Telechargé par Nasr Ghanmi

TP L3 UEM 312 (RE) 2019

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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 '+ jL'
Ω/km
l’impédance linéique série de la ligne.
Y ' = G '+ jC '
3
S/km
l’admittance linéique shunt de la ligne.
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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
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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 IScosS
✓ 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 + jVT
Avec :
VL = RI R cosR + XI R sinR
VT = XI R cosR − RI R sinR
La chute de tension composée est :
 U = U L + jU T
U L =
5
RPR + XQR
UR
UT =
XPR − RQR
UR
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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 + jU 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Uac(V)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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VbN(V)
VcN(V)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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-
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
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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)
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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.
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