Cours TRANSPORT D Energie Electrique [PDF]

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TRANSPORT D’ENERGIE ELECTRIQUE Habituellement, le transport de l'énergie électrique ne suscite pas le même intérêt que sa production et son utilisation, de sorte qu'on a souvent tendance à négliger l'étude de ce sujet important. Pourtant, les investissements humains et matériels affectés au transport dépassent largement les investissements consacrés au secteur de la production. On sait que le transport de l'énergie électrique se fait sur des conducteurs tels que les lignes aériennes, les câbles souterrains ou le simple fil de raccordement sortant d'un téléviseur. Malgré leur simplicité apparente, ces conducteurs cachent des propriétés importantes qui influent grandement sur le transport de l'énergie électrique.

I-

Organisation d'un réseau de transport d'énergie

Pour que l'énergie électrique soit utilisable, le réseau de transport et de distribution doit satisfaire les exigences suivantes : 1. Assurer au client la puissance dont il a besoin. 2. Fournir une tension stable dont les variations n'excèdent pas ± 10 % de la tension nominale. 3. Fournir une fréquence stable dont les variations n'excèdent pas ± 0,1 Hz. 4. Fournir l'énergie à un prix acceptable. 5. Maintenir des normes de sécurité rigoureuses. 6. Veiller à la protection de l’environnement.

Fig. 1 : Organisation d'un réseau électrique. Nous avons tracé à la Fig.1 le schéma élémentaire d'un réseau électrique servant à transporter l’énergie. Il est composé de deux centrales de production G1 et G2, de quelques postes de transformation, d'un poste d'interconnexion et, enfin, de charges commerciales, résidentielles et industrielles. L'énergie est transportée sur des lignes à très haute tension (THT), à haute tension (HT), à moyenne tension (MT) et à basse tension (BT) selon une échelle de tensions recommandées par divers organismes de normalisation. Les compagnies d'électricité divisent leur réseaux en trois grandes catégories : 1) le réseau de transport ; 2) le réseau de répartition ; et 3) le réseau de distribution

Le réseau de transport (115 kV à 765 kV) comprend les centrales, ainsi que les lignes et les postes de transformation issus de celles-ci. Le réseau de répartition (115 kV à 315 kV) comprend les lignes de transport et les postes de transformation intermédiaires entre le réseau de transport et le réseau de distribution. Le réseau de distribution comprend les lignes et les postes de transformation servant à alimenter les clients. Ce réseau est composé de deux parties : le réseau de distribution à moyenne tension (2,4 kV à 69 kV) et le réseau de distribution à basse tension (120 V à 600 V). Les postes de transformation servent à augmenter ou à abaisser la tension et à régulariser celle-ci au moyen de compensateurs statiques, de réactances capacitives ou inductives et de transformateurs à prises variables. Ils contiennent aussi les disjoncteurs, fusibles et parafoudres destinés à protéger les appareils et le réseau. Les postes d'interconnexion servent à relier le réseau avec d'autres réseaux afin d'augmenter la stabilité de l'ensemble et de permettre des échanges d’énergie. En l’absence d’interconnexion la défaillance d’une centrale entrainerait la disparition d’énergie électrique pour ses clients.

II-

Types de lignes de transport

Le genre de ligne utilisée est imposé par les facteurs suivants : 1. Puissance active à transporter 2. distance de transport 3. Coût 4. esthétique, encombrement et facilité d'installation. Nous distinguons quatre types de lignes : 1) lignes de distribution à basse tension (BT) ; 2) lignes de distribution à moyenne tension (MT) ; 3) lignes de transport à haute tension (HT) ; 4) lignes de transport à très haute tension (THT).  Lignes de distribution BT : ce sont les lignes et la filerie installées à l'intérieur des

édifices, usines et maisons pour alimenter les moteurs, cuisinières, lampes, etc. les lignes sont habituellement des câbles fonctionnant à des tensions inférieures à 600 V. Dans certaines régions, on utilise un réseau comprenant une grille de câbles souterrains fonctionnant à 600 V ou moins.  Lignes de distribution MT: ce sont des lignes qui relient les clients aux postes de transformation principaux de la compagnie d’électricité. Leur tension est comprise entre 2,4 kV et 69 kV.

