Systèmes d`apprentissage pour les techniques d
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Systèmes d‘apprentissage pour les techniques d‘énergie électrique Le réseau d‘alimentation complet avec énergies renouvelables 4e édition 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 1 21.04.15 16:15 Contenu Formation de qualité Systèmes d‘apprentissage pour les techniques d‘énergie électrique ............................................................................................... 4 Présentation interactive de contenus didactiques complexes Environnement didactique assisté par ordinateur ............................................................................................................................ 5 Labsoft Classroom Manager ........................................................................................................................................................... 6 SCADA Power-Lab Software .......................................................................................................................................................... 7 De la production à la consommation d‘énergie électrique Des réseaux intelligents à l‘avenir .................................................................................................................................................... 8 Systèmes en réseau dans le laboratoire des techniques d‘énergie électrique ................................................................................. 10 Vue d‘ensemble ......................................................................................................................................................................... 12 Plus qu‘un système d‘apprentissage Le laboratoire des techniques d‘énergie - une solution complète .................................................................................................. 14 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 2 21.04.15 16:15 Contenu Bases des techniques d‘énergie électrique ............................................................................................................................. Technique du courant continu, alternatif et triphasé (UniTrain-I) ................................................................................................... Magnétisme / Electromagnétisme (UniTrain-I) ............................................................................................................................... Mesures avec le multimètre (UniTrain-I) ........................................................................................................................................ Réseaux et modèles de réseaux (UniTrain-I) ................................................................................................................................... Transformateur de courant et de tension ...................................................................................................................................... 16 20 23 24 25 26 Production d‘énergie électrique .............................................................................................................................................. Alternateurs synchrones de courant triphasé (UniTrain-I) ............................................................................................................... Réglage de l‘alternateur et synchronisation .................................................................................................................................. Protection de l‘alternateur ............................................................................................................................................................ 28 32 33 35 Production d‘énergie avec des énergies renouvelables ......................................................................................................... Photovoltaïque (UniTrain-I) ........................................................................................................................................................... Photovoltaïque Advanced (UniTrain-I) ........................................................................................................................................... Eoliennes ..................................................................................................................................................................................... Technique des piles à combustible (UniTrain-I) .............................................................................................................................. Technique des piles à combustible Advanced ................................................................................................................................ 38 42 44 48 54 56 Transformateurs électriques ..................................................................................................................................................... Transformateurs électriques mono- et triphasés (UniTrain-I) ......................................................................................................... Etude des transformateurs mono- et triphasés ............................................................................................................................. Protection des transformateurs .................................................................................................................................................... 58 62 63 64 Transport de l‘énergie électrique ............................................................................................................................................. Lignes de transport ...................................................................................................................................................................... Transmission d‘énergie par courant continu à haute tension ......................................................................................................... Protection des lignes ..................................................................................................................................................................... 66 70 78 80 Distribution de l‘énergie électrique ......................................................................................................................................... 84 Système triphasé de jeux de barres (omnibus) doubles ................................................................................................................. 88 Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) ..................................................................................................................... 89 Gestion de l‘énergie électrique ................................................................................................................................................ 90 Consommateurs complexes, mesure de consommation et surveillance des charges maximales ...................................................... 94 Consommateurs dynamiques ........................................................................................................................................................ 