République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Faculté de Technologie Département de Génie Electrique Laboratoire de Réseaux Electriques Matière : UEM. 312. TP Réseaux Electriques Mme ZIDANE FATIHA née LATRI 2019-2020 UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Avant-propos Ce fascicule de travaux pratiques est destiné aux étudiants de Licence académique du domaine Sciences et Technologies, des filières d’électrotechnique conformément aux nouveaux programmes de 2015 – 2016. Il contient quatre TP indépendants : TP N°1 : TP N°2 : TP N°3: TP N°4: Fonctionnement d’une ligne électrique sous diverses charges et amélioration du facteur de puissance. Fonctionnement en parallèle de deux transformateurs triphasés. Etude des différents types de courts-circuits. Répartition des transits et chutes de tension dans un réseau radial, bouclé et maillé. Chaque TP est organisé comme suit : - Description du but du TP. Aperçu théorique nécessaire à la compréhension du TP. Description du matériel nécessaire à la réalisation du TP Description des étapes à suivre pour réaliser les essais durant les séances de TP. Ces TP sont le fruit de travail des enseignants de réseaux électriques de l’université de Bejaia, je les ai adaptés aux nouveaux programmes. Déroulement des séances de TP - Avant de faire la manipulation, l’étudiant doit lire le contenu du TP et doit remettre la préparation demandée. Le compte rendu du TP doit être remis après la manipulation. Des tests individuels sur le montage et la compréhension des TP seront organisés à la fin du semestre. Utilisation conforme - L’ensemble des TP décrits dans ce fascicule ne doivent être utilisés que dans le cadre de l’enseignement sous l’encadrement des enseignants. Les étudiants doivent respecter les consignes de sécurité données par leur enseignant. Les étudiants ne doivent pas mettre le montage sous tension qu’après sa vérification par leur enseignant. Ces TP ne sont pas sans risques sur les étudiants ou sur le matériel du laboratoire, je dégage toute responsabilité consécutive à un usage faut de ce document ou à un usage auquel il n’est pas destiné. Mme ZIDANE FATIHA 1 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques SOMMAIRE Avant-propos ………………………………………………………………………… 1 TP N°1 : Fonctionnement d’une ligne électrique sous diverses charges et amélioration du facteur de puissance 1. 2. 3. 4. 5. But du TP …………………………………………………………………….…... Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. Préparation ………………………………………………….………...…………. Matériel nécessaire ………………………………………..………..…...…...….. Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 3 3 7 7 7 TP N°2 : Fonctionnement en parallèle de deux transformateurs triphasés 1. 2. 3. 4. 5. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 12 Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 12 Préparation ………………………………………………….………...………….. 15 Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 15 Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 15 TP N°3 : 1. 2. 3. 4. 5. Etude des différents types de courts-circuits But du TP ………………………………………………………………...…….…. 22 Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 22 Préparation ………………………………………………….………...………….. 25 Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 25 Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 25 TP N°4 : Répartition des transits et chutes de tension dans un réseau radial, bouclé et maillé 1. 2. 3. 4. 5. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 30 Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 30 Préparation ………………………………………………….………...………….. 33 Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 33 Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 33 2 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. TP N°1 : T.P. Réseaux électriques FONCTIONNEMENT D’UNE LIGNE ELECTRIQUE SOUS DIVERSES CHARGES ET AMELIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE 1. But du TP ➢ Mise en évidence de l’effet FERRANTI. ➢ Etude du fonctionnement d’une ligne électrique sous diverses charges. ➢ Etude du rendement d’une ligne électrique et amélioration du facteur de puissance. 2. Etude théorique 2.1. Les paramètres de la ligne électrique Une ligne de transmission électrique est caractérisée par ses propres paramètres. On distingue : • Les paramètres longitudinaux ✓ La résistance R ✓ L’inductance L • Les paramètres transversaux ✓ La capacité C ✓ La conductance G 2.2. Modélisation des lignes électriques La modélisation d’une ligne électrique dépend de la longueur l de la ligne, de la tension qui lui est appliquée et de la précision demandée. Il existe trois types de modèles de lignes : 2.2.1 Le modèle de la ligne longue (l > 250 km) L’énergie électrique se propage le long de la ligne électrique sous forme d’une onde électromagnétique caractérisée par une tension et un courant. Les paramètres de la ligne sont répartis sur toute la longueur de la ligne. La ligne est considérée comme une succession de quadripôles, de paramètres par unité de longueur R’, L’, C’ et G’. Avec : Z ' = R '+ jL' Ω/km l’impédance linéique série de la ligne. Y ' = G '+ jC ' 3 S/km l’admittance linéique shunt de la ligne. Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques o L’impédance caractéristique de la ligne est : Zc = Z' Y' (Ω) o Le coefficient de propagation de l’onde électromagnétique est : = + j = Z 'Y ' Avec : α β le coefficient d’amortissement en Neper/km. le coefficient de phase (rd/km). o Le modèle équivalent en de la ligne longue est le suivant : Z = Z C sinh( l ) (Ω) Y cosh( l ) − 1 = 2 Z (S) Avec : Z l’impédance série totale de la ligne du modèle équivalent en . Y l’admittance shunt totale du modèle équivalent en . 2.2.2 Modèle de la ligne moyenne 80 < l < 250 km Pour la ligne moyenne, l’effet de répartition des paramètres est négligeable. Les paramètres de la ligne sont proportionnels à sa longueur. R = R' l C = C' l L = L' l Z = Z ' l = R' l + jX ' l = R + jX X = L Y jC' l jC = = 2 2 2 X est la réactance inductive de la ligne. 4 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques 2.2.3 Modèle de la ligne courte l < 80 km Il s’agit généralement des lignes dont la tension ne dépasse pas 69 kV. La capacité de la ligne peut être négligée. Z = Z ' l = (R'+ jX ')l = R + jX Les puissances à l’entrée de la ligne triphasée ✓ La puissance active PS = 3US IScosS ✓ La puissance réactive QS = 3US ISsin S ✓ La puissance apparente SS = 3US IS [W] pour 3 phases [VAR] pour 3 phases [VA] pour 3 phases. Les puissances aux bornes de la charge Le récepteur est caractérisé par sa tension, son courant, son impédance et son facteur de puissance. PR = 3U R I R cos R [W] ✓ La puissance active pour 3 phases ✓ La puissance réactive Q R = 3U R I R sin R [VAR] pour 3 phases ✓ La puissance apparente S R = 3U R I R [VA] pour 3 phases. La chute de la tension La chute de tension à travers la ligne est : V = Z I R Vs = V R + V La chute de tension a une composante longitudinale VL et une composante transversale VT V = VL + jVT Avec : VL = RI R cosR + XI R sinR VT = XI R cosR − RI R sinR La chute de tension composée est : U = U L + jU T U L = 5 RPR + XQR UR UT = XPR − RQR UR Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques L’angle de transport C’est l’angle de déphasage entre la tension à la source et la tension à la réception. US = U R + U L + jU T = arctg U T U R + U L La régulation de la tension C’est le taux de variation de la tension aux bornes de la charge. R% = VS − VR U −UR .100 = S .100 VR UR Le rendement de la ligne Le rendement de la ligne est donné par la formule suivante : % = PR PR .100 = .100 PS PR + P Avec : P les pertes par effet Joule à travers la ligne. 2.3 Amélioration du facteur de puissance aux bornes de la charge Le facteur de puissance aux bornes de la charge est : cos R = Le courant passant par la ligne est : I= PR SR PR 3U R cos R Plus le facteur de puissance de la charge est faible, plus le courant de la ligne est intense, ce qui fait augmenter les pertes actives et les chutes de tension à travers la ligne et réduire ainsi le rendement de la ligne. Dans les installations industrielles, les charges en majorité inductives, consomment de la puissance réactive, l’accroissement de cette consommation entraine la diminution du facteur de puissance et l’augmentation du courant de ligne et de la puissance apparente demandée au réseau. Le consommateur doit couvrir toute ou une partie de sa consommation d’énergie réactive en plaçant des condensateurs ou des moteurs synchrones en parallèle avec son installation. Cette opération est appelée compensation de l’énergie réactive. 6 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques 3. Préparation 1/ Donner une explication de l’effet Ferranti. 2/ Résoudre l’exercice suivant : On applique une tension sinusoïdale de valeur efficace U et de fréquence f, à une charge formée par une résistance (Rch=1100) en parallèle avec une bobine de réactance inductive Xch= 629. Calculer le facteur de puissance de la charge. On veut brancher un condensateur en parallèle avec cette charge. Quelle serait la réactance capacitive XCch de ce condensateur pour avoir un facteur de puissance égal à l’unité. 4. - Matériel nécessaire Un autotransformateur CA 0–220/380V – 3A Un watt-varmètre 300W/300VAR – 450V – 0,8A – 3 Deux modules de ligne de transmission triphasée 220/380V– 0,37A–50Hz Une résistance triphasée variable 231W – 220V CA/CC Une inductance triphasée variable 231VAR – 220V – 50Hz Deux capacités triphasées variables 231VAR – 220V (400 MAX) – 50Hz Un phasemètre Deux voltmètres Un ampèremètre 5. Manipulation 5.1. Essai à vide - mise en évidence de l’effet FERRANTI - Réaliser le montage de la figure 1.1 en montant la ligne selon le schéma de la figure 1.2 (la charge est débranchée). - Fixer la réactance inductive de la ligne à XL=400 . - Fixer la tension à l’entrée de la ligne à US=300V. Fig. 1.1 Montage à réaliser. 7 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - T.P. Réseaux électriques Pour les valeurs suivantes de la réactance capacitive de la ligne : Xc=, 4400, 2200, 1100, mesurer la tension UR à la sortie de la ligne et placer les valeurs mesurées dans le tableau 1.1. Commenter les résultats obtenus. Proposer une solution pour atténuer l’effet FERRANTI. - Fig. 1.2 − montage de la ligne, formé par deux modules de lignes triphasées en série et une capacité triphasée. 5.2 . Fonctionnement en charge - Dans le montage précédent monter la ligne selon le schéma de la figure 1.3. - Fixer XL=400 et régler la tension US=300V. - Mesurer les grandeurs UR, PS, QS, PR, QR, I et pour les charges suivantes : ✓ ✓ ✓ ✓ - Charge résistive Rch=1100 Charge inductive Xch=1100 Charge capacitive XCch=1100 Moteur d’induction triphasé à vide, avec rotor en court-circuit et stator en étoile. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 1.2. Fig. 1.3 − montage de la ligne formé par un module de ligne triphasée Pour chacune des charges précédentes : - calculer la chute de tension à travers la ligne, la régulation de la tension, le facteur de puissance et le rendement de la ligne. - tracer le diagramme vectoriel des tensions. - Interpréter les résultats obtenus et donner une conclusion. 8 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques 5.3. Amélioration du facteur de puissance - Garder le montage précédent mais cette fois ci, la charge est formée par une résistance Rch=1100 en parallèle avec une bobine de réactance inductive Xch=629. - Mettre en parallèle avec cette charge une batterie de condensateurs de réactance capacitive XCch variable. - Pour XCch=, 4400, 2200, 1467, 1100, 880, 733 et 629, mesurer les grandeurs UR, PS, QS, PR, QR, I et . - Placer les valeurs mesurées dans le tableau 1.3. - Calculer pour chaque valeur de XCch, la chute de tension à travers la ligne, la régulation de la tension, le facteur de puissance et le rendement de la ligne. - Interpréter les résultats obtenus et donner une conclusion. Remarques - Si le phasemètre n’est pas disponible calculer l’angle au lieu de le mesurer. - Les valeurs des impédances 1467, 880, 733 et 629 sont obtenues de la manière suivante : 1467 c’est l’impédance équivalente de 4400 et 2200 en parallèle. 880 c’est l’impédance équivalente de 4400 et 1100 en parallèle. 733 c’est l’impédance équivalente de 1100 et 2200 en parallèle. 629 c’est l’impédance équivalente de 1100, 2200 et 4400 en parallèle. 9 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Feuille de mesures du TP N°1 Nom & Prénom des étudiants Emargement Date : ….. / …. /20….. Groupe : ……. Sous-groupe : …… Tableau 1.1 : Fonctionnement à vide XC () 4400 Us=300 V 2200 XL=400 1100 UR (V) Tableau 1.2 : Fonctionnement Charge () 1100 j1100 -j1100 Moteur d’induction en charge Us=300 V XL=400 Valeurs à mesurer UR(V) PS(W) QS PR(W) QR (VAR) (VAR) I(A) (°) Valeurs à calculer U(V) R% cos Tableau 1.3 : Amélioration du facteur de puissance La charge est formée par une résistance Rch=1100 en parallèle avec une bobine de réactance inductive Xch=629. Us=300 V XL=400 Valeurs à mesurer UR(V) PS(W) QS PR(W) QR (VAR) (VAR) XCch () I(A) (°) Valeurs à calculer U(V) R% cos 4400 2200 1467 1100 880 733 629 Signature de l’enseignant (e) 10 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le compte rendu du TP N°1 5.1. Essai à vide - mise en évidence de l’effet FERRANTI – - Commenter les résultats obtenus. - Proposer une solution pour atténuer l’effet FERRANTI. 5.2. Fonctionnement en charge - Donner les formules utilisées pour le calcul de la chute de tension à travers la ligne, la régulation de la tension, le facteur de puissance et le rendement de la ligne : U(V) - R% Calculer la chute de tension, la régulation de la tension, le facteur de puissance et le rendement de la ligne et placer les résultats de calcul dans le tableau 1.2. - Tracer les diagrammes vectoriels des tensions pour chacune des charges. - Interpréter les résultats obtenus et donner une conclusion. 5.3. cos Amélioration du facteur de puissance - Calculer pour chaque valeur de XCch, la chute de tension, la régulation de la tension, le facteur de puissance et le rendement de la ligne. Placer les résultats de calcul dans le tableau 1.3. - Interpréter les résultats obtenus et conclusion 11 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques TP N°2 : 1. FONCTIONNEMENT EN PARALLELE DE DEUX TRANSFORMATEURS TRIPHASES But du TP ➢ Vérifier les conditions de mise en parallèle de deux transformateurs triphasés. ➢ Etude du fonctionnement en parallèle de deux transformateurs triphasés à rapport de transformation différents. 2. Etude théorique 2.1. Fonctionnement en parallèle des transformateurs Les transformateurs sont des machines statiques de durée de vie très longue et de rendement excellent. Ils peuvent être mis en parallèle dans les cas suivants : 1/ Durant les périodes de pointe : un transformateur unique capable de satisfaire la pointe maximale (durant la journée et/ou durant l’année), serait en général utilisé très en dessous de son fonctionnement nominale avec un rendement faible en dehors des périodes de pointe. Il est préférable de disposer de plusieurs transformateurs en parallèle qui seront connectés au besoin de sorte qu’ils soient toujours au voisinage de leurs conditions nominales de fonctionnement. 2/ Si par exemple, une usine dispose d’un transformateur qui délivre la puissance nécessaire à l’ensemble des récepteurs et on veut élargir son activité la solution d’acheter un transformateur moins puissant et le mettre en parallèle avec l’ancien est plus économique que celle qui consiste à remplacer l’ancien transformateur par un autre plus puissant et donc plus cher. 2.2. Caractéristiques d’un transformateur triphasé a/ Grandeurs nominales : elles sont indiquées sur la plaque signalétique : la tension nominale U : la tension entre phases au primaire ou au secondaire du transformateur. le courant nominal I : le courant dans un fil de ligne. la puissance apparente nominale : S = 3UI la tension de court-circuit Ucc : la tension (donnée en %) qu’il faut appliquer au primaire pour obtenir au secondaire court-circuité, le courant nominal. o o o o 12 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques b/ Rapport de transformation Le rapport de transformation m d’un transformateur triphasé dépend à la fois des nombres de spires N1 et N2 de l’enroulement primaire et secondaire respectivement et du mode de couplage. On le mesure directement par un essai à vide : m = U 20 U1 ( I 2 = 0) U1 la tension composée au primaire avec le secondaire à vide. U20 la tension composée au secondaire à vide. 2.3. Conditions de couplage en parallèle de deux transformateurs triphasés Pour coupler en parallèle deux transformateurs triphasés, il faut : • La même tension nominale au primaire : les primaires des deux transformateurs sont alimentés par le même réseau. • Le même rapport de transformation. • La même tension de court-circuit (à 10% près). • Le même indice horaire ou indice horaire compatible. 