 Lignes de transport HT: ce sont les lignes reliant les postes de transformation principaux

aux centrales de génération. Elles sont constituées de fils aériens ou de câbles souterrains fonctionnant à des tensions généralement inférieures à 230 kV. Dans cette catégorie, on trouve aussi les lignes servant à échanger de l'énergie entre deux grands réseaux et à augmenter la stabilité de l’ensemble.  Lignes de transport THT : ce sont les lignes qui relient les centrales hydrauliques éloignées aux centres d’utilisation. On les place dans une catégorie distincte à cause de leurs propriétés spéciales. Ces lignes peuvent atteindre des longueurs de 1000 km et elles fonctionnent à des tensions allant jusqu'à 765 kV. Les lignes à courant continu à haute tension sont également incluses dans ce groupe.

III-

Intérêt de transport en haute tension et en triphasé 1- Pourquoi le transport en haute tension ?

Une partie de l’énergie électrique transportée se dissipe par effet joule dans la résistance de la ligne, les pertes en ligne sont données par la relation : PJ = RI2, PJ est la puissance des pertes en ligne (en Watts), R est la résistance de la ligne (en ohms Ω), I est l’intensité en ligne (en ampère A). La puissance transportée est PT= UI, U est la tension à transportée, I est l’intensité en ligne. I= PT/U on a alors PJ= R (PT/U)2. Pour une transportée donnée, les pertes en ligne sont inversement proportionnelles au carré de la tension, ce qui explique l’intérêt de la haute tension. Si la tension est forte, la puissance des pertes en ligne PJ sera faible. 2- Pourquoi le transport en triphasé ? En courant variable et monophasé on a la puissance active P = VIcosφ En triphasé la puissance active est P= 3.U.I¨.cosφ avec U=3.V P : puissance active en W, U : tension composée en V, I et I¨ intensité en ligne en A φ : le déphasage entre la tension et le courant. V : tension simple en volts. Déterminons la relation qui lie les deux équations : Pmonophasé = VIcosφ Ptriphasé = 3.U.I¨.cosφ Ptriphasé = 3.V.I¨.cosφ Les puissances sont identiques ainsi que les tensions, d’où : I¨= I/3 Pour une même puissance transportée, le courant en ligne est divisé par 3 en triphasé par rapport au monophasé, cela entraine des pertes beaucoup moins élevées. 3- Pourquoi les pertes ? Les pertes se font principalement dans les câbles par échauffement (pertes joules). PJ = RI2,

PJ est la puissance des pertes joules. R est la résistance du câble. I est l’intensité du courant traversant le câble. Les pertes dépendent de R et I. La résistance des câbles est donnée par la relation : R = ℓ.L/S ℓ : la résistivité du métal conducteur, L : longueur du câble, S : section du câble. Pour diminuer R on peut :  Diminuer ℓ en utilisant des conducteurs comme l’argent, l’or et platine.  Diminuer L en rapprochant les centrales de génération.  Augmenter S en utilisant des câbles plus gros.

IV-

Réalisation pratique d'une ligne aérienne Une ligne de transport se compose de conducteurs, d'isolateurs et de supports. 1- Conducteurs.

Les conducteurs des lignes aériennes à haute tension sont toujours nus. On emploie presque exclusivement des câbles en cuivre et des câbles en aluminium avec âme en acier (ACSR «Aluminium cable steel reinforced»). Tout comme les plaques d'un condensateur, les conducteurs d'une ligne de transport restent chargés après avoir été mis sous tension. C'est pourquoi, après avoir isolé du réseau une ligne à haute tension, on doit toujours prendre soin de relier solidement chacun de ses conducteurs à la terre afin de les décharger. Sinon, la charge qui reste prisonnière sur les conducteurs maintient des tensions dangereuses pour le personnel d'entretien. Une autre raison de cette mise à la terre est de court-circuiter les tensions qui peuvent être induites dans une ligne en réparation lorsqu'elle longe une autre ligne qui, elle, est alimentée. Le couplage inductif et capacitif entre les deux lignes peut induire une tension très élevée dans la ligne ouverte. 2- Isolateurs Les isolateurs servent à supporter et à amarrer les conducteurs et à les isoler entre eux et de la terre. Ils sont presque toujours en porcelaine. Au point de vue électrique, les isolateurs doivent offrir une grande résistance d'isolement afin qu'ils ne soient ni contournés en surface, ni perforés à travers leur masse par les tensions élevées qu'ils ont à supporter normalement. Afin d'augmenter leur distance de contournement, on leur donne une forme de jupe. Au point de vue mécanique, ils doivent être assez résistants pour supporter les forces énormes dues au poids et à la tension mécanique des conducteurs. Les isolateurs sont de deux types principaux : rigides et à chaîne. La partie supérieure des isolateurs rigides sur laquelle est fixé le conducteur est constituée d'une ou de plusieurs jupes en porcelaine. Une tige vissée à l'intérieur des isolateurs permet de les fixer à un support. Pour des tensions supérieures à 70 kV, on emploie toujours des chaînes d'isolateurs constituées d'un certain nombre d'éléments en porcelaine réunis par des pièces métalliques. Le nombre