95 Compensation manuelle et automatique de la puissance réactive .................................................................................................. 96 Entraînements à rendement énergétique ....................................................................................................................................... 97 Protection des consommateurs électriques .................................................................................................................................... 98 Smart Grid ............................................................................................................................................................................... Smart Grid : centre de contrôle .................................................................................................................................................. Smart Grid : gestion de l’énergie ................................................................................................................................................ Producteurs d’énergie dans le réseau « Smart Grid » .................................................................................................................. Centrale hydraulique de pompage-turbinage ............................................................................................................................. Régulation de réseau en îlot dans le micro-réseau ...................................................................................................................... 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 3 100 106 107 108 109 110 21.04.15 16:15 Formation de qualité Systèmes d‘apprentissage pour les techniques liées à l‘énergie électrique Le progrès technique … Se tourner vers les énergies renouvelables en se détournant du charbon, du pétrole et de l‘énergie nucléaire est une variante qui gagne en importance. De nos jours, l‘évolution de la technique permet d‘utiliser l‘énergie solaire, la force éolienne, l‘hydrogène et la biomasse comme des sources énergétiques écologiques. Pour soutenir cette tendance, on recherche des techniciens qualifiés dans le monde entier. Dans le contexte des réseaux intelligents (« Smart Grid »), la production, le transport et la distribution de l‘énergie, ainsi que la protection des installations de technique d‘énergie et l‘usage économique de l‘énergie sont dans toutes les conversations. … influence grandement la formation Le système didactique Lucas-Nülle sur les techniques d‘énergie permet au personnel enseignant de communiquer aux apprenants les rapports technologiques des techniques d‘énergie en appliquant une méthodologie transparente et orientée vers la pratique. Les techniques d‘énergie électrique comprennent la production, le transport, la distribution et l‘utilisation de l‘énergie électrique ainsi que les techniques de protection dans tous ces domaines. Extrêmement souple, le système peut être adapté sans problème et à tout moment aux différentes exigences de la formation pour les ouvriers spécialisés, les techniciens ou les ingénieurs. Vos avantages • Un programme complet - de la production à l‘utilisation de l‘énergie, en passant par sa distribution • Reproduction réaliste d‘une ligne de transport de 380 kV sur 300 km et 150 km • Intégration des énergies renouvelables parmi les techniques de l‘énergie conventionnelle • Emploi d‘appareils industriels usuels au moyen d‘une technique numérique tournée vers le futur • Surveillance et contrôle via SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) • Système d‘expérimentation modulaire pour une approche pas à pas des éléments du système •La structure du bus de tous les niveaux de tension permet un montage rapide et transparent des expériences • Grande sécurité de travail grâce à l‘emploi exclusif de douilles et de câbles de sécurité • Technique de protection applicable à tous les domaines des techniques d‘énergie électrique 4 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 4 21.04.15 16:15 Présenter des contenus didactiques complexes de manière vivante Environnement didactique assisté par ordinateur – Interactive Lab Assistant (ILA) L‘Interactive Lab Assistant (ILA) vous assiste durant la réalisation des expériences. Il ne vous guide pas seulement pas à pas au cours de l’expérience mais délivre également des informations théoriques précieuses, enregistre des valeurs de mesure et élabore ainsi en arrière-plan la documentation de laboratoire nécessaire sous forme de document à imprimer ou de PDF. Si vous souhaitez adapter les instructions, il vous suffit d’utiliser le Labsoft Classroom Manager pour modifier ou compléter les contenus. Vos avantages • Enseignement théorique à l’aide d’animations facilement compréhensibles • Assistance lors de la réalisation des expériences • Représentation interactive des montages expérimentaux • Accès à des instruments de mesure et d‘essai offrant de multiples possibilités d‘évaluation • Dans le cadre d’un projet, des exercices pratiques complètent les acquis théoriques • Instructions d’utilisation intégrées • Documentation des résultats de l’expérience (rédaction d’un rapport sur l‘expérience) • Test des connaissances incluant une fonction « feed-back » • Logiciel SCADA Viewer avec exemples de mesures inclus 5 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 5 21.04.15 16:15 Présenter des contenus didactiques complexes de manière vivante LabSoft Classroom Manager Le LabSoft Classroom Manager est un logiciel d’administration complet qui permet d’organiser et de gérier de manière conviviale les processus d’enseignement et d’apprentissage orientés vers la pratique. Le Classroom Manager est adapté à tous les programmes didactiques basés sur LabSoft tels que ILA, UniTrain-I, InsTrain et CarTrain. Il est constitué des éléments de programme suivants : LabSoft Manager : Gérez vos cours LabSoft, vos apprenants et groupes d’étude avec LabSoft Manager. Les apprenants disposent ainsi toujours des contenus didactiques adaptés. LabSoft Reporter : Ce programme présente les progrès d’apprentissage et les résultats des examens. De nombreuses évaluations des résultats individuels ou de groupe obtenus durant les cours et examens permettent un contrôle ciblé. LabSoft Editor : Ce programme permet de créer de nouveaux cours ou de modifier des cours existants. Des assistants guident pas à pas l’utilisateur à travers les indications nécessaires. LabSoft Test Creator : Le LabSoft TestCreator génère des tests qui permettent de contrôler à la fois les connaissances et la compétence en action. Base de données de questions sur les énergies renouvelables LabSoft Questioner : Ce programme utilisé pour la création de questions, d’exercices de mesure et de questionnaires d’examen met à disposition un vaste choix de questions de différents types. Les exercices et questions peuvent être intégrés dans les cours et les tests. 