2.4 Couplage en parallèle de deux transformateurs à puissance nominales différentes La répartition de puissance dépend de la construction des transformateurs et l’usager n’a aucun moyen de régler cette répartition. D’un autre côté, le montage en parallèle est possible si les tensions de court-circuit sont égales ou voisines, cette égalité est facile à obtenir pour des transformateurs de mêmes puissances mais difficile à obtenir pour des transformateurs de puissances différentes. Ainsi il est déconseillé de mettre en parallèle deux transformateurs de rapport de puissances supérieur à 2. 2.5 Indices horaires compatibles ▪ Indice horaire Les enroulements HT et BT d’un transformateur triphasé peuvent être couplés en étoile, en triangle ou en zigzag, ce qui introduit un déphasage entre les tensions primaire et les tensions secondaires homologues (entre V A et Va ou entre UAB et Uab). Le déphasage θ obtenu est toujours un multiple de π/6 ou 30° (angle existant entre les heures d’une horloge). L’indice horaire est : 13 I= 30 0 < I< 12 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques ▪ Groupes d’indices horaires En pratique on peut aisément modifier l’indice horaire d’un transformateur en effectuant une permutation circulaire des lettres affectées aux bornes. Toute permutation correspond à une augmentation ou à une diminution de 4 de l’indice horaire (soit 120°), de ce fait, on définit quatre groupes d’indice horaire: Groupes I II III IV Indices 0 4 2 6 1 5 7 11 8 10 - Couplages Yy Dd Dz Yy Dd Dz Dy Yz Yd Dy Yz Yd Remarque : les indices 3 et 9 n’existent pas en pratique. 2.6. Le courant de circulation Si deux transfos connectés en parallèle ont des rapports de transformation légèrement différents, les f.é.m. induites dans leurs enroulements secondaires à vide ne seraient pas égales, par conséquent un courant, appelé courant de circulation, circulera dans la boucle formée par les deux enroulements des deux secondaires. Lorsqu’une charge est connectée aux bornes de ces deux transformateurs, le courant de circulation reste le même mais la répartition de charge ne sera pas la même sur les deux transformateurs, par conséquent il peut ne pas être possible d’alimenter la totalité de la charge à partir des deux transformateurs connectés en parallèle car l’un d’eux peut être surchargé. 14 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. 3. - 4. - T.P. Réseaux électriques Préparation Comment mesurer le rapport de transformation d’un transformateur triphasé ? Dans quels cas, il est préférable de mettre deux transformateurs en parallèle ? Quelles sont les conditions à satisfaire pour connecter deux transformateurs triphasés en parallèle ? Que ce qu’un courant de circulation ? à quoi il est dû ? Peut-on mettre en parallèle deux transformateurs à puissances nominales différentes ? Peut-on connecter en parallèle deux transformateurs appartenant au même groupe d’indices horaires ? Expliquer. Matériel nécessaire Un autotransformateur CA 0–220/380V – 3A CC 0–220/380V– 5A Cinq ampèremètres Deux voltmètres Un interrupteur bipolaire. Deux transformateurs triphasés, chacun est formé de trois transformateurs monophasés dont les données techniques sont : Entrée Tension nominale : 220V ±10% Fréquence : 50 Hz Courant d’entrée : 2,5 A Sortie Tension nominale : 220V ±1% Fréquence : 50 Hz Courant de sortie : 1,8 A 5. 5.1 Manipulation Vérification des conditions de mise en parallèle des deux transformateurs triphasés. 5.1.1 Etude du premier transformateur Construire un transformateur triphasé Yyn à partir de trois transformateurs monophasés selon le schéma de la figure 2.1. 15 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Fig. 2.1 La connexion des enroulements du secondaire est réalisée en reliant les trois bornes homologues inférieures des trois bobines. a/ - b/ - Essai à vide Appliquer la tension nominale au primaire (220 V phase-neutre). Mesurer le courant à vide. Mesurer les tensions composées au primaire et au secondaire. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 2.2. Déterminer le rapport de transformation de ce transformateur. Essai en court-circuit Court-circuiter le secondaire du transformateur triphasé (Fig. 2.2). Varier la tension au primaire jusqu’à obtenir au secondaire le courant nominal 1,8 A. Mesurer la tension de court-circuit et mettre la valeur mesurée dans le tableau 2.3. 