d'éléments varie avec la tension : pour une tension de 110 kV, on en admet de 4 à 7, pour une tension de 230 kV, de 13 à 16. a-

3- Supports Les supports maintiennent les conducteurs à une hauteur convenable au-dessus du sol par l'intermédiaire de traverses ou bras. Pour les lignes de moins de 70 kV, on peut employer comme supports de simples poteaux en bois ; Le bois est souvent injecté de créosote ou de certains sels métalliques pour le préserver contre la pourriture. Pour les lignes à très haute tension, on emploie toujours des pylônes métalliques. Ils sont constitués de fers corniers boulonnés. La distance entre les fils conducteurs doit être suffisante pour empêcher a- Vue en coupe d'un élément d'isolateur à chaîne. Diamètre : 254 mm; tension de tenue aux ondes de choc : 125 kV ; tension d rupture à 60 leur contact, même sous l'action d'un vent Hz par temps humide : 50 kV. violent. L'écartement entre les fils doit être d'autant plus grand que la distance entre les pylônes est plus grande et que la tension de la ligne est plus élevée. Par exemple, l'écartement entre les phases est habituellement de 12 m sur les lignes à 735 kV. 4- Construction d'une ligne Une fois que la section des conducteurs, la hauteur des poteaux et la distance entre les poteaux (portée) ont été déterminées, on peut procéder à la pose des conducteurs Un fil supporté et tendu entre deux poteaux n'est pas horizontal ; il prend plutôt une forme courbée. La distance verticale entre la droite qui joint les deux points de support et le point le plus bas d'un fil porte le nom de flèche. Plus le fil est tendu, plus la flèche est courte. Avant d'entreprendre la construction d'une ligne, il importe d'en faire le calcul mécanique pour déterminer la flèche et la tension mécanique admissibles. Entre autres choses, on doit tenir compte de la température régnant au moment de la pose. D'une part, la flèche ne doit pas être trop longue à ce moment, car autrement, le fil s'allongera durant les chaleurs d'été et la distance entre son point le plus bas et le sol ne sera plus suffisante au point de vue sécuritaire. D'autre part, la tension mécanique ne doit pas être trop grande, car autrement, le fil peut se contracter pendant le froid et devenir dangereusement tendu. Fig.1 : Flèche et portée d'une ligne

5- Lignes galopantes Lorsqu'une couche de verglas se dépose sur une ligne en présence de vent, la ligne se met à osciller. Si les conditions sont favorables, ces oscillations peuvent devenir très grandes ; on dit alors que la ligne se met à «galoper». Ce phénomène peut produire des courts circuits entre les phases ou la rupture des conducteurs. Pour éviter ces problèmes, on pose parfois sur les conducteurs des amortisseurs qui empêchent les oscillations de se développer. 6- Effet couronne – interférences radiophoniques

