Le réseau électrique vu comme un tandem Bruxelles Septembre 2005
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Le réseau électrique vu comme un tandem <ul><li>Aucune analogie ne peut constituer une représentation complète </li></ul><...
Représentation fondamentale du système (1) <ul><li>Le tandem se déplace à vitesse constante </li></ul><ul><li>Le but : les...
Représentation fondamentale du système (2) <ul><li>La chaîne = le réseau électrique </li></ul><ul><li>La chaîne doit tourn...
Représentation fondamentale du système (3) <ul><li>Partie inférieure de la chaîne, sans tension = conducteur de neutre </l...
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La puissance réactive et sa compensation  (1) <ul><li>La personne en bleu se penche d’un côté = charge inductive  </li></u...
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Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence  (4) <ul><li>Le même type de creux de tensio...
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Trois différents types de charges  (2) <ul><ul><li>Un cycliste bleu, les pieds sur les pédales en rotation, </li></ul></ul...
Trois différents types de charges  (3) <ul><li>Un cycliste bleu se penche d’un côté = une charge inductive  </li></ul><ul>...
Conclusion (1) <ul><li>contrôler un réseau électrique est extrêmement complexe </li></ul><ul><ul><li>La puissance fournie ...
Conclusion (2) <ul><li>Différents types de perturbations peuvent ébranler l’équilibre </li></ul><ul><li>En Europe : chaque...
Merci pour votre attention! Bibliographie Explaining Power System Operation to Non-engineers  by Lennart Söder, IEEE Power...
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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 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

    1. 1. Le réseau électrique vu comme un tandem Bruxelles Septembre 2005
    2. 2. Le réseau électrique vu comme un tandem <ul><li>Le réseau électrique est à la fois : </li></ul><ul><ul><li>d’une importance cruciale au quotidien pour notre économie </li></ul></ul><ul><ul><li>et d’une grande complexité </li></ul></ul><ul><li>D’où l’idée d’utiliser une bonne analogie pour se faire une meilleure idée de son mode de fonctionnement </li></ul><ul><li>Nous comparerons donc le réseau à un tandem </li></ul>
    3. 3. Le réseau électrique vu comme un tandem <ul><li>Aucune analogie ne peut constituer une représentation complète </li></ul><ul><ul><li>Il n’est pas possible de “translater” toutes les caractéristiques </li></ul></ul><ul><ul><li>Certain aspects de l’analogie ne sont pas totalement pertinents </li></ul></ul><ul><li>Les ressemblances doivent être suffisamment proches </li></ul><ul><li>Elle peut alors être très utile à une meilleure compréhension du caractère abstrait d’un réseau électrique </li></ul>
    4. 4. Représentation fondamentale du système (1) <ul><li>Le tandem se déplace à vitesse constante </li></ul><ul><li>Le but : les personnages en bleu doivent continuer à se déplacer </li></ul><ul><li>Personnages en bleu = la charge (charges industrielles, résidences privées) </li></ul><ul><li>Personnages en rouge = centrales de production (de différentes tailles) </li></ul>
    5. 5. Représentation fondamentale du système (2) <ul><li>La chaîne = le réseau électrique </li></ul><ul><li>La chaîne doit tourner à vitesse constante (le réseau électrique est à fréquence constante) </li></ul><ul><li>La partie supérieure de la chaîne doit rester sous tension constante (le niveau de tension en un point donné du réseau doit être constant) </li></ul>
    6. 6. Représentation fondamentale du système (3) <ul><li>Partie inférieure de la chaîne, sans tension = conducteur de neutre </li></ul><ul><li>Plateau transmettant l’énergie à la chaîne = transformateur interfaçant la centrale de production et le réseau </li></ul>
    7. 7. Représentation fondamentale du système (4) <ul><li>Certaines personnes en rouge (centrales de production) ne pédalent pas à pleine puissance </li></ul><ul><li>Elles sont capables d’appliquer une force supplémentaire quand : </li></ul><ul><ul><li>Une nouvelle personne en bleu (charge) s’assoie dans tandem </li></ul></ul><ul><ul><li>Une des personnes en rouge (centrales de production) est prise de crampes (= problème technique) </li></ul></ul>