6 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 6 21.04.15 16:16 SCADA Power-LAB-Software On entend par « Supervisory Control and Data Acquisition » (SCADA) la surveillance, le contrôle et la saisie de données de processus techniques en temps réel. Dans les techniques d‘énergie électrique, SCADA est utilisé de la production à l‘utilisation de l‘énergie, en passant par sa distribution. SCADA permet au personnel de suivre et d‘entrer des données dans des processus. Les valeurs de mesure sont représentées en temps réel sur l‘écran. Les signaux de commande peuvent être modifiés pendant le processus. Le système SCADA peut aussi commander le processus automatiquement. La saisie de nombreuses valeurs de mesure permet une meilleure planification et une optimisation économique. Le système peut être commandé à distance via des réseaux locaux (LAN). Vos avantages • Logiciel SCADA adapté à la formation • Réalisation, commande et analyse de réseaux intelligents complexes (Smart Grid) • SCADA Designer: - Disposition symbolique de tous les appareils de la technique d’énergie Lucas-Nülle sur l‘interface utilisateur - Symboles de commutation électroniques normés • SCADA Viewer: - Licence scolaire d’observation et de commande des installations - Affichage et régulation des valeurs de mesure et des états de tous les systèmes disponibles dans le réseau - Commande possible de paramètres et signaux importants par le logiciel • SCADA SPS : Soft SPS intégré, programmable selon CEI 61131 • SCADA Logger : enregistrement, représentation, analyse et export de toutes les valeurs en fonction du temps • SCADA Panel Designer : conception d’interfaces utilisateur propres • SCADA Net : - Concept client / serveur permettant un accès à distance simultané depuis n’importe quel ordinateur (étudiants) aux systèmes du réseau « Smart Grid » - Accès limité ou illimité paramétré par le formateur dans le logiciel SCADA 7 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 7 21.04.15 16:16 De la production à la consommation d‘énergie électrique Des réseaux intelligents à l‘avenir Centrale hydraulique Centrale nucléaire Très haute tension Centrale électrique au charbon CCHT Réseau universel Les équipements Lucas-Nülle permettent de reproduire un réseau de distribution d‘énergie complet, de la production à la consommation. Station de transformation Parc éolien marin Centre industriel Haute tension Centrale industrielle 8 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 8 21.04.15 16:16 Réseau de distribution Infor mati ons com plém enta sur « ires Sma rt Gr à pa i d» rtir d e la page 96 Centrale éolienne Centrale solaire Consommateurs industriels Consommateurs industriels Basse et moyenne tension 1001101 Centre de contrôle « Smart Grid » Electromobilité Réseau local Réseau urbain 9 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 9 21.04.15 16:16 De la production à la consommation d‘énergie électrique Systèmes en réseau dans le laboratoire des techniques d‘énergie électrique Le laboratoire intelligent Les équipements Lucas-Nülle sur les techniques d‘énergie électrique peuvent tous être combinés entre eux. Ainsi par exemple l‘énergie produite à partir des énergies renouvelables peut être transmise au laboratoire via la reproduction des lignes, adaptée par des transformateurs et distribuée à des consommateurs quelconques au moyen de jeux de barres (omnibus) doubles. Les systèmes de bus des instruments de mesure et de protection peuvent tous être combinés entre eux, puis évalués et contrôlés de manière centralisée avec le logiciel SCADA for Power-Lab. Ainsi le montage et l‘étude des réseaux intelligents au sein du laboratoire ne connaissent-ils plus aucune limite. 10010101010111010101010101111010000010101010100010101110101010100010010001001010101001 Génération 10 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 10 21.04.15 16:16 Infor mati ons com plém enta sur « ires Sma rt Gr à pa i d» rtir d e la page 96 10101001001010100101011100010101010100010101010000101001010010010000100101000101010101 0101001010010010000100101000101010101 Transport Distribution Consommation 11 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 11 21.04.15 16:16 Vue d‘ensemble Protection des installations techniques liées à l'énergie électrique SCADA Etude d'installations techniques liées à l'énergie électrique SCADA EGP SCADA ETP Protection de l'alternateur Protection des transformateurs • Protection différentielle de l'alternateur • Relais de surintensité • Protection contre les charges déséquilibrées • Protection contre les retours de puissance • Protection contre les surtensions / sous-tensions • Protection du stator contre la mise à la terre • Protection du rotor contre la mise à la terre • Protection différentielle des transformateurs • Relais de surintensité EUG SCADA EUT Production d'énergie Transformateur • Alternateurs synchrones triphasés • Circuits de synchronisation • Régulation automatique du facteur de puissance et de la puissance • Transformateur en marche à vide et en court-circuit • Transformateur avec charge ohmique, inductive et capacitive • Mode de service parallèle de transformateurs • Distribution électrique pour différents couplages Production d'énergie avec des énergies renouvelables • Energie éolienne • Photovoltaïque • Pile à combustible Bases des techniques liées à l'énergie électrique Bases de l'électrotechnique Réseaux et modèles • Technique du courant continu • Technique du courant alternatif • Technique du courant triphasé • Magnétisme / Electromagnétisme • Mesures avec le multimètre • Régimes transitoires en réseaux CC et CA • Modèles de réseaux CC 12 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 12 21.04.15 16:16 ELP Protection des lignes • Protection contre la surtension/ sous-tension • Protection du sens de la puissance • Relais de surintensité • Protection par mise à la terre • Protection de lignes parallèles • Protection à distance SCADA EUL SCADA EDP SCADA ECP Protection pour jeux de barres (omnibus) Protection des consommateurs électriques • Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) doubles • Protection pour machines électriques • Relais de gestion de moteur SCADA EPD SCADA 1001010101011101010101010111101000001010101010001010111010101010001001000100101010100100101010010101110001010101010001010101000 SCADA EUC Transport de l'énergie Distribution d'énergie Consommation d'énergie • Etude des lignes de courant triphasé • Etude des lignes parallèles • Etude des lignes compensées • Etude des systèmes de transport avec alternateur synchrone • Système triphasé à barre omnibus double • Changement manuel de jeux de barres (omnibus) • Changement automatique de barres (omnibus) par le PC • Consommateurs complexes • Compensation de la puissance réactive • Mesure de consommation d'énergie • Contrôle des pointes de charge • Gestion de l'énergie EUB Transformateur de courant et de tension • Transformateur de courant pour dispositifs de protection • Transformateur de tension pour dispositifs de protection Smart grid • Energies renouvelables dans le réseau « smart grid » • Combinaison et contrôle de tous les systèmes • Logiciel SCADA • Gestion intelligente de l’énergie : coordonner la production et la consommation d’énergie 13 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 13 21.04.15 16:16 Plus qu‘un système d‘apprentissage Laboratoire d‘étude