Les très hautes tensions électriques créent des décharges importantes autour des conducteurs (effet couronne). Ces décharges produisent des pertes le long de la ligne et, de plus, elles possèdent un spectre de fréquences radiophoniques qui brouille la réception sur les postes de radio et les téléviseurs situés dans le voisinage de la ligne. Pour réduire l'effet couronne, on diminue le champ électrique créé par les conducteurs en grossissant leur diamètre ou en les arrangeant en faisceaux de deux, trois ou quatre conducteurs par phase, ces conducteurs sont retenus en place par des séparateurs métalliques. Comme cet arrangement diminue aussi l'inductance de la ligne, on augmente du même coup la puissance qu'elle peut transporter. 7- Pollution La poussière, les acides, le sel et les autres polluants qu'on retrouve dans l'atmosphère se déposent sur les isolateurs et diminuent leurs propriétés isolantes. Cette pollution des isolateurs risque de produire des courts-circuits pendant les orages ou lors de surtensions momentanées. L'interruption du service et la nécessité de nettoyer ou de remplacer les isolateurs sont donc un souci constant créé par la pollution. 8- Fils de garde Sur certains pylônes de la ligne il existe deux conducteurs non isolés disposés au sommet. Ces conducteurs, appelés fils de garde, servent à intercepter la foudre avant que la décharge n'atteigne les conducteurs sous tension de la ligne. Ils ne portent normalement aucun courant ; pour cette raison, ils sont ordinairement en acier. On les relie solidement à la terre à chaque pylône. 9- Mise à la terre des pylônes On relie les pylônes des lignes de transport à des prises de terre exécutées avec grande précaution afin de leur assurer une faible résistance. En effet, si la foudre frappe un pylône, il ne faut pas que la chute de tension provoquée par le courant dans la prise de terre dépasse la tension de contournement des isolateurs. Considérons une ligne triphasée à 69 kV dont les isolateurs ont une tension de tenue à l'onde de choc (BIL) de 350 kV. Elle est représentée schématiquement avec son disjoncteur à la figure ci-dessous. Imaginons que la résistance de chacune des prises de terre des pylônes soit de 20 Ω. En régime normal, la tension entre les conducteurs de la ligne et le sol est de 69 kV/ 3 = 40 kV et aucun courant ne circule dans les prises de terre. Si la foudre frappait l'un des pylônes, en libérant un courant soudain, disons, de 20 kA, la chute de tension dans la prise de terre atteindrait E = 20 000 A x 20 Ω = 400 000 V La tension entre le pylône et le sol étant alors de 400 kV, la tension des conducteurs par rapport au sol atteindrait momentanément 40 kV + 400 kV = 440 kV. Comme cette tension est supérieure au BIL de 350 kV, elle provoquerait immédiatement un arc de contournement aux bornes des isolateurs. Cela mettrait les trois lignes en court-circuit entre elles et à la terre. Le courant de court-circuit résultant entraînerait l'ouverture du disjoncteur de protection et la mise hors service de la ligne. Vu le grand nombre d'abonnés affectés par les interruptions sur une ligne de transport, on assure une meilleure continuité de service en diminuant la résistance de la prise de terre. Dans l'exemple précédent, si la résistance de la prise de terre des pylônes avait été limitée à 3Ω seulement, l'augmentation de tension aux bornes de l'isolateur n'aurait pas dépassé. E=20000Ax3Ω=60000V et elle n'aurait pas provoqué d'arc à travers les isolateurs. Remarquer que des courants de foudre d'une intensité de 20 kA sont relativement fréquents, même s'ils ne durent que quelques microsecondes.

Fig.2 : Surtension créée par un courant de foudre circulant dans la résistance de terre

V-

Propriétés électriques des lignes de Transport

Le rôle fondamental d'une ligne est de transporter une puissance active. Si elle doit également transporter une puissance réactive, celle-ci doit être faible par rapport à la puissance active, à moins que la distance de transport ne soit courte. En plus de ces exigences, une ligne de transport doit posséder les caractéristiques de base suivantes : a) la tension doit demeurer assez constante sur toute la longueur de la ligne et pour toutes les charges comprises entre zéro et la charge nominale b) les pertes doivent être faibles afin que la ligne possède un bon rendement c) les pertes Joule ne doivent pas faire surchauffer les conducteurs Si la ligne ne peut d'elle-même répondre à ces exigences, on doit alors ajouter de l'équipement supplémentaire afin de réaliser toutes ces conditions. 1- Circuit équivalent d'une ligne Malgré leur grande diversité, les lignes possèdent des propriétés électriques communes. En effet, toute ligne possède une résistance, une réactance inductive et une réactance capacitive. Ces impédances sont réparties uniformément sur toute la longueur de la ligne si bien qu'on peut représenter la ligne par une série de sections R, L, C identiques (figure ci-dessous) Chaque section représente un tronçon de ligne d'une longueur donnée (1 km, par exemple) et les éléments r, xL, xC représentent les impédances correspondantes pour cette longueur Fig.3 : L’impédance d'une ligne de transport est composée d'une série de sections identiques.