16 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Fig. 2.2 c/ - Vérification de l’indice horaire par la méthode d’impulsions Réaliser le montage de la figure 2.3, en utilisant un voltmètre magnétoélectrique au secondaire. Mettre le commutateur du voltmètre magnétoélectrique à la position + Appliquer une tension continue de 9 à 12V au primaire. Fermer l’interrupteur et observer le sens de déviation du voltmètre lors de la fermeture puis ouvrir l’interrupteur. Fig. 2.3 Les résultats peuvent être : + si le sens de déviation est positif - si le sens de déviation est négatif (vous pouvez mettre le commutateur du voltmètre à la position (-) pour voir la déviation) 0 si le voltmètre ne dévie pas. 17 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - T.P. Réseaux électriques Refaire le même essai en branchant le voltmètre aux bornes ac puis bc. Placer les valeurs mesurées dans le tableau de mesures IV Déterminer l’indice horaire en utilisant le tableau 2.1. Tableau 2.1 : Détermination de l’indice horaire. Bornes ab Bornes bc Bornes ac Indice horaire + + + 0 0 + + 0 + + + + + 0 + 0 0 + + + + 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Déphasage en degrés 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 5.1.2 Etude du deuxième transformateur - Réaliser le montage de la figure 2.1, mais cette fois, la connexion des enroulements du secondaire est réalisée en reliant les trois bornes homologues supérieures des trois bobines. - Refaire les mêmes étapes de travail faites pour le transformateur précédent. Est-ce que le fonctionnement en parallèle des deux transformateurs est possible ? expliquer pourquoi ? 5.2 Mise en parallèle de deux transformateurs de rapports de transformation différents - Réaliser le montage de la figure 2.4 sur lequel on a changé le rapport de transformation du 2éme transformateur. 18 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - T.P. Réseaux électriques Mesurer les courants à vide I01 et I02 des deux transformateurs. Mesurer les courants de circulation Ica, Icb et Icc au secondaire. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 2.5. Quel est le transformateur qui a le plus grand rapport de transformation ? Expliquer la cause de l’existence du courant de circulation dans cet essai. Si on place une charge au secondaire des deux transformateurs connectés en parallèle, quel est transformateur qui pourrait être surchargé et quelle serait la conséquence. Fig. 2.4 19 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Feuille de mesures du TP N°2 Nom & Prénom des étudiants Emargement Date : .... / …. /20….. Groupe : ……. Sous-groupe : …… Tableau 2.2: Mesure du rapport de transformation des deux transformateurs. Type de connexion I0(A) UAB(V) UBC(V) UAC(V) Uab(V) Ubc(V) Yyn directe Yyn inverse Tableau 2.3 : Mesure des tensions de court-circuit des deux transformateurs. Type de connexion Ucc(V) Yyn directe Yyn inverse Tableau 2.4 : Détermination de l’indice horaire Type de connexion Uab(V) Ubc(V) Uac(V) Indice horaire Yyn directe Yyn inverse Tableau 2.5 : Les courants à vide et les courants de circulation au secondaire (m1 m2) I01(A) I02(A) Ica(A) Icb(A) Icc(A) Signature de l’enseignant (e) 20 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – Uac(V) UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le compte rendu du TP N°2 5.1 Vérification des conditions de mise en parallèle des deux transformateurs a/Essai à vide - Déterminer le rapport de transformation des deux transformateurs triphasés. b/Essai en court-circuit - Les tensions de court-circuit des deux transformateurs triphasés sont égales ou différentes ? c/Vérification de l’indice horaire Donner l’indice horaire des deux transformateurs triphasés. - Est-ce que le fonctionnement en parallèle des deux transformateurs est possible ? expliquer pourquoi ? 5.2 Mise en parallèle de deux transformateurs de rapports de transformation différents - Quel est le transformateur qui a le plus grand rapport de transformation ? - Expliquer la cause de l’existence du courant de circulation dans cet essai. - Est-ce que les courants de circulation entre les deux transformateurs sont identiques à vide et en charge ? Expliquer. - Si on place une charge au secondaire des deux transformateurs connectés en parallèle, quel est transformateur qui pourrait être surchargé et quelle serait la conséquence. 21 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. TP N°3 : 1. 2. T.P. Réseaux électriques ETUDE DES DIFFERENTS TYPES DE COURT-CIRCUIT But du TP ➢ Etude des différents types de court-circuit. ➢ Etude des paramètres qui influent sur la valeur de l’intensité du courant de court-circuit. Etude théorique 2.1 Définition d’un court-circuit La mise en contact de points de potentiels différents est appelé court-circuit. 2.2 Origines des défauts de court-circuit Les défauts de court-circuit peuvent avoir plusieurs origines : • mécanique (rupture de conducteurs, liaison électrique accidentelle entre deux conducteurs par un corps conducteur étranger) ; • surtensions électriques d’origine interne ou atmosphérique ; • dégradation de l’isolement. 2.3 Conséquences des défauts de court-circuit Les défauts de court-circuit se manifestant souvent par des courants élevés qui peuvent avoir de lourdes conséquences telles la détérioration des isolants, la fusion des conducteurs, des incendies, des sur-échauffements, des pertes par effet Joule et des efforts électrodynamiques qui peuvent déformer les jeux barres et arracher les câbles. 