des techniques d‘énergie électrique – Une solution complète Présentation interactive de contenus didactiques complexes avec des outils didactiques modernes Energies renouvelables : énergie éolienne, piles à combustible, photovoltaïque 14 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 14 21.04.15 16:16 Smart Grid : mesurer et contrôler tout le flux d‘énergie avec le système SCADA Des solutions complètes pour les techniques de l‘énergie électrique : de la production, du transport et de la distribution à la consommation Transmission multimédia des connaissances avec UniTrain-I 15 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 15 21.04.15 16:16 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 16 21.04.15 16:16 Bases des techniques de l‘énergie électrique 20 21 22 23 24 25 26 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 17 Technique du courant continu (UniTrain-I) Technique du courant alternatif (UniTrain-I) Technique du courant triphasé (UniTrain-I) Magnétisme / Electromagnétisme (UniTrain-I) Mesures avec le multimètre (UniTrain-I) Réseaux et modèles de réseaux (UniTrain-I) Transformateur de courant et de tension 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Bases des techniques de l‘énergie électrique Initiation multimédia réaliste aux techniques de l‘énergie électrique Le système d‘expérimentation et d‘apprentissage multimédia UniTrain-I transmet les fondamentaux théoriques et propose des expériences à travers un didacticiel clairement structuré à l‘aide de textes, de graphiques, d‘animations et de tests de connaissances. Outre le didacticiel, chaque cours comprend un jeu de cartes d‘essai qui permettent de réaliser les exercices pratiques. À l‘aide de nombreuses expériences et animations, les cours UniTrain-I constituent une excellente entrée en matière pour toutes les questions actuelles des techniques de l‘énergie électrique. Les bases du courant continu, du courant alternatif et du courant triphasé ainsi que les processus dans les réseaux de distribution sont traités dans différents cours. Les expériences permettent de reproduire de manière sécurisée en utilisant de petites tensions les processus typiques de la production et la distribution de l‘énergie électrique. Vos avantages • Théorie et pratique simultanément • Motivation accrue des apprenants par l‘usage du PC et de nouveaux médias • Recherche d‘erreurs guidée par un simulateur d‘erreurs intégré • Sécurité garantie par l‘emploi de faibles tensions • Résultats rapides grâce à la structure claire des cours • Choix énorme de cours • Compréhension rapide grâce à une théorie animée • Modèles de solutions pour l‘enseignant • Compétence en action par des expériences réalisables soi-même • Feed-back régulier par des questions de compréhension et des tests de connaissances 18 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 18 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Système UniTrain-I • Laboratoire complet et mobile • Cours multimédias • Interface de mesure et de commande high-tech • Théorie et pratique simultanément Appareils de mesure et d‘alimentation intégrés • Multimètre, ampèremètre, voltmètre • Oscilloscope à mémoire à deux canaux • Générateur de fonctions et d’impulsions • Alimentation triple pour CA et CC • Alimentation triphasée • ... et de nombreux autres instruments Didacticiel et logiciel d‘expérimentation Labsoft • Grand choix de cours • Théorie complète • Animations • Expériences interactives avec mode d‘emploi • Navigation libre • Documentation des mesures • Tests de connaissances dans votre langue 19 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 19 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Technique du courant continu Courant, tension et circuits à résistances Courant, tension, résistance - Apprentissage pratique des bases électrotechniques. Le cours offre une approche transparente des lois fondamentales de l‘électrotechnique à l‘aide d‘expériences, d‘animations et de textes faciles à comprendre. Contenus didactiques • Initiation aux bases : charge électrique, champ électrique, courant, tension, résistance et puissance • Manipulation d‘appareils de mesure et de sources de tension • Démonstration par l‘expérience des lois d‘Ohm et de Kirchhoff • Mesures sur des circuits en série, des circuits parallèles et des diviseurs de tension • Relevé des caractéristiques de résistances variables (LDR, CTN, CTP, VDR) • Bobine et condensateur dans un circuit de courant continu • Recherche d‘erreurs 20 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 20 Equipement UniTrain-I Technique du courant continu Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Technique du courant alternatif Inductance, capacité, circuit oscillant / transformateur Comment se comportent les bobines et les condensateurs avec le courant alternatif ? Qu‘est-ce qu‘un circuit oscillant et comment fonctionne un transformateur ? Contenus didactiques • Paramètres de signaux périodiques et sinusoïdaux • Manipulation de diagrammes vectoriels • Détermination par l‘expérience de la réactance d‘une bobine et d‘un condensateur • Mesure de la réponse en fréquence de circuits oscillants parallèles et en série • Mesures de charges, de marches à vide et de courts-circuits • Puissance active, réactive et apparente • Réponse en fréquence de transformateurs et de transmetteurs • Réponse fréquentielle de circuits de filtrage élémentaires • Recherche d‘erreurs • Circuits oscillants électriques : résonance, qualité, bande passante et fréquence critique Equipement UniTrain-I Technique du courant alternatif Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 21 21 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Technique du courant triphasé Commutation en étoile et en triangle, alternateur triphasé Le courant triphasé revêt une importance exceptionnelle dans les techniques de l‘énergie électrique et d‘entraînement, tant dans la production et le transport de l‘énergie que dans l‘exploitation de puissantes machines. Contenus didactiques • Mesures des grandeurs des phases et des conducteurs dans le réseau triphasé • Détermination par l‘expérience des rapports entre tensions de phase et de ligne • Consommateurs ohmiques et capacitifs dans un circuit en étoile et en triangle • Déphasage entre tensions de phase et de ligne • Mesure des courants de compensation dans le conducteur neutre • Conséquences des interruptions du conducteur neutre • Mesures de courant et de tension en cas de charges équilibrées et déséquilibrées • Mesure de puissance sur une charge triphasée 22 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 22 Equipement UniTrain-I Technique du courant triphasé Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Magnétisme / Electromagnétisme Champ magnétique, induction, composants Le magnétisme et l‘électromagnétisme sont étroitement liés. De nombreux composants de l‘électrotechnique se servent d‘effets (électro)magnétiques. Contenus didactiques • Magnétisme : pôles magnétiques, champ magnétique, lignes de champ et intensité de champ • Matériaux magnétiques doux et durs, hystérésis • Etude du champ magnétique d‘un conducteur traversé par du courant • Etude d‘un transformateur