle . Le rendement global est semblable (entre 30 % et 40 %) et l'on doit encore prévoir un système de refroidissement important, ce qui nécessite un emplacement près d'un cours d'eau ou la construction d'une tour de refroidissement. RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 5 Fig.2. Eléments d’une centrale thermique. III.2. Centrales nucléaire Fig.3. Eléments d’une centrale nucléaire. III.2.1 Energie libérée par la fission atomique Lorsque le noyau d'un atome subit la fission, il se sépare en deux. La masse totale des deux atomes ainsi formés est habituellement différente de celle de l'atome original. S'il y a une diminution de la masse, une quantité d'énergie est libérée. Sa valeur est donnée par la formule : = . RESEAUX ELECTRIQUES (3éme Licence ELT) Ens : L. Boufenneche Université des Frères Mentouri Constantine 1 2017/2018 Ch1/Page 6 E = énergie libérée, en joules [J] m = diminution de masse, en kilogrammes [kg] c = vitesse de la lumière [3 x 108 m/s] - La quantité d'énergie libérée est énorme, car une diminution de 1 g seulement donne une énergie de 9 x 1013 joules, soit l'équivalent énergétique d'environ trois mille tonnes de charbon. III.3. Centrales hydrauliques Les centrales hydro-électriques convertissent l'énergie de l'eau en mouvement en énergie électrique. Fig.4. Eléments d’une centrale hydraulique. • L'eau s'accumule uploads/Ingenierie_Lourd/ chap-1-generalites-sur-les-reseaux-electriques.pdf