    8. 8. La puissance réactive et sa compensation (1) <ul><li>La personne en bleu se penche d’un côté = charge inductive </li></ul><ul><li>La charge inductive décale l’onde de courant par rapport à l’onde de tension (plus spécifiquement : décalage arrière) </li></ul><ul><li>Causes: bobines excitatrices des moteurs électriques, les ballasts des éclairages fluorescents, et certains types de chauffages électriques … </li></ul>
    9. 9. La puissance réactive et sa compensation (2) <ul><li>Personne en bleu: </li></ul><ul><ul><li>Poids normal (= charge normale) </li></ul></ul><ul><ul><li>Pas d’influence sur la tension de la chaîne (= niveau de tension normal) </li></ul></ul><ul><ul><li>Pas d’influence sur la vitesse (= fréquence normale) </li></ul></ul><ul><li>Mais sans compensation, le tandem risque de tomber </li></ul>
    10. 10. La puissance réactive et sa compensation (3) <ul><li>La personne en rouge se penche de l’autre côté pour compenser </li></ul><ul><li>= 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) </li></ul>
    11. 11. La puissance réactive et sa compensation (4) <ul><li>Conséquences: </li></ul><ul><ul><li>La compensation doit être instantanée et précise, ce qui requiert la bonne compréhension de la situation </li></ul></ul><ul><ul><li>La personne qui pédale en se penchant sur le côté ne fournit pas son effort aussi confortablement que précédemment </li></ul></ul><ul><ul><li>Le tandem à plus de prise à l’air, engendrant des pertes supplémentaires </li></ul></ul>
    12. 12. La puissance réactive et sa compensation (5) <ul><li>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 </li></ul><ul><li>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 </li></ul>
    13. 13. Distorsion harmonique (1) <ul><li>Un cycliste bleu </li></ul><ul><ul><li>Se penche d’avant en arrière </li></ul></ul><ul><ul><li>Trois ou cinq fois plus vite que le tandem </li></ul></ul><ul><li>= Charge harmonique </li></ul><ul><li>La cause : Les récepteurs télé, les ordinateurs, les lampes fluorescentes compactes, les moteurs électriques commandés par des variateurs à ponts onduleurs … </li></ul>
    14. 14. Distorsion harmonique (2) <ul><li>Elle doit être compensée au voisinage de la source, sinon </li></ul><ul><ul><li> le tandem va commencer à osciller d’avant en arrière </li></ul></ul><ul><ul><li> Engendrant des pertes énergétiques supplémentaires </li></ul></ul><ul><li>La compensation à l’aide de filtres anti-harmoniques </li></ul><ul><ul><li>= Une selle placée sur des roulettes et se déplaçant d’avant en arrière, ce qui compensera le mouvement du personnage bleu hyperactif </li></ul></ul>
    15. 15. Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (1) <ul><li>Chaussures glissantes (= panne dans une centrale de production) </li></ul><ul><li>La chaussure glisse de la pédale (= la centrale de production est arrêtée) </li></ul><ul><li>La tension sur la chaîne diminue </li></ul><ul><li>= la tension baisse sur le réseau </li></ul> 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. 16. Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (2) <ul><li> d’autres cyclistes doivent compenser, pour ne pas perdre de la vitesse </li></ul><ul><li>= d’autres centrales de production doivent augmenter leur contribution, pour éviter une baisse de la fréquence </li></ul>
    17. 17. Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (3) <ul><li>Il est difficile pour un cycliste de replacer son pied </li></ul><ul><li>= il n’est pas évident, dans une centrale de production de recoupler son alternateur au réseau, les fréquences respectives devant parfaitement concorder </li></ul>
    18. 18. Conservation à des valeurs constantes du niveau de tension et de la fréquence (4) <ul><li>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) </li></ul><ul><li>Une charge puissante est brutalement déconnectée (un cycliste bleu saute du tandem en marche)  une surtension transitoire peut apparaître </li></ul>