On peut simplifier le circuit de la Fig.3 en additionnant les résistances individuelles pour former une résistance totale R. De la même façon, on obtient une réactance inductive totale XL et une réactance capacitive XC. On partage XC en deux éléments de valeurs 2 X C localisés aux deux extrémités de la ligne. Le circuit équivalent de la Fig.4 donne une bonne représentation d'une ligne à 60 Hz lorsque la longueur est inférieure à 250 km. Fig.4 : Circuit équivalent d'une ligne à 60 Hz dont la longueur ne dépasse pas 250 km.

2- Simplification du circuit équivalent Parfois, on peut simplifier le circuit davantage en éliminant un, deux ou tous les éléments de la Fig.4. La validité de cette simplification dépend de l'importance relative des puissances PJ, QL, QC associées à chacun des éléments par rapport à la puissance active P fournie à la charge. En se référant à la Fig.5, ces puissances sont : P = puissance active absorbée par la charge, PJ = RI2, puissance active dissipée dans la ligne par effet Joule QL = XLI2 puissance réactive absorbée par la ligne QC = E2/XC , puissance réactive générée par la ligne Fig.5 : Puissances associées à une ligne de transport et sa charge.

Si l'une de ces puissances est négligeable par rapport à la puissance active P transportée, on peut négliger l'élément de circuit correspondant. Par exemple, les lignes à 600 V sont toujours courtes de sorte que XC est très élevée. Par conséquent, E2/XC devient négligeable, ce qui permet de représenter ces lignes par le circuit de la fig.6 : Fig.6 : La puissance réactive capacitive d'une ligne à 600 V est négligeable par rapport aux autres puissances.

Par contre, une ligne à 735 kV, peut être représentée par le circuit de la Fig.7, car les pertes par effet Joule sont relativement faibles alors que les puissances QL et QC ne le sont pas. Fig.7 : Les pertes Joule dans une ligne à 735 kV sont négligeables par rapport aux autres puissances.

3- Valeurs des impédances de ligne Afin de donner l'ordre de grandeur des réactances inductives et capacitives, on présente au tableau1 les valeurs approximatives de XL et XC pour les lignes pratiques fonctionnant à 60 Hz. Noter que la réactance capacitive des câbles souterrains est plusieurs fois plus petite que celle des lignes aériennes, et que leur réactance inductive est aussi plus petite. La résistance par kilomètre dépend de la grosseur du conducteur; c'est pourquoi on ne peut pas en fournir une valeur moyenne. Le tableau 46-3 donne la résistance par kilomètre et la capacité en ampères de quelques conducteurs aériens en cuivre et en aluminium-acier (ACSR), d'après les spécifications du fabricant. Tableau 1 : Réactances des lignes à moyenne tension, 60 Hz (ordre de grandeur)

Tableau2 : Résistance et ampacité conducteurs aérien nus de quelques lignes

Exemple : Une ligne triphasée à 230 kV avant une longueur de 50 km est composée de trois conducteurs nus en aluminium-acier avant une section de 1000 kcmil. La ligne transporte une puissance de 300 MW (Figure ci-dessous). Déterminer : a) le circuit équivalent «exact» de la ligne b) la valeur des puissances active et réactive c) le circuit équivalent approximatif

4- Variation de la tension et puissance maximale transportable La régulation de la tension et la puissance maximale qu'une ligne peut transporter sont deux de ses plus importantes caractéristiques. En effet, la tension d'une ligne doit demeurer assez constante à mesure que la puissance active consommée par la charge varie. Ordinairement, la variation de la tension de zéro à pleine charge ne doit pas dépasser 5 % de la tension nominale, bien qu'on puisse tolérer parfois une régulation allant jusqu'à 10 %. On s'intéresse également à la puissance maximale qu'une ligne peut transporter afin de connaître ses possibilités lors de surcharges temporaires. Afin de connaître la variation de la tension et d'établir la puissance maximale transportable par une ligne, nous étudierons successivement le comportement de quatre types de lignes :