2.4 Types de défauts de court-circuit On distingue deux types de défauts de court-circuit ; les défauts symétriques et les défauts asymétriques ▪ Les défauts symétriques - triphasé isolé (ZT=) - triphasé à la terre (ZT=0) 22 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques ▪ Les défauts asymétriques - phase terre - biphasé terre - biphasé isolé 2.5 Calcul de l’intensité des courants de court-circuit par la méthode des composantes symétriques Le calcul de l’intensité des courants de court-circuit en tout point du réseau et aux différents étages d’une installation est nécessaire pour déterminer : - le pouvoir de coupure et de fermeture des disjoncteurs à installer ; la tenue électrodynamique des points critiques de l’installation ; la tenue thermique des câbles aux surintensités ; le réglage des protections. La méthode des composantes symétriques est applicable à tous types de réseaux à distribution radiale quelque soit leur tension. Elle est basée sur le principe suivant : Un système triphasé déséquilibré de trois vecteurs I a , I b , I c est la superposition de trois systèmes triphasés équilibrés direct, inverse et homopolaire. La figure ci-dessous explique ce principe. Les impédances directe, inverse et homopolaire se définissent à partir des caractéristiques des différents éléments (indiquées par leurs constructeurs) du réseau électrique étudié. 23 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le tableau suivant donne les formules de calcul de la valeur efficace du courant de court-circuit symétrique (If) en fonction des impédances directe, inverse et homopolaire. Type de court-circuit Phase terre (ZT=0) Le courant de défaut If = biphasé isolé (ZT=∞) biphasé à la terre (ZT=0) triphasé (ZT=∞) triphasé à la terre (ZT=0) U 3 Zd + Zi + Zo U If = If = Zd + Zi U 3 Zi Z d .Z i + Z i .Z o + Z d .Z o If = U 3Zd U tension composée du réseau triphasé. Zd , Zi , Zo impédances symétriques directe, inverse et homopolaire. ZT impédance de terre. 24 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques 3. Préparation Répondre aux questions suivantes : - Définir un court-circuit. - Citer les différents types de défaut de court-circuit (avec les schémas). - Quel est le court-circuit le plus sévère. - Donner un exemple d’un court-circuit qui a pour origine une surtension électrique d’origine atmosphérique ; - Dans quel but on calcule l’intensité du courant de court-circuit. 4. - Matériel nécessaire Un autotransformateur CA 0–220/380V – 3A Deux lignes de transmission triphasées 220/380V – 0,37A – 50Hz Une capacité variable 231VAR – 220V (400 MAX) – 50Hz Quatre ampèremètres Trois voltmètres Trois interrupteurs bipolaires. 5. Manipulation 5.1 Etude des différents courants de court-circuit - - Réaliser le montage de la figure 3.1 Fixer la réactance de la ligne à XL=200 Ω. Réaliser un court-circuit triphasé-terre (K1, K2 et K3 fermés) et appliquer une tension d’alimentation telle que le courant de la ligne court-circuitée est égal à 170 mA. Mesurer les courants de ligne Ia, Ib , Ic et IN et les tensions ligne-neutre VaN, VbN et VcN. Faire le même travail pour les courts-circuits : • • • • - triphasé isolé (K1 et K2 fermés, K3 ouvert) biphasé isolé (K2 fermé, K1 et K3 ouvert) biphasé-terre (K2 et K3 fermés K1 ouvert) phase-terre (K3 fermé, K1 et K2 ouverts). Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.1. Parmi les courts-circuits que vous avez étudiés, quels sont les courtscircuits symétriques ? ils sont caractérisés par quoi ? 25 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Fig. 3.1 : Montage pour l’étude des différents types de court-circuit. 5.2 Influence de la valeur de la réactance de la ligne sur l’intensité du courant de court-circuit Dans le montage précédent, remplacer le module de la ligne par le montage de la figure 3.2 (deux lignes en série). Fixer la réactance de chaque ligne à 200 Ω. Fig.3.2 : deux lignes inductives en série. - - Réaliser un court-circuit triphasé isolé, et varier doucement la tension d’alimentation jusqu’à avoir un courant de court-circuit égal à 170 mA. Pour les valeurs de la réactance totale de la ligne XL=400, 800 et 1200, mesurer les courants de ligne Ia, Ib , Ic et IN et les tensions ligne-neutre VaN, VbN et VcN Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.2. Comment varie le courant de court-circuit en fonction de la réactance de la ligne ? 26 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - T.P. Réseaux électriques La réactance de la ligne elle-même, varie en fonction de quoi ? Donner la conclusion 5.3 Influence de la tension au point de court-circuit sur l’intensité du courant de court-circuit Dans le montage précédent, remplacer la ligne par le montage de la figure 3.3 Fig. 3.3 - - Fixer la réactance totale de la ligne à XL=400 Ω et la réactance capacitive de la ligne à XC=infini Réaliser un court-circuit triphasé puis triphasé-terre et mesurer les courants de ligne Ia, Ib , Ic et IN et les tensions ligne-neutre VaN, VbN et VcN pour les valeurs de la réactance capacitive XC= 4400, 1100 et 629. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.3. Est-ce que la tension au point de court-circuit influe sur la valeur du courant de court-circuit ? Expliquer en se basant sur une étude théorique. Dans l’essai par quel moyen on a varié la tension au point de court-circuit ? 