Puissance transmise par une ligne inductive

ELEC 2753 Electrotechnique
Transport d ’énergie électrique
Repris de H. BUYSE
2012 - Université catholique de Louvain
Plan du chapitre

Transport d’énergie électrique




Augmentation de la capacité de transport du réseau



2
Organisation du transport et de la distribution
Réseau THT et HT, types de lignes
Capacité de transport d’une ligne
Lignes aériennes
Câbles isolés
Flexibles AC Transmission Systems (FACTS)
2012 - Université catholique de Louvain
Pertes par effet Joule
3
2012 - Université catholique de Louvain
Il ne faut pas en conclure que le triphasé est plus intéressant pour le transport
de l’énergie que le monophasé parce qu’il faut aussi tenir compte de
l’augmentation du coût due au plus grand nombre de conducteurs et
d’isolateurs.
Pour une même puissance transportée, de mêmes pertes Joule et une même
tension entre les conducteurs et la terre, le triphasé et le monophasé
symétrique (biphasé !) conduisent à la même section totale des conducteurs.
Dans la formule monophasée, remplaçons E par 2 Eph :
L
P2
Pj 
2 S E ph 2 cos 2 
De même, dans la formule triphasée, remplaçons EL par
3 E ph
L
P2
Pj 
3 S E ph 2 cos 2 
4
2012 - Université catholique de Louvain
Dans les deux cas, on peut écrire, n étant le nombre de phases et S la
section d’un conducteur :
L
P
Pj 
n S E ph 2 cos 2 
2
La section totale n S ne dépend donc pas du nombre de phases. Ceci n’est
vrai que pour des systèmes équilibrés sans ligne de neutre !
On retiendra que, proportionnellement, les pertes sont plus faibles si la
tension de travail de la ligne est plus élevée et que le cos  est proche de
l’unité.
5
2012 - Université catholique de Louvain
Organisation du transport et de la
distribution d’énergie électrique
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Doc. Electrabel
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Organisation du transport et de la
distribution d’énergie électrique
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Réseau belge à THT (380 kV) (1998)
Doc. Electrabel
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2012 - Université catholique de Louvain
Réseau belge à THT
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Insertion dans le réseau européen
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Europe : puissances interconnectées (MW)
A
B
L
P
E
F
I
16 028
13 997
1 332
8 134
46 653
109 622
68 836
CH
15 557
D
104 738
GR
8 444
NL
14 590
SLO/HR
5 624
JUEL-EKC 10 590
NL
B
F
L
D
A
CH
YU
P
E
I
GR
Doc. Electrabel
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2012 - Université catholique de Louvain
Organisation du transport en Belgique
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Paramètres d’une ligne
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Liaison entre lignes DC et AC
Lorsque l’on doit utiliser une liaison par câble sur une longue distance, on
a intérêt à faire cette liaison en courant continu.
Exemples :
• éoliennes off-shore, d’autant plus que la génératrice peut ainsi
fonctionner à une fréquence quelconque, ce qui rend plus facile la
vitesse variable ;
• liaisons sous-marines
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Distance des lignes aériennes aux obstacles
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2012 - Université catholique de Louvain
Supports de lignes aériennes THT
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Câbles isolés
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Puissance transmise par une ligne résistive
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Puissance transmise par une ligne inductive
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Puissance transmise par une ligne inductive
(avec réglage capacitif de la tension en bout de ligne)
La chute de tension peut être
compensée en agissant sur la
valeur de XC . La tension de la
charge vaut en effet
R C ( jX C )
R C //  jX C
R C  jX C
ER 
ES 
ES
R
(

jX
)
R C //  jX C  jX
C
C
 jX
R C  jX C

20
R C ( jX C )
1
ES 
ES
X
X
R C ( jX C )  jX (R C  jX C )
(1 
) j
XC
RC
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ER 
1
X
X
(1 
) j
XC
RC
ES
En module, ER est donc maximum si XC = X.
Si RC > X , on peut même relever la tension au-delà de ES . Donc, si on le
souhaite, on peut ajuster ER = ES pourvu que RC soit inférieur ou égal à X .
Dans ce cas, on a
2 E S cos 
E
cos   S sin( 2)
X
X
2
ES
ES
P  E R I R  ES
sin( 2) 
sin( 2)
X
X
IR 
La puissance est maximum pour  = 45°.
21
2012 - Université catholique de Louvain
La puissance est maximum pour  = 45°. On a alors IC = IR , donc XC = R .
De plus, on a
I  2 IR
et X I  2 R I R
donc
R X
La puissance est maximum quand on est à la limite de la plage de variation de
R qui permet le maintien de la tension de la charge à une valeur égale à ES .
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ER 
1
X
X
(1 
) j
XC
RC
ES
Si on a R < X , on peut seulement choisir XC = X de façon à rendre ER
maximum, mais il restera inférieur à ES , à savoir
RC
ER 
ES
X
Dans ce cas, la puissance transmise vaut
ES
ER
P
ER 
ER
RC
X
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On suit donc dans le diagramme ER –PC
une droite reliant l’origine au point à
puissance maximale.
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Possibilité de régler la production d’énergie
réactive par électronique de puissance
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Puissance transmise par une ligne inductive
(entre deux sources de tension)
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Puissance transférée par ligne inductive
entre deux sources de tension égales
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Comparaison des puissances transmissibles
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Capacité de transport d’une ligne
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
La puissance maximale qu’une ligne peut transporter est proportionnelle au carré de la
tension de ligne.

