LES PERTES À TRAVERS L\`AIR ENTRE FILS DE TRANSMISSION

N " I.
LA IfOIULL,K BLANCHE
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RÉGULATEUR POUR TURBINES HYDRAULIQUES
SYSTÈME GLOCKER-WHÏTE
C e régulateur, construit p a r la/. P. Morris C " , d e Philadelphie, est a c t u e l l e m e n t e n service s u r q u a t r e grosses turbines d e i3ooo c h e v a u x , et s u r d e u x autres p l u s petites d e
5 o o c h e v a u x , installées d a n s la station centrale hydro-électrique d e YElectrical Développement O , d ' O n t a r i o ( C a n a d a ) , utilisant les c h u t e s d u N i a g a r a (*).
C e régulateur est c o m b i n é d e telle sorte q u e sa sensibilité soit très faible a u m o m e n t o ù ses m a s s e s m o b i l e s s'écartent, à la suite d ' u n e d i m i n u t i o n d e c h a r g e , et qu'elle a u g m e n t e ensuite à m e s u r e q u e ces m a s s e s se r a p p r o c h e n t à
n o u v e a u , d e m a n i è r e q u e celles-ci, d o n t le m o u v e m e n t d e
retour se t r o u v e ainsi retardé, soient r e v e n u e s , s a n s oscillation, à leur position
initiale, a u m o m e n t m ê m e o ù les v a n n e s s'arrêtent d a n s la position corr e s p o n d a n t à la n o u v e l l e
charge.
L ' o r g a n e sensible d e
ce régulateur, q u i c o m m a n d e les v a n n e s p a r
l'intermédiaire d ' u n piston-relais et d ' u n pistonm o t e u r , q u i sont t o u s
d e u x h y d r a u l i q u e s , se
compose de deux masses
tournantes A , e n f o r m e
d e leviers c o u d é s , m o b i - les a u t o u r d e s points
fixes B et agissant s u r
u n e douille cylindrique
C , t e r m i n é e à la partie
supérieure p a r u n m a n c h o n D . A u x tourillons
E d e la b a g u e d e ce d e r nier s'articule le p r e m i e r
levier d e la t i m o n e r i e d u tiroir d e distribution d u pistonrelais c o m m a n d a n t les v a n n e s .
L'arbre F , a u t o u r d u q u e l le régulateur t o u r n e à u n e
vitesse d e 5oo tours p a r m i n u t e , est fixé entre la douille C
et cet a r b r e F , p o u r éviter q u e les b o u l e s d u r é g u l a t e u r
aient à vaincre, a u d é b u t d e leur d é p l a c e m e n t , u n e résistance d e d é m a r r a g e . Q u a n t a u x autres frottements a u x
points d'articulation, ils s o n t réduits a u m i n i m u m , a u
m o y e n d e c o u t e a u x /. L e s d é p l a c e m e n t s d e s m a s s e s A sont
limités p a r la résistance d u ressort antagoniste G , q u i p e u t
être réglé entre certaines limites. T o u t le régulateur est
e n f e r m é d a n s u n carter L .
L e s m a s s e s m o b i l e s d e ce régulateur sont d e s pièces d e
fonte creuses, à l'intérieur desquelles o n a m é n a g é d e u x
c h a m b r e s a et b, q u i c o m m u n i q u e n t e n s e m b l e , d ' u n e part,
p a r u n c o n d u i t c q u ' u n e cheville d percée d ' u n trou étroit
p e r m e t d'obturer à v o l o n t é et, d'autre part, p a r u n c o n d u i t
c o n s t a m m e n t o u v e r t . C e s c h a m b r e s c o n t i e n n e n t u n e certaine quantité d e m e r c u r e , q u i n e les remplit p a s .
D a n s la position d'équilibre, et tant q u e la vitesse reste
n o r m a l e , les conduits c et : d e s m a s s e s A sont verticaux et
les v a n n e s d e la turbine restent i m m o b i l e s . L o r s q u e cette
vitesse est d e 5 o o tours, le m e r c u r e refoulé p a r la force
centrifuge r e m p l i t e n t i è r e m e n t le t u b e c, m a i s n ' o c c u p e
q u ' u n e petite partie d e la c h a m b r e a. L'appareil est très p e u
sensible d a n s ce cas.