sous différentes charges • Montage et fonctionnement de composants électromagnétiques : relais, interrupteurs Reed, interrupteurs Hall • Etude des circuits d‘application • Etude du champ magnétique d‘une bobine (bobine sans fer, bobine avec noyau) • Induction électromagnétique et force de Lorentz • Montage et fonctionnement d‘un transformateur Equipement UniTrain-I Magnétisme / Electromagnétisme Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 23 23 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Mesurer avec le multimètre Mesure de courant, de tension, de résistances et de diodes Une mesure correcte et un travail sûr – Ce cours entraîne à la manipulation sûre des multimètres habituels à l‘aide de nombreux exercices de mesure et animations. Contenus didactiques • Eléments de commande du multimètre • Dangers émanant des mesures réalisées sur des circuits électriques • Mesure des tensions électriques continues et alternatives avec le multimètre • Mesure des courants électriques continus et alternatifs avec le multimètre • Mesures de résistances et de diodes • Compensation à zéro et mesure de continuité • Adaptation des calibres • Sources d‘erreurs potentielles pendant les mesures • Détermination des composants d‘un montage inconnu à l‘aide des mesures de courant et de tension 24 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 24 Equipement UniTrain-I Mesures avec le multimètre Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Réseaux et modèles de réseaux Transitoires en réseaux CC et CA Les réseaux destinés à la distribution de l‘énergie électrique présentent une structure de lignes montées en parallèle ou en série. Dans les réseaux de basse, moyenne et haute tension existants, on relève deux processus distincts : les stationnaires (charges constantes) et les transitoires (rétablissement). Les transitoires apparaissent en cas de court-circuit ou dans d‘autres cas d‘erreurs. Dans certaines conditions, les opérations de commutation peuvent également provoquer des transitoires. Les expériences permettent de reproduire avec une petite tension inoffensive les processus typiques qui nécessitent une attention particulière dans la production et la distribution de l‘énergie électrique. Contenus didactiques • Signification des processus de commutation dans les réseaux d‘énergie • Influence du moment d‘enclenchement et de désenclenchement • Conséquences (dangers) des processus de commutation dans les réseaux d‘énergie électrique • Mesures de la courbe de signaux à différents moments de désenclenchement • Etude par l‘expérience de l‘allure du courant et de la tension lors de l‘enclenchement d‘une tension continue • Détermination du point de commutation idéal • Influence de différentes charges (R, L, C) sur la courbe des signaux • Analyse des processus d‘enclenchement et de désenclenchement sur des charges complexes (R, L, C) à différents moments de commutation • Etude par l‘expérience de l‘allure du courant et de la tension lors de l‘enclenchement d‘une tension alternative Equipement UniTrain-I Transitoires Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 25 25 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Transformateur de courant et de tension Transformateur de courant pour dispositifs de protection Les transformateurs de courant et de tension sont utilisés couramment dans de nombreuses applications des techniques d‘énergie électrique. Proches de la pratique, les expériences permettent d‘étudier le comportement de la transmission, le facteur de surintensité, les erreurs de valeur et d‘angle, comme par ex. pour des charges différentes. Il est également possible de traiter les exigences posées en mode de service normal, en cas de court-circuit et de comportement défaillant. Exemple d‘expérience « Transformateur de courant EUB 1 » Contenus didactiques • Courant secondaire du transformateur de courant comme fonction du courant primaire • Influence de la charge sur l’erreur de courant • Vérification du facteur de surintensité nominal • Couplage du transformateur de courant dans le réseau à trois fils • Couplage du transformateur de courant dans le réseau à quatre fils • Détermination du courant homopolaire 26 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 26 Equipement EUB 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Bases de la technique de l‘énergie Transformateur de tension pour dispositifs de protection La protection d‘installations et de certaines parties des installations ne dépend pas seulement des dispositifs de protection sélectifs, mais aussi de la saisie et de la mesure correctes des plus petits courants et tensions de défaut. Différents circuits en étoile requièrent différents circuits de mesure, pour permettre une saisie et une localisation correctes des types d‘erreur potentiels. Exemple d‘expérience « Transformateur de tension EUB 2 » Contenus didactiques • Caractéristiques du transformateur de tension • Calcul des erreurs de tension et des précisions de classe • Influence de la charge sur le rapport de transformation • Transformateur de tension triphasé dans un réseau sain • Transformateur de tension triphasé dans un réseau avec mise à la terre côté primaire Equipement EUB 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 27 27 21.04.15 16:16 Quelle: Woodward SEG 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 28 21.04.15 16:16 Production d‘énergie électrique 32 33 35 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 29 Machines synchrones (UniTrain-I) Réglage de l‘alternateur et synchronisation Protection de l‘alternateur 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Production d‘énergie électrique Avec alternateurs synchrones triphasés Outre les essais de base sur un alternateur synchrone de courant triphasé, les essais réalisés dans ce domaine comprennent des circuits à synchronisation manuelle et automatique ainsi que des expériences sur la régulation automatique du facteur de puissance (réglage cos phi) et de la puissance. Ce module permet donc de simuler l’exploitation d’une centrale électrique autonome ou en interconnexion. Par ailleurs, les alternateurs nécessitent une protection efficace contre les erreurs internes et externes. L‘emploi de nombreux dispositifs de protection est donc indispensable. 