1. ligne résistive 2. ligne inductive 3. ligne inductive avec compensation 4. ligne inductive reliant deux grands réseaux Dans cette analyse nous considérons que la ligne triphasée est équilibrée. Par conséquent, nous ne traitons qu'une seule phase.  Ligne résistive

Une ligne possédant une résistance R, par phase, alimente une charge résistive consommant une puissance variable Pc (Fig.8 a). La tension Es de la source est constante. On suppose une charge résistive, car on s'intéresse seulement à la puissance active transportée par la ligne. À mesure que la charge augmente, la tension ER à ses bornes diminue progressivement ; des calculs très simples permettent d'obtenir la courbe ER en fonction de PC (Fig.8 b). Cette courbe révèle l'information suivante :

Fig.8: a. Charge résistive alimentée par une ligne résistive. b. Courbe caractéristique d'une ligne résistive.

a) Il existe une limite supérieure Pmax à la puissance active que la ligne peut transporter. On

atteint ce maximum lorsque la résistance de la charge est égale à celle de la ligne. Il s'ensuit que ER = 0,5 Es. On prouve que: b) Si l'on permet une régulation maximale de 5 % (E R = 0,95 ES), la ligne peut transporter

une puissance PC qui représente seulement 19 % de la puissance maximale. La ligne pourrait transporter une puissance plus grande que P C, mais la tension correspondante serait alors trop basse. c) La source doit fournir la puissance PC absorbée par la charge plus les pertes RI2 dans la ligne. Exemple : Une ligne monophasée ayant une résistance de 10 Ω transmet la puissance d'une source dont la tension est de 10 kV. Calculer : a) la puissance maximale que la ligne peut transporter à la charge b) la puissance transmise à la charge lorsque la tension à ses bornes est de 9.5 kV  Ligne inductive

Considérons maintenant une ligne dont la résistance est négligeable, mais qui possède une réactance inductive XL (Fig.9 a). Comme dans le cas d'une ligne résistive, la tension E R diminue à mesure que la charge augmente, mais la courbe de régulation à une allure différente. Si l'on fait varier la charge résistive, on obtient la courbe E R en fonction de PC de la Fig.9 b. On remarque les points suivants : a) Il existe encore une limite supérieure à la puissance que la ligne peut transmettre à la charge. On atteint ce maximum lorsque la résistance de la charge est égale à la réactance de la ligne. Dans ces circonstances, on a: ER= 0,707 ES

On prouve que : Pour une même impédance, une ligne réactive peut donc transporter deux fois plus de puissance active qu'une ligne résistive. Fig.9 : a. Charge résistive alimentée par une ligne inductive .b . Courbe caractéristique d'une ligne inductive.

b) Si l'on permet une régulation de 5 %, la ligne peut transporter une puissance P C valant

60 % de la puissance maximale Pmax. Pour une même charge, une ligne inductive donne donc une meilleure régulation qu'une ligne résistive. c) La source ES doit fournir non seulement la puissance active PC consommée par la charge, mais aussi puissance réactive XLI2 absorbée par la ligne. Exemple : Une ligne monophasée ayant une réactance inductive de 10Ω relie une charge résistive à une source de 10 kV Calculer : a) la puissance maximale que l'on peut fournir à la charge h) la puissance à la charge lorsque la tension à ses bornes est de 9,5 kV

 Ligne inductive avec compensation

Lorsqu'une ligne est inductive, on peut à la fois améliorer la régulation et augmenter la puissance transportable en ajoutant une capacitance XC appropriée aux bornes de la charge (Fig.10 a) . Si l'on fait varier X C à mesure que la puissance active P C augmente, on peut maintenir une tension ER constante (et égale à ES ) aux bornes de la charge. Il suffit d'ajuster la valeur de XC afin que la puissance réactive ES2 / XC fournie par les condensateurs soit égale à la moitié de la puissance réactive XL/I2 absorbée par la ligne. Cependant, on constate qu'il y a encore une limite à la puissance active que la ligne peut transporter à la charge. Une analyse détaillée montre (Fig.10 b) que l'on peut garder une tension constante (trait horizontal 1-2) jusqu'à une limite où P = ES2 / XL , après quoi, la tension décroît en suivant le trait incliné 2-0 (La valeur de XC est constante et égale à XL dans la partie inclinée de la courbe.). On remarque les points suivants :