27 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Feuille de mesures du TP N°3 Nom & Prénom des étudiants Emargement Date : .... / …. /20….. Groupe : ……. Sous-groupe : …… Tableau 3.1 : Les différents types de court-circuit (XL=200 Icc=170 mA) Type de défaut de court-circuit Triphasé- terre Triphasé isolé Biphasé isolé Biphasé -terre Phase- terre Ia(mA) Ib(mA) Ic(mA) IN(mA) VaN(V) VbN(V) VcN(V) VbN(V) VcN(V) Tableau 3.2 : Le court-circuit triphasé isolé en fonction de XL XL () Ia(mA) Ib(mA) Ic(mA) IN(mA) VaN(V) 400 800 1200 Tableau 3.3 : Court circuit triphasé isolé/ triphasé terre en fonction de XC (XL=400) XC () Type de Court-circuit Triphasé-terre Ia(mA) Ib(mA) Ic(mA) IN(mA) VaN(V) 4400 Triphasé isolé Triphasé-terre 1100 Triphasé isolé Triphasé-terre 629 Triphasé isolé NB : 629 correspond à (4400//2200//1100) Signature de l’enseignant (e) 28 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – VbN(V) VcN(V) UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le compte rendu du TP N°3 5.1 Etude des différents courants de court-circuit - Parmi les types de court-circuit que vous avez étudiés, quels sont les courts-circuits symétriques ? ils sont caractérisés par quoi ? 5.2 Influence de la valeur de la réactance de la ligne sur l’intensité du courant de court-circuit - Comment varie le courant de court-circuit en fonction de la réactance de la ligne ? - La réactance de la ligne elle-même, varie en fonction de quoi ? - Donner la conclusion 5.3 Influence de la tension au point de court-circuit sur l’intensité du courant de courtcircuit - Est-ce que la tension au point de court-circuit influe sur la valeur du courant de courtcircuit ? Expliquer en se basant sur l’étude théorique. - Dans l’essai 5.3 par quel moyen on a varié la tension au point de court-circuit ? 29 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques TP N°4 : REPARTITION DES TRANSITS ET CHUTES DE TENSION DANS UN RESEAU RADIAL, BOUCLÉ ET MAILLÉ 1. ➢ ➢ But du TP Etude de la répartition des transits et des chutes de tension dans le cas : - d’un réseau radial chargé en plusieurs points ; - d’un réseau bouclé chargé en plusieurs points ; - d’un réseau maillé chargé en plusieurs points ; Comparaison des différents types de réseaux étudiés. 2. Etude théorique L’architecture des réseaux électriques peut être choisi soit de type radiale (une voie d’alimentation possible), soit bouclable (secours par d’autres voies d’alimentation), soit maillée (voies d’alimentation multiples). L’architecture radiale est alimentée à partir d’un poste de transformation, elle est constituée de plusieurs artères dont chacune va en se ramifiant. L’architecture en boucle est bien adaptée aux réseaux étendus avec des extensions futures importantes, il existe deux possibilités suivant que la boucle est ouverte ou fermée en fonctionnement normal. La structure maillée est constituée principalement de lignes multiples et bouclées reliant des sources assez bien répartis à des lieux de forte consommation proches et également répartis. Pour simplifier le calcul et la manipulation, dans ce TP on va étudier des structures simples de ces réseaux électriques en courant continu. 2.1. Réseau radial chargé à la fin Les figures suivantes représentent le schéma unifilaire et le schéma équivalent de ce réseau radial simple. R PF l’impédance de la ligne. la puissance absorbée par la charge La chute de tension sur la ligne est V = RI = RPF VF La tension à l’entrée de la ligne est VA = VF + V 30 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Réseau radial alimenté d’un seul côté et chargé en plusieurs points Les figures suivantes représentent respectivement le schéma unifilaire et le schéma équivalent de ce réseau. 2.2. La chute de tension totale est la somme des chutes de tensions sur les tronçons de la ligne : V = VA3 = VA1 + V12 + V23 VA3 = RA1I A1 + R12 I12 + R23 I 23 Sachant que : I 23 = I C 3 I12 = I C 2 + I C 3 I A1 = I C1 + I C 2 + I C 3 VA3 = RA1 ( I C1 + I C 2 + I C 3 ) + R12 ( I C 2 + I C 3 ) + R23 I C3 VA3 = RA1I C1 + I C 2 ( RA1 + R12 ) + I C 3 ( RA1 + R12 + R23 ) D’une manière générale on peut écrire : N VAN = RAi I Ci i avec I Ci = PCi Vi 5.2. Réseau en boucle chargé en plusieurs points On coupe la boucle au point d’alimentation et on la considère comme un réseau radial alimenté par la même tension aux deux extrémités. 31 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le schéma équivalent est : On peut montrer que le courant sortant d’une extrémité est : N IA = i RAi I Ci RAA Calcul des chutes de tension Les courants venant des deux côtés se rencontreront en un nœud donné où la tension sera la plus basse. On divise le réseau en deux réseaux radiaux par rapport à ce nœud, et on calcule la chute de tension comme décrit ci-dessus. 5.3. Réseau radial alimenté des deux côtés par des tensions différentes Si VA VB un courant d’équilibre d’intensité Ie = V A − VB circule entre A et B et R AB s’ajoute au courant du cas précédent. Le courant sortant d’une extrémité est alors : N IA = i 32 RAi I Ci V A − VB + RAB R AB Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques 3. Préparation - Citer les trois architectures principales de réseaux électriques. - Calculer les courants et les tensions dans les différentes branches du réseau de la figure 4.1 avec l’interrupteur K fermé, en appliquant la loi des mailles. Placer les résultats finaux dans le tableau 4.2 - Calculer le courant d’équilibre et le courant sortant d’une extrémité de la ligne en se basant sur l’étude théorique. 4. - Matériel nécessaire Trois modules de tension variable CC 0-28V 18A Une maquette de six résistances : R1=R3=R6= 4,7 et R2=R4=R5= 5,1. 03 rhéostats de résistances variables 0-330. Imax=1A 09 ampèremètres 01voltmètre 01multimètre. 