30 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 30 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Alternateurs synchrones triphasés L‘énergie électrique est produite essentiellement au moyen d‘alternateurs triphasés. Ceci est vrai non seulement pour les centrales électriques, mais aussi pour les groupes électrogènes et les génératrices éoliennes. Ces alternateurs doivent être protégés efficacement contre les défauts internes et externes. Source : Woodward SEG Banc d‘essai de machines à servocommande Le banc d‘essai de machines à servocommande est un composant essentiel des équipements pour les techniques de l‘énergie – un système de contrôle complet pour l‘étude de machines électriques et d‘alternateurs. Il est constitué d‘une unité de commande numérique, d‘un servomoteur et du logiciel ActiveServo. Le système associe une technique de pointe à une commande ultrasimple. Outre l‘accélération et le freinage, les modèles de machines de travail permettent une émulation très réaliste. Il est possible d‘étudier en laboratoire des machines, des alternateurs et des entraînements dans les conditions telles qu‘on les rencontre habituellement dans l‘industrie. Systèmes d‘apprentissage Nos systèmes d‘apprentissage couvrent les thèmes suivants : • Alternateurs synchrones triphasés UniTrain-I • Système à plaques d‘expérimentation « Réglage de l‘alternateuret synchronisation » • Système à plaques d‘expérimentation « Protection de l‘alternateur » 31 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 31 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Machines synchrones Machine à bagues collectrices, machine synchrone, machine à reluctance Les moteurs à reluctance sont les moteurs de demain. Aujourd‘hui, les machines à courant triphasé à bagues collectrices et synchrones sont déjà fortement répandues. Contenus didactiques • Description de la technologie et de ses applications • Elaboration des bases physiques nécessaires à la compréhension • Démarrage de machines à résistances de démarrage et fréquences variables • Commande de régimes moteur • Réalisation de différentes expériences - Connexion du moteur à bagues collectrices - Influence d‘enroulements de rotor ouverts ou alimentés - Effet de différentes tensions d‘excitation 32 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 32 Equipement UniTrain-I Machines synchrones Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Réglage de l‘alternateur et synchronisation Circuits de synchronisation manuelle L‘énergie électrique est produite essentiellement au moyen d‘alternateurs triphasés. Ceci est vrai tant pour les centrales électriques que pour les groupes électrogènes et les génératrices éoliennes. En plus des essais fondamentaux sur l‘alternateur synchrone triphasé, différentes expériences sont réalisées sur le thème des circuits de synchronisation manuelle. Exemple d‘expérience « Circuits de synchronisation manuelle EUG 1 » Contenus didactiques • Commutation sombre • Commutation claire • Commutation circulaire • Production de la puissance active • Production inductive de la puissance réactive • Production capacitive de la puissance réactive Equipement EUG 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 33 33 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Réglage de l‘alternateur et synchronisation Circuits de synchronisation automatique, régulation automatique de la puissance et du facteur de puissance Voir au Cent ssi page rale 10 à acc électriq 5, umu ue lat par p omp ion age (Equ ipe men t EU G 3) Outre les essais portant sur les circuits de synchronisation automatique, des expériences sont réalisées sur la régulation automatique de la puissance et du facteur de puissance (cos-phi). Il est possible ainsi de reproduire une centrale électrique autonome ou en interconnexion. Exemple d‘expérience « Circuits de synchronisation automatique EUG 2 » Contenus didactiques Circuits de synchronisation automatique • Mise en service et paramétrage du régulateur automatique • Synchronisation en mode d‘essai • Synchronisation avec le secteur réel • Comportement du régulateur automatique en cas d‘erreur de programmation 34 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 34 Régulation automatique du facteur de puissance • Paramétrage du régulateur automatique cos-phi • Synchronisation de l‘alternateur avec le secteur • Régulation du cos-phi de l‘alternateur synchrone • Régulation du cos-phi du réseau Régulation automatique de la puissance • Paramétrage du régulateur de puissance automatique • Synchronisation du générateur avec le secteur • Comportement du régulateur de puissance en cas normal et en cas de perturbation • Sensibilité et sens d‘action du régulateur de puissance Equipement EUG 2 Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Protection de l‘alternateur Relais multifonction Une protection efficace des alternateurs contre les défauts internes et externes sous-entend la présence de nombreux dispositifs de protection. Protection de réserve pour l‘alternateur, le relais de surintensité peut également être utilisé pour la saisie de défauts externes, comme par ex. un court-circuit ou une surcharge. La protection du stator contre la mise à la terre saisit les défauts de terre. L‘étude des protections contre les retours de puissance et les charges déséquilibrées, les surtensions et les sous-tensions, complètent la série d‘essais « EGP » sur la protection de l‘alternateur. Exemple d‘expérience « Protection de l‘alternateur EGP 1 » Contenus didactiques Relais de surintensité • Comportement de réponse et de retombée en cas de défauts unipolaires et tripolaires • Détermination des temps d‘établissement Protection contre la charge déséquilibrée • Comportement en cas de charge déséquilibrée • Détermination du rapport de retombée et des temps de déclenchement • Détermination de la courbe caractéristique du relais TA = f (charge déséquilibrée) Equipement EGP 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 35 Protection contre les retours de puissance • Synchronisation de l‘alternateur avec le réseau • Détection et mise hors circuit de l‘alternateur en cas de flux inverse de puissance Protection contre les surtensions et les sous-tensions • Réactions en cas de défaut de phase • Saisie des temps d‘excitation et de déclenchement Protection du stator contre la mise à la terre • Saisie des tensions système en cas de service normal ou de mise à la terre du stator • Mesure des temps de déclenchement • Calcul du courant de terre 35 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Protection de l‘alternateur Protection différentielle de l‘alternateur Le dispositif de protection différentielle de l‘alternateur, qui saisit les défauts internes telles que court-circuit, court-circuit entre spires, court-circuit entre bobinages ou double mise à la terre, sert de protection principale. Exemple d‘expérience « Protection différentielle de l‘aternateur EGP 2 » Contenus didactiques • Calcul des seuils de réponse de la protection • Détection des défauts à l‘intérieur de la plage de protection • Contrôle de déclenchement et de désexcitation à l‘intérieur et à l‘extérieur de la plage de protection • Mise hors circuit et désexcitation de l‘alternateur • Mesure des courants de réponse de la protection pour les défauts équilibrés et déséquilibrés • Comparaison des valeurs de mesure avec les valeurs de réglage 36 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 36 Equipement EGP 2 Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Production d‘énergie Protection du rotor contre la mise à la terre La protection du rotor contre la mise à la terre permet de déterminer les défauts de terre dans le courant d‘excitation des machines synchrones. Exemple d‘expérience « Protection de l‘alternateur - Protection du rotor contre la mise à la terre EGP 3 » Contenus didactiques • Mise en service de l‘alternateur synchrone • Etude en mode de fonctionnement normal et en cas de mise à la terre du rotor • Mesure du courant de terre du rotor • Relais de mise à la terre du rotor en mode de terre : - Connexion et