L o r s q u e , a u contraire, la c h a r g e d i m i n u a n t b r u s q u e m e n t ,
la vitesse d e la t u r b i n e a u g m e n t e , . l e s m a s s e s d u régulateur
s'écartent e n p r o v o q u a n t la f e r m e t u r e progressive d e s
v a n n e s et le r a l e n t i s s e m e n t d e la rotation d e la t u r b i n e ; le
c o n d u i t c s'incline et u n e certaine quantité d e m e r c u r e est
alors refoulée p e u à p e u , p a r la force centrifuge, d a n s la
c h a m b r e b, c'est-à-dire à u n e p l u s g r a n d e distance d e l'axe
d e rotation B ; le régulateur devient plus sensible, et u n
écart d e vitesse m o i n s g r a n d suffit p o u r p r o d u i r e u n écartem e n t d o n n é d e ces m a s s e s . L e m o u v e m e n t d e r a p p r o c h e m e n t d e s m a s s e s m o b i l e s , résultant d u ralentissement progressif d e la vitesse d e la t u r b i n e , se t r o u v e ainsi retardé
et, si l'appareil est b i e n réglé, l'équilibre entre la c h a r g e et
la vitesse se t r o u v e rétabli juste a u m o m e n t o ù le r é g u l a teur est r e v e n u à sa position n o r m a l e et o ù le m o u v e m e n t
d e s v a n n e s cesse.
L a durée d u m o u v e m e n t d e r a p p r o c h e m e n t des masses
m o b i l e s p e u t être réglée à v o l o n t é , a u m o y e n d u robinet d.
D e p l u s , o n peut, e n m o d i f i a n t la f o r m e d e s c h a m b r e s a et
b, c'est-à-dire la position d u centre d e gravité d u m e r c u r e
qu'elles c o n t i e n n e n t et la répartition d u p o i d s d e ce m e r cure, faire varier à v o l o n t é l'écart entre la vitesse n o r m a l e
c o r r e s p o n d a n t e à c h a q u e c h a r g e réduite et la vitesse à pleine
c h a r g e , et m ê m e r e n d r e cet écart négatif, si o n le désire,
tout c o m m e o n p e u t s u r c o m p o u n d e r les m a c h i n e s électriques.
B
LES PERTES A TRAVERS L'AIR
ENTRE FILS DE TRANSMISSION A COURANT CONTINU
La plupart des auteurs qui ont étudié le phénomène dit
« couronne » dans les fils de transmission à courants
alternatifs ont supposé que la perte d'énergie qui se produit
ainsi est due principalement à la résistance ohrnique de la
couche d'air qui entoure immédiatement lefilau courant
de charge qui passe vers lalimite extérieure de la couronne.
Ceci implique l'hypothèse que la couronne existe d'une
façon continue et ne se reforme pas à chaque pulsation de
la tension alternative de la transmission (*).
Cette hypothèse n'est pas invraisemblable, bien qu'on
puisse, tout aussi légitimement, attribuer la perte d'énergie
à la rupture successive des différentes couches d'air qui
entourent lefil,lorsque le voltage passe de zéro à sa valeur
m a x i m a . Chaque couche d'air, dans cette deuxième théorie,
serait considérée c o m m e possédant, à l'instant qui précède
sa rupture, une certaine quantité d'énergie, à la façon d'un
diélectrique de condensateur, énergie qui se transforme en
chaleur au m o m e n t de la rupture.
Quelle que soit celle des deux théories qui est la vraie,
on voit que si la fréquence de la ligne diminue, les pertes
aussi devront diminuer, et que, en supposant que toutes
les pertes atmosphériques soient dues à l'un ou l'autre des
doux phénomènes que nous venons de décrire, elles s'annuleront entièrement dans le courant continu; on sait
d'ailleurs que cette conclusion est inexacte, et que toute
transmission à courant continu sous une tension assez
élevée donne lieu à des pertes atmosphériques notables,
aussi bien qu'une transmission alternative.
The FAeelrician du
Electrique du 18 septembre
(t) B.-A. W A T S O X ,
(*) D'après Y American
Machinist
La Lumière
Article published by SHF and available at http://www.shf-lhb.org or http://dx.doi.org/10.1051/lhb/1910008
3 septembre 1009. Voir aussi
190!).
LÀ HOUILLE BLANCHE
JANVIER
Considérons u n fil traversé par une quantité chargée
d'électricité constante q par unité de longueur. S'il est
suffisamment éloigné de la terre et des autres conducteurs,
la force électrique m a x i m a qui s'exercera à sa surface aura
pour valeur, a étant le rayon dufil:
5° Elle est d'autant plus grande que le fil est plus mince.
6° Elle diminue en m ê m e temps que la pression atmosphérique, mais non d'une façon proportionnelle.
7° La présence de vapeur d'eau est sans aucune influence,
dans le cas d'unfilà surface nette, sur la valeur de la force
critique, mais elle influe sur la déperdition d'énergie.