La puissance maximale qu’une ligne peut transporter est inversement proportionnelle à son
impédance, donc à sa longueur.

La chute de tension dans une ligne inductive peut être compensée par la connexion de
condensateurs.

Dans le cas d’une ligne inductive (modèle applicable aux lignes aériennes de longueur
modérée), la puissance transportée est proportionnelle au sinus de l’angle de déphasage entre
les tensions aux extrémités de la ligne. Ce déphasage ne peut s’approcher de 90° sous peine
d’instabilité.

Les pertes par effet Joule entraînées par la circulation du courant dans la résistance des lignes
doivent être limitées en raison :
 du coût de l’énergie perdue,
 de l’élévation de température des conducteurs due à la dissipation de chaleur.
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Topologies du réseau à haute tension
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Augmentation de la capacité de transport du réseau
I. Lignes aériennes

Amélioration de leur disponibilité,

Augmentation de la capacité de transport
 Tmax = 75°C (RGIE) + 1°C – augmentation de flèche de




Utilisation de conducteurs à faible résistivité et coefficient de dilatation en vue de relever la
température maximale : Tmax = 90°C (Japon : 160 – 230°C)





30
Nouveaux alliages d’aluminium
Câbles aluminium-invar
Câbles aluminium – fibres de carbone
Utilisation de la capacité de surcharge transitoire.


1.5 cm pour le cuivre
3.5 cm pour Al-acier
5 cm pour AMS (Almelec)
Constante de temps faible pour les conducteurs aériens (quelques minutes)
Monitoring en temps réel
Peu d’action sur la réactance des lignes
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Propriétés des matériaux constituant les
conducteurs des lignes aériennes
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Augmentation de la capacité de transport du réseau
II. Câbles isolés

Nature de l’isolant



Importance du courant capacitif, longueur critique pour un rendement de 95%



150 kV (PRC ou XPLE) – 70 km
380 kV (PRC ou XPLE) – 30 à 40 km
Caractère critique de la température maximale (XPLE)


Service :
Court-circuit :
90°C
250°C

Constante de temps thermique t élevée : qq 10 heures

Pertes ohmiques réduites (faible densité de courant), réactance réduite

Coût de construction : environ 10 x celui d’une ligne aérienne

Solutions prospectives

32
PVC jusqu’à 6 kV
PRC ou XPLE en THT et HT (remplace l’huile fluide)

Lignes à isolation gazeuse (N2 , SF6)
Supraconducteurs
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Augmentation de la capacité de transport du réseau
III. FACTS (Flexibles AC Transmissions Systems)

FACTS à thyristors
 Compensateurs en parallèle



Compensateurs en série



Onduleurs (de tension ou de courant) commandés en tension ou en courant



33
TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator
FACTS à GTO ou IGBT commandés en Modulation de Largeur d’Impulsion


TSSC Thyristor Switched Series Capacitor
TCSC Thyristor Controlled Series Compensator (circuit L-C)
Transfo. Déphaseur


TCR Thyristor Controlled Reactor
TSC Thyristor Switched Capacitor
STATCOM synchronous STAtic COMpensator (compensation parallèle par source de courant)
SSSC Static Synchronous Series Compensator (compensation série par source de tension)
UPFC Unified Power Flow Controller (compensation série et parallèle)
Filtres actifs
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Quelques défis supplémentaires

Influence des groupes de production décentralisés




Maintien de la qualité de la tension


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Sur la stabilité du réseau (sources fluctuantes : éoliennes et champs
photovoltaïques). Les maintenir même en cas de difficulté du réseau !
Sur la sécurité du réseau. Comment mettre un tronçon hors tension ?
Sur la qualité de la tension. Comment inciter les petits producteurs à lisser leur
production (puissance non optimale, stockage local d’énergie) ? Facturer le
transport de façon rationnelle ?
Compte tenu des sources nouvelles
Compte tenu des charges nouvelles
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