    19. 19. Trois différents types de centrales de production (1) <ul><li>Un cycliste rouge est directement relié à la chaîne par l’intermédiaire d’un seul pignon et pédale à vitesse constante </li></ul><ul><li>= cela correspond aux centrales de production traditionnelles tournant à vitesse constante et connectées au réseau par l’intermédiaire d’un transformateur </li></ul>
    20. 20. Trois différents types de centrales de production (2) <ul><li>Un cycliste peut pédaler plus lentement </li></ul><ul><li>Tandis qu’il est relié à la chaîne par un système à pignons </li></ul><ul><li>= cela correspond à une turbine hydraulique , dont la vitesse dépend du courant dans la rivière </li></ul><ul><ul><li>La turbine est connectée à l’alternateur par un réducteur </li></ul></ul><ul><ul><li>Ou : un convertisseur de fréquence interface l’alternateur et le réseau </li></ul></ul>
    21. 21. Trois différents types de centrales de production (3) <ul><ul><li>= cela correspond à une turbine éolienne </li></ul></ul><ul><ul><li>Qui ne fonctionnera que si la vitesse du vent n’est ni trop lente ni trop rapide </li></ul></ul><ul><ul><li>Et devra être redondante avec d’autres types de centrales de production </li></ul></ul><ul><li>Un cycliste rouge peu puissant </li></ul><ul><li>Qui ne pédale que quand il fait beau </li></ul><ul><li>N’est pas fiable pour les autres </li></ul>
    22. 22. Trois différents types de centrales de production (4) <ul><li>Aussi pourquoi le cycliste rouge doit-il se situer entre des cyclistes bleu ? </li></ul><ul><li>relié à la chaîne à l’aide d’une courroie et d’un système à pignon </li></ul><ul><li>= turbines éoliennes connectées à un réducteur ou un convertisseur de fréquence pour gommer les variations de la vitesse du vent </li></ul>
    23. 23. Trois différents types de centrales de production (5) <ul><li>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 </li></ul><ul><ul><li>Pourquoi entre des cyclistes bleus ? </li></ul></ul><ul><ul><li>1) Les turbines éoliennes sont beaucoup moins puissantes que les centrales de production traditionnelles </li></ul></ul>
    24. 24. Trois différents types de charges (1) <ul><li>Le système de freinage transforme l’énergie cinétique en chaleur </li></ul><ul><li>au même titre qu’une résistance transforme l’énergie électrique en chaleur </li></ul><ul><ul><li>Un cycliste bleu sans pédale et qui appuie sur les freins </li></ul></ul><ul><ul><li>= une résistance électrique </li></ul></ul><ul><ul><li>Par exemple : les ampoules lumineuses ou la plupart des systèmes de chauffage </li></ul></ul>
    25. 25. Trois différents types de charges (2) <ul><ul><li>Un cycliste bleu, les pieds sur les pédales en rotation, </li></ul></ul><ul><ul><li>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 </li></ul></ul><ul><ul><li>= Un moteur électrique </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Même principe fondamental qu’un alternateur </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mais, à l’inverse, transforme l’énergie électrique en énergie de rotation </li></ul></ul></ul>
    26. 26. Trois différents types de charges (3) <ul><li>Un cycliste bleu se penche d’un côté = une charge inductive </li></ul><ul><li>La charge inductive décale l’onde de courant par rapport à l’onde de tension (plus spécifiquement: décalage arrière) </li></ul><ul><li>Déjà présenté précédemment </li></ul>
    27. 27. Conclusion (1) <ul><li>contrôler un réseau électrique est extrêmement complexe </li></ul><ul><ul><li>La puissance fournie à chaque instant doit être parfaitement égale à celle appelée par la charge </li></ul></ul><ul><ul><li>Il convient de garder constantes à la fois la fréquence du réseau (vitesse du tandem) et son niveau de tension (tension de la chaîne) </li></ul></ul>
    28. 28. Conclusion (2) <ul><li>Différents types de perturbations peuvent ébranler l’équilibre </li></ul><ul><li>En Europe : chaque pays possède un opérateur de réseau indépendant qui réalise cette tâche difficile </li></ul>
    29. 29. Merci pour votre attention! Bibliographie Explaining Power System Operation to Non-engineers by Lennart Söder, IEEE Power Engineering, April 2002

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