Une présentation didactique du réseau électrique comparé à un tandem
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Une présentation didactique du réseau électrique comparé à un tandem

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Le système qui permet la fourniture d’électricité aux particuliers et aux entreprises à travers le pays est hautement complexe. Alors que l’électricité est omniprésente et d’une ...

Le système qui permet la fourniture d’électricité aux particuliers et aux entreprises à travers le pays est hautement complexe. Alors que l’électricité est omniprésente et d’une importance cruciale au quotidien pour notre économie, comprendre ce système et les phénomènes qui y sont associés s’avère difficile, même pour des ingénieurs formés au génie électrique. Dans ce cas, une bonne analogie peut aider à se faire une idée plus claire de comment ce système fonctionne. Nous avons donc choisi de comparer le réseau électrique à un tandem pour expliquer de manière didactique certains de ses aspects. Nous laissons à votre disposition la présentation powerpoint correspondante si vous souhaitez l’utiliser dans le cadre de cours ou de présentation (en nous citant).

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Une présentation didactique du réseau électrique comparé à un tandem Presentation Transcript

  • 1. Le réseau électrique vu comme un tandem Bruxelles Septembre 2005
  • 2. 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
  • 3. 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
  • 4. 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)
  • 5. 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)
  • 6. 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
  • 7. 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)
  • 8. 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 …
  • 9. 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
  • 10. 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)
  • 11. 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
  • 12. 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
  • 13. 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 …
  • 14. 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
  • 15. 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)
  • 16. 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
  • 17. 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
  • 18. 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
  • 19. 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
  • 20. 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
  • 21. 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
  • 22. 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
  • 23. 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
  • 24. 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
  • 25. 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
  • 26. 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
  • 27. 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)
  • 28. 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
  • 29. Merci pour votre attention! Bibliographie Explaining Power System Operation to Non-engineers by Lennart Söder, IEEE Power Engineering, April 2002