Fig.10 : a. Charge résistive alimentée par une ligne inductive compensée. b . Courbe caractéristique d'une ligne inductive compensée.

a) La régulation est parfaite (ER = ES) et la tension demeure constante jusqu'à la limite

où On peut donc transporter à la charge une puissance PC qui est égale à la capacité maximale Pmax de la ligne. b) En comparant cette courbe avec celle de la ligne inductive sans compensation, on

constate que la ligne compensée peut transporter le double de la puissance, tout en

maintenant une tension constante. Les condensateurs sont donc très utiles sur une ligne inductive. c) La capacitance Xc fournit la moitié de la puissance réactive absorbée par la ligne, l'autre moitié provenant de la source ES . Au besoin, on peut ajouter une deuxième capacitance XC , de même valeur, au début de la ligne (Fig.10 a). Dans ces circonstances, la source débite seulement une puissance active PC ; la puissance réactive absorbée par la ligne est fournie par les condensateurs aux deux extrémités.  Ligne inductive reliant deux réseaux

Les gros centres d'utilisation d'énergie électrique sont toujours interconnectés par une ou plusieurs lignes de transport. Ces interconnexions améliorent la stabilité du réseau et lui permettent de mieux supporter les perturbations causées par les courts-circuits et les autres pannes. De plus, les interconnexions permettent des échanges de puissance entre les compagnies d'électricité d'un même pays ou de pays voisins. Pour ces lignes, les tensions aux deux extrémités demeurent constantes. Elles sont déterminées par les besoins des deux régions desservies qui agissent chacune comme des réseaux infinis indépendants. La Fig.11 donne le circuit équivalent d'une ligne inductive reliant deux régions S et R dont les tensions Es et ER aux deux extrémités sont constantes, et possèdent chacune la même valeur E

Fig.11 : Ligne inductive reliant deux grands réseaux. a. ES en avance sur ER ; b. Es en retard sur ER,

P = puissance active transportée par phase [W] E = tension de ligne à neutre [V] XL = réactance inductive par phase [S2] θ = angle de déphasage entre les tensions entre les deux extrémités de la ligne [°]

5- Choix de la tension de ligne On a vu que la puissance P qu'une ligne peut transporter pour une régulation donnée est proportionnelle au rapport EL2/ Z où EL est la tension de ligne à ligne et Z, son impédance. Puisque cette impédance est proportionnelle à la distance à franchir, on en déduit que la tension d'utilisation E est donnée par une expression de la forme : Où EL = tension de ligne à ligne [kV] P = puissance à transporter sur les 3 phases [MW] l = distance de transport [km] k = facteur approximatif qui dépend de la régulation permise et du type de ligne Pour une régulation de 5 %, on a :

k = 3 pour une ligne sans compensation k = 2 pour une ligne avec compensation Cette formule fournit seulement un ordre de grandeur de la tension E L, car la valeur finalement choisie dépend de facteurs économiques et d'autres considérations. En général, la tension adoptée est comprise entre 0,5 EL et 1,5 EL . Exemple : On doit transporter une puissance de 10 MW sur une distance de 20 km. La ligne n'étant pas compensée, déterminer : a) la tension de la ligne et une grosseur de fil appropriée, sachant que l'on permet une régulation de 5 % b) la régulation de la ligne lorsque le facteur de puissance de la charge est de 1,0 c) les pertes dans la ligne TPE : 1- Méthodes utilisées pour augmenter la puissance transportable 2- Transport de l'énergie à très haute tension (Fonctionnement à vide, Fonctionnement en

charge et impédance caractéristique) 3- Échanges de puissance sur les réseaux interconnectés. 4- Puissances d'une ligne souterraine