5. Manipulation 5.1. Ligne alimentée d’un seul côté, à trois consommateurs, Pour le montage de la figure 4.1 régler préalablement : • les résistances des charges à RC1=RC2=RC3=80Ω • la tension de la 1ère source à courant continu à VA= 15V • la tension de la 2ème source à courant continu à VB= 14V - Réaliser le montage de la figure 4.1 avec l’interrupteur K ouvert. Fig. 4.1 : VA= 15V VB= 14V R2=R4=R5= 5,1 33 R1=R3=R6= 4,7 RC1=RC2=RC3=80Ω Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - - 5.2. - - T.P. Réseaux électriques Mesurer le courant et la chute de tension à chaque tronçon de la ligne en indiquant leurs sens. Mesurer la chute de tension entre les points A et 3. Mesurer le courant et la tension de chaque consommateur. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 4.1. Observez le sens des courants dans la ligne, que ce que vous remarquez ? Observez les valeurs mesurées de la tension, et de la chute de tension du consommateur qui est près de la source et ceux du consommateur qui est loin de la source. Que ce que vous remarquez ? Donner une conclusion. Si une panne survient au niveau de la source A, quelle sera la conséquence sur les consommateurs ? Ligne alimentée des deux côtés, à trois consommateurs Réaliser le montage de la figure 4.1 avec l’interrupteur K fermé. Faire le même travail que le cas précédent. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 4.2. Comparez les valeurs des tensions et des courants mesurées avec ceux calculées dans la préparation. Observez le sens des courants dans la ligne, que ce que vous remarquez ? Donnez une explication. Comparez les valeurs des tensions des consommateurs dans le cas où l’interrupteur K est fermé et dans le cas où l’interrupteur K est ouvert puis donnez une conclusion Si une panne survient au niveau de l’une des sources d’alimentation quelles seront les conséquences sur les consommateurs. 5.3. Répartition des transits de courant dans un réseau maillé Pour le montage de la figure 4.2 régler préalablement les tensions des trois sources à courant continu à VA= VB= VC =15V Réaliser le montage de la figure 4.2 Mesurer les courants dans les différentes branches. Mesurer le courant et la tension de chaque consommateur. Placer les valeurs mesurées dans le tableau 4.3. Observez les valeurs des tensions aux bornes des consommateurs, que pouvez-vous dire sur la qualité de service ? Eteindre une source et observez les courants et les tensions aux bornes des consommateurs, que pouvez-vous dire sur la continuité de service ? 34 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. - T.P. Réseaux électriques Si une panne survient au niveau de deux sources d’alimentation quelles seront les conséquences sur les consommateurs. Comparez les trois types de réseaux électriques étudiés du point de vue coût, qualité de service et continuité de service. Fig.4.2 : VA= VB= VC =15V R2=R4=R5= 5,1 R1=R3=R6= 4,7 RC1=RC2=RC3=80Ω NB : Le sens des courants est choisi arbitrairement. 35 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Feuille de mesures du TP N°4 Nom & Prénom des étudiants Emargement Date : .... / …. /20….. Groupe : ……. Sous-groupe : …… Tableau 4.1 : Ligne à trois consommateurs, alimentée d’un seul côté I1(mA) I2(mA) I3(mA) VA1 (V) V12 (V) - K ouvert - V23 (V) VA3 (V) Valeurs mesurées IC1(mA) IC2(mA) IC3(mA) V1 (V) V2 (V) V3 (V) Valeurs mesurées Tableau 4.2 : Ligne à trois consommateurs, alimentée des deux côtés - K fermé I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) I4 (mA) VA1 (V) V12 (V) V23 (V) V3B (V) IC1 (mA) IC2 (mA) IC3 (mA) V1 (V) V2 (V) V3 (V) Valeurs mesurées Valeurs calculées Valeurs mesurées Valeurs calculées Tableau 4.3 : Répartition des transits de courants dans un réseau maillé I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) I4 (mA) I5 (mA) I6 (mA) IC1 (mA) IC2 (mA) IC3 (mA) V1 (V) V2 (V) V3 (V) Valeurs mesurées Valeurs mesurées Signature de l’enseignant (e) 36 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique – UEM. 312. T.P. Réseaux électriques Le compte rendu du TP N°4 5.1 - Ligne alimentée d’un seul côté, à trois consommateurs, Observez le sens des courants dans la ligne, que ce que vous remarquez ? - Observez les valeurs mesurées de la tension et de la chute de tension du consommateur qui est près de la source et ceux du consommateur qui est loin de la source. Que ce que vous remarquez ? Donnez une conclusion - Si une panne survient au niveau de la source A, quelle sera la conséquence sur les consommateurs ? 5.2 - Ligne alimentée des deux côtés, à trois consommateurs Comparez les valeurs des tensions et des courants mesurées avec ceux calculées dans la préparation. - Observez le sens des courants dans la ligne, que ce que vous remarquez ? Donnez une explication. - Comparez les valeurs des tensions des consommateurs dans le cas où l’interrupteur K est fermé et dans le cas où l’interrupteur K est ouvert puis donnez une conclusion - Si une panne survient au niveau de l’une des sources d’alimentation quelles seront les conséquences sur les consommateurs. 5.3 - Répartition des transits de courant dans un réseau maillé Observez les valeurs des tensions aux bornes des consommateurs, que pouvez-vous dire sur la qualité de service ? - Eteindre une source et observez les courants et les tensions aux bornes des consommateurs, que pouvez-vous dire sur la continuité de service ? - Si une panne survient au niveau de deux sources d’alimentation quelles seront les conséquences sur les consommateurs. - Comparez les trois types de réseaux électriques étudiés du point de vue coût, qualité de service et continuité de service. 37 Université de Bejaia – Département de Génie Electrique –