contrôle du relais de terre du rotor - Imposition de différents courts-circuits à la terre du rotor - Contrôle du message d‘erreur et de la mise hors circuit Equipement EGP 3 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 37 37 21.04.15 16:16 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 38 21.04.15 16:16 Production d‘énergie avec des énergies renouvelables 42 44 48 52 54 56 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 39 Photovoltaïque (UniTrain-I) Photovoltaïque Advanced Eoliennes Petites centrales éoliennes Technique des piles à combustible (UniTrain-I) Technique des piles à combustible Advanced 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Production d‘énergie avec des énergies renouvelables Inépuisable, durable, naturel – L‘avenir est vert Se tourner vers les énergies renouvelables en se détournant du charbon, du pétrole et de l‘énergie nucléaire est une variante qui gagne en importance. De nos jours, l‘évolution de la technique permet d‘utiliser l‘énergie solaire, la force éolienne, l‘hydrogène et la biomasse comme des porteurs énergétiques écologiques. Pour soutenir cette tendance, on recherche des techniciens qualifiés dans le monde entier. De nos jours, les technologies évoluent à une vitesse extraordinaire. Les exigences en matière de formation deviennent donc de plus en plus accrues. Lucas-Nülle propose des systèmes d‘apprentissage parfaitement adaptés au monde de la formation professionnelle, toujours plus complexe. 40 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 40 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Des perspectives ensoleillées avec le photovoltaïque • Abu Dhabi investit deux milliards de dollars US dans la fabrication, à Masdar, de modules photovoltaïques à couches fines. • Avec une puissance nominale de 25 MW, la plus grande centrale solaire des Etats-Unis voit le jour dans la Silicon Valley. • L‘Allemagne fournit déjà 5 GW de puissance photovoltaïque, ce qui correspond à la puissance de 5 tranches de centrales modernes. En 2020, il y en aura 40 GW. Un avenir propre grâce à l‘énergie éolienne • Prévisions pour l‘Allemagne : en 2030, 25 % de l‘électricité seront produits par la force éolienne. • Une éolienne de 3 MW permet d‘économiser tous les ans 13 000 barils de pétrole soit l‘équivalent de 10 000 tonnes de CO2. Pile à combustible - Accumulateur d‘énergie à long terme • Application pour des véhicules sans émissions • Diffusion comme alimentation électrique de secours • Application comme centrale de cogénération 41 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 41 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Photovoltaïque Des perspectives ensoleillées avec le cours de photovoltaïque En raison de l‘augmentation rapide des coûts de l‘énergie et de l‘évolution permanente de la prise de conscience écologique, la photovoltaïque constitue une variante très intéressante à la génération conventionnelle de l‘énergie. Le cours de photovoltaïque vous permet non seulement d‘apprendre et d‘étudier les bases des cellules solaires, mais aussi de simuler un système photovoltaïque en mode direct ou avec accumulation. Contenus didactiques • Principe de fonctionnement et mode opératoire de la cellule solaire • Différents types de cellules solaires • Relevé de caractéristiques d‘un module solaire • Différents types d‘installations solaires • Rapports entre courant/tension d‘un module solaire et température, intensité de rayonnement et angle d‘incidence • Structure d‘un réseau isolé avec accumulateur solaire • Structure d‘un accumulateur solaire • Circuits en série, en parallèle et autres types de circuits des cellules solaires • Fabrication de cellules solaires 42 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 42 Equipement UniTrain-I Photovoltaïque Lucas-Nülle 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice L‘expérience est accompagnée d‘un cours multimédia Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia UniTrain-I • Equipement complet avec tous les composants requis • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Le système fonctionne en 12 V • Le système prend en charge la simulation d‘erreurs Equipement UniTrain-I Photovoltaïque Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 43 43 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Photovoltaïque Advanced 44 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 44 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Travaux de projets avec des composants industriels Le système d‘apprentissage propose une simulation très réaliste de la course du soleil. Des émulateurs photovoltaïques permettent de réaliser les expériences avec réalisme, même en l‘absence de soleil, directement dans votre laboratoire. La transmission des connaissances, le savoir-faire ainsi que l‘évaluation assistée par ordinateur des données de mesure sont rendus possibles grâce au cours multimédia Photovoltaïque Advanced. Exemple d‘expérience « Photovoltaïque Advanced EPH 2 » Contenus didactiques • Structure et test d‘une installation PV autonome avec batterie Etude des modules solaires • Orientation optimale des modules solaires • Relevé de caractéristiques des modules solaires • Etude du comportement en cas d‘ombrage • Etude du mode opératoire de diodes by-pass • Types de circuits de modules solaires • Structure et test d‘une installation PV autonome pour la production d‘une tension alternative de 230 V Structure d‘installations PV autonomes • Mise en place d‘installations PV • Structure et test d‘une installation PV autonome en mode d‘exploitation direct Equipement EPH 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 45 Structure d‘installations PV en exploitation parallèle avec le réseau • Mise en place, structure et test d‘une installation PV avec alimentation réseau • Mesure de l‘énergie produite par une installation PV • Détermination du rendement de l‘onduleur de réseau • Etude du comportement d‘une installation PV en cas de panne de secteur 45 21.04.15 16:16 Production d‘énergie régénératrice Photovoltaïque Advanced Du soleil au laboratoire « Interactive Lab Assistant » • Instructions multimédia pas à pas • Illustration des bases physiques par des animations faciles à comprendre • Test des progrès d‘apprentissage par des questions avec outil d‘évaluation des réponses • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Démarrage d‘instruments de mesure virtuels directement depuis les instructions permettant de réaliser les expériences Module solaire avec émulateur d‘altitude • Réglage de l‘angle du soleil en fonction de la position (degrés de latitude), de la date et de l‘heure • Réglage d‘inclinaison du module solaire • Module solaire polycristallin 10 W • Lampe halogène 500 W avec variateur • Emulation réaliste de la course du soleil 46 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 46 Equipement EPH 2 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Emulateur solaire • Essais réalisables même en l‘absence de soleil, grâce à trois émulateurs solaires indépendants • Réglage individuel de l‘intensité lumineuse pour chaque émulateur • Diode by-pass fournie • Puissance 120 VA Composants industriels • Régulateur de charge