Exercices : Exercice1 : Expliquer ce qu'on entend par :- isolateur à chaîne- fil de garde- effet couronne- flèche d'une ligne- ligne galopante- réactance d'une ligne Exercice 2 : Pourquoi les pylônes d'une ligne de transport doivent-ils être solidement mis à la terre? Exercice 3 : Dans certaines régions, on remarque parfois deux lignes triphasées identiques installées côte à côte et supportées par des pylônes distincts. Pourrait-on remplacer ces deux lignes par une seule en doublant la grosseur des conducteurs? Expliquer. Exercice 4 : Comment se fait-il qu'on n'utilise pas plus souvent des câbles souterrains au lieu des lignes aériennes entre les centrales de production et les centres d'utilisation? Exercice 5 : Supposons qu’il existe les lignes à 735 kV entre Lagdo et Ngaounderé, ces lignes possédant une longueur de 1200 km. La différence de tension entre les deux extrémités de chaque ligne est-elle appréciable? Exercice 6 : Dans l’exercice précédent, la portée des lignes est de 480 m. Combien de pylônes a-t-il fallu installer sur chaque ligne entre Lagdo et Ngaounderé? Exercice7 : On vient de mettre hors tension une ligne à 13,2 kV ayant une longueur de 20 km. Un monteur de ligne pourrait subir un choc électrique fatal s'il ne reliait pas la ligne à la terre avant d'y toucher. Expliquer pourquoi ? Exercice 8 : Une ligne de transport monophasée ayant une longueur de 10 km, possède une résistance R de 5Ω. Elle est alimentée par une source Es de 600 V et la charge résistive varie entre 100 Ω et 1Ω. Quelles sont la tension ER aux bornes de la charge et la puissance P C fournie à celle-ci lorsque la résistance est de 100Ω ? 50Ω? 25Ω? 10 Ω? 5Ω? 2Ω? 1Ω? Tracer la courbe de E R en fonction de PC. Exercice 9 :

Une ligne de transport monophasée ayant une longueur de 10 km, possède une réactance inductive de 5Ω. Elle est alimentée par une source Es de 600 V et la charge résistive varie entre 100 Ω et 1 Ω. Quelles sont la tension ER aux bornes de la charge et la puissance P C fournie à celle-ci lorsque la résistance est de 100 Ω? 50 Ω? 25 Ω? 10 Ω? 5 Ω ? 2 Ω? 1 Ω? Tracer la courbe de ER en fonction de PC.

ANNEXES Principes d'aménagement pour lignes électriques : Emplacement des pylônes : Les lignes aériennes seront intégrées aux éléments dominant le paysage, tels que forêts, grandes voies de communication, zones industrielles etc. Les pylônes de grande hauteur ne seront pas implantés dans le voisinage immédiat d'éléments épars tels que fermes, chapelles, ponts de bois etc.

Adaptation au relief : L'emplacement et la hauteur des pylônes pour lignes à grandes portées seront choisis de telle manière que les conducteurs suivent la configuration du relief. Régions de montagne : Pentes : Les lignes aériennes seront en général aménagées sur les pentes orientées au nord.

Emplacement des pylônes : Les lignes électriques descendant vers la vallée seront construites en amont des routes et des chemins, mais ne dépasseront jamais la ligne de l'horizon.

Traversée des vallées : Les traversées des vallées sont à réduire au minimum et, quand elles ne peuvent être évitées, à prévoir dans les rétrécissements des vallées. Chaînes de montagnes : On aménagera les lignes traversant des chaînes de montagnes dans le flanc des ensellements.

Terrasses : Sur les pentes en terrasses, les lignes seront construites sur les déclivités et non sur les paliers. Collines peu élevées : Lorsqu'une colline est moins haute que les pylônes, ceux-ci seront installés au pied de la colline et non en pleine pente. Collines et crêtes de montagnes : Les lignes survolant les croupes des collines et les crêtes des montagnes seront portées par deux pylônes de faible hauteur plutôt que par un seul pylône élevé. Les chaînes de montagnes et de collines seront traversées à flanc en suivant les combes et les ensellements. Voies de communication Voies de communication principales et voies ferrées : En plaine de même qu'en rase campagne, les lignes aériennes suivront toujours les voies de communication principales et les voies ferrées. Contournement : Les forêts seront toujours contournées à moins qu’il n'en résulte des inconvénients encore plus grands pour le paysage.

Propriétés des matériaux constituant les conducteurs de lignes aériennes :

Exemple de câble souterrains et de lignes aériennes