8° On ne doit pas considérer en pratique unfilde transmission c o m m e un fil parfaitement net; on doit prendre
C'est un fait bien établi que, si cette force dépasse une un facteur de sécurité de 1,5 à 2. Enfin, les essais ont m o n tré que la perte d'énergie peut atteindre une valeur
certaine valeur, il y aura rupture de la couche d'air enviconsidérable avant que lefilsoit enveloppé uniformément
ronnante et formation d'une couronneEn courant alternatif, la rupture peut se produire aussi par la couronne et ne soit devenu lumineux.
souvent que le courant éprouve de pulsations, de sorte que
la perte correspondante peut être continue. E n courant
continu, au contraire, une fois que la rupture s'est produite, il n'y a aucune raison pour qu'elle se maintienne
d'une façon permanente, si l'on ne tient pas compte des
actions mécaniques qui s'exercent sur l'air qui a été le siège
La particularité la plus intéressante de cette usine i éside
de la rupture, actions qui tendent à le chasser et à l'éloi- dans ce fait qu'elle a été aménagée dans le but d'utiliser le
gner du fil, tandis qu'il est remplacé par une nouvelle
surplus d'eau non employé par les usines hydrauliques
couche qui sera ensuite rompue et chassée à son tour.
déjà existantes, et de n'utiliser que ce surplus seul. U n e
Mais, en tenant compte de ce mécanisme de substitution, telle utilisation ne peut être pratique que dans certaines
on conçoit qu'il puisse se produire une perte d'énergie conditions tout à fait spéciales. Ici, toute l'énergie produite
régulière et permanente, bien que dans des conditions très par cette usine est achetée en bloc par la Twin City Rapid
différentes de celles qui régissent le
phénomène en courant alternatif.
O n peut calculer approximativement
la vitesse à laquelle l'air doit être chassé
après la rupture pour que le jeu de la
substitution soit régulier; on trouve environ 10 m . par seconde.
Mais A. Ilighi a démontré que ce n'est
pas là la véritable explication du phénom è n e ; toutes les molécules de l'air no
sont pas affectées par la rupture, c'est
seulement une très faible portion de la
couche d'air qui est affectée, tandis que
le reste ne subit absolument aucune modification.
D'autres expériences ont alors eu pour but d'évaluer la
'"^L^Drairy
IL.!.
vitesse exacte des molécules qui subissent la rupture, et
S A ' : - '
"
J.-.I. T h o m s o n a trouvé qu'elle était d'environ 1,5 cm. par
seconde pour un champ de 1 volt, par centimètre. Quant à
la proportion de la masse d'air affectée par la décharge,
elle semble être de l'ordre de 2 pour 100.
L'auteur a (ait une série d'essais sur u nfilenfermé dans
un cylindre et sur des fils parallèles. Il notait l'état hygrométrique de l'air, et faisait varier sa pression depuis la
pression ordinaire jusqu'à 350 millimètres.
L'auteur a pu ainsi faire intervenjr les résultats qu'il
avait obtenus au sujet de la variation de la rigidité diélecTransit C" pour son réseau de tramways de Minneapolis
trique de l'air avec la pression (1).
et de St-Paul (Minnesota), Cette compagnie dispose d'ailLes conclusions de ces expériences ont été les suivantes: leurs d'une station centrale à vapeur, de 24 000kw, qui reste
1° Il existe une force électrique critique pour laquelle la la base du système générateur d'électricité, mais, c o m m e
perte atmosphérique se produit, aussi bien pour une ligne l'énergie électrique produite par la nouvelle usine revenait
continue que pour une ligne alternative.
bien meilleur marché que celle produite par la vapeur, toute
2 Cette force critique est la m ê m e pour u n courant substitution de la première à cette dernière devenait une
continu que pour un courant alternatif d'intensité m a x i m a opération avantageuse.
égale.
L'usine hydro-électrique que nous allons décrire (*) a été
3° Cette force est sensiblement la m ê m e , que lefilconsi- construite à Hennepin,par la St Anthony Faits Waler Power
déré soit positif ou négatif, pourvu que sa surface soit nette. O , sur la partie supérieure des chutes de St-Anthony du Mis4» Si la surface du fil n'est pas nette, la force critique est sissipi.près de Minneapolis.Elle n'emploie que Peau nonutiliséepar l&Water Power G', compagnie qui fournit l'eau aux
beaucoup moindre en charge négative qu'en charge
moulins à farines de Minneapolis et à diverses autres inpositive.
dustries locales. Elle ne fonctionne par suite que les dimanches et jours de fête, ainsi que pendant les périodes de
(1) D a n s le Journal of Institution of Electrical Engineers
d'août
hautes eaux (**)•
1909, l'auteur a décrit les expériences qu'il a faites pour étudier la rigidité
USINE HYDROÉLECTRIQUE DE SAINT-ANTONY-FALLS
u
0
diélectrique de l'air en fonction de la pression. Il a trouvé que pour dos
pressions comprises entre 3 et 15 atmosphères, si l'on évalue ia rigidité R en kilovolts par centimètre, et la pression P en atmosphères, on
peut représenter cette rigidité par la formule empirique suivante:
R
= 20 + 25,0
P
(*) D'après VEngineering
Record.
(**) E n France, l'usine de St Victor-sur-Loirc, qui fait partie du
groupe des usines de ia Compagnie
Electrique de la Loire, présente
une certaine analogie avec l'usine de St Anthony Faits, en ce sont*