solaire • Onduleur autonome • Onduleur de réseau • Mise en service et étude aisées des composants industriels Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Emploi de composants industriels • Réalisation flexible des expériences avec un module solaire ou une reproduction réalistes • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Intégration dans les systèmes liés aux techniques de l‘énergie électrique Equipement EPH 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 47 47 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Eoliennes 48 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 48 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Alternateurs asynchrones à double alimentation (DFIG) L‘équipement permet d‘étudier les éoliennes modernes fonctionnant avec des « alternateurs asynchrones à double alimentation ». Le vent est simulé de façon très réaliste avec le banc d‘essai de machines à servocommande et le logiciel « WindSim ». La connexion au PC pendant les expériences garantit une manipulation et une visualisation confortables. Le cours correspondant « Interactive Lab Assistant » transmet les connaissances théoriques et permet la réalisation des expériences ainsi que l‘évaluation des données de mesure. Exemple d‘expérience « Eolienne EWG 1 » Contenus didactiques • Structure et fonctionnement d‘éoliennes modernes • Bases physiques « Du vent à l‘arbre mécanique » • Différents concepts d‘éoliennes • Structure et mise en service d‘un alternateur de vent asynchrone à double alimentation • Détermination des points de travail idéaux avec différentes conditions de vent • Etude du comportement en cas d‘erreurs de réseau « Fault ride through » • Exploitation de l‘alternateur avec différentes forces de vent et régulation des tension et fréquence de sortie Equipement EWG 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 49 49 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Eoliennes Bon vent pour vos laboratoires ! « Interactive Lab Assistant » • Instructions multimédia pas à pas • Illustration des bases physiques par des animations faciles à comprendre • Test des progrès d‘apprentissage par des questions avec outil d‘évaluation des réponses • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Démarrage d‘instruments de mesure virtuels directement depuis les instructions permettant de réaliser les expériences Simulateur de vent Le vent et la géométrie des pales permettent d‘entraîner l‘alternateur sur des éoliennes réelles. Au laboratoire, le banc d‘essai de machines à servocommande et le logiciel « WindSim » prennent en charge le rôle du vent. Il est possible ainsi de simuler les mêmes conditions que sur les vraies éoliennes. • Emulation réaliste du vent et de la géométrie des pales • Réglage du régime et du couple de rotation en fonction du vent et de l‘angle de pas • Réglage indépendant du pas et de la force du vent • Entrée de profils de vent • Relevé de valeurs mécaniques et électriques 50 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 50 Equipement EWG 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Alternateur asynchrone à double alimentation avec unité de commande • Unité de commande avec deux onduleurs • Activation de l‘alternateur en mode sous-synchrone et sur-synchrone • Interrupteur de puissance intégré pour relier l‘alternateur au réseau • Régulation automatique des puissances active et apparente, de la fréquence et de la tension • Synchronisation manuelle et automatique • Mesure et représentation de toutes les grandeurs système • Réalisation d‘expériences « Fault-Ride-Through » « Alternateur asynchrone à double alimentation » « Fau lt thro -rideugh » « Unité de commande pour alternateur asynchrone à double alimentation » Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Le banc d‘essai de machines à servocommande permet d‘émuler fidèlement, jusque dans les plus petits détails, la force du vent et la structure mécanique de l‘éolienne • L‘unité de commande à microcontrôleur pour l‘alternateur asynchrone à double alimentation garantit une commande et une visualisation confortables durant les expériences • Technologie ultramoderne avec « Fault ride through » • Intégration dans les systèmes liés aux techniques de l‘énergie électrique Equipement EWG 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 51 51 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Petites centrales éoliennes Du courant pour l‘alimentation décentralisée De nos jours, les petites centrales éoliennes d‘une puissance maximale d‘environ 5 kW sont utilisées pour des alimentations électriques décentralisées. Les centrales produisent une tension continue. L‘énergie est emmagasinée dans des accumulateurs via un régulateur de charge. Un onduleur génère des tensions alternatives pour l‘exploitation de consommateurs sur secteur. Le banc d‘essai de machines à servocommande et le logiciel WindSim permettent d‘émuler fidèlement, jusque dans les plus petits détails, la force du vent et la structure mécanique de l‘éolienne. Exemple d‘expérience « Petite centrale éolienne EWG 2 » Contenus didactiques • Structure et fonctionnement de petites centrales éoliennes modernes • Structure d‘une centrale autonome pour la production d‘une tension alternative de 230 V • Bases physiques « Du vent à l‘arbre mécanique » • Système hybride pour l‘alimentation autonome avec la force du vent et la photovoltaïque • Différents concepts d‘éoliennes • Structure et mise en service de l‘alternateur d‘une petite centrale éolienne • Fonctionnement avec différentes forces de vent avec batterie • Accumulateur d‘énergie • Optimisation de la centrale 52 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 52 Equipement EWG 2 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Des propriétés convaincantes « Interactive Lab Assistant » • Instructions multimédia pas à pas • Illustration des bases physiques par des animations faciles à comprendre • Test des progrès d’apprentissage par des questions avec outil d’évaluation des réponses • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Démarrage d’instruments de mesure virtuels directement depuis les instructions permettant de réaliser les expériences Alternateur synchrone • Le banc d‘essai de machines à servocommande permet d‘émuler fidèlement, jusque dans les plus petits détails, la force du vent et la structure mécanique de l‘éolienne • Le comportement de l‘alternateur dans le laboratoire correspond à celui d‘une installation réelle • La petite centrale éolienne est appropriée au fonctionnement à l‘extérieur Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Le banc d‘essai de machines à servocommande permet d‘émuler fidèlement, jusque dans les plus petits détails, la force du vent et la structure mécanique de l‘éolienne • Le comportement de l‘alternateur dans le laboratoire correspond à celui d‘une installation réelle • La petite centrale éolienne, incluant un mât de montage, est appropriée au fonctionnement à l‘extérieur et peut être intégrée au système didactique Equipement EWG 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 53 53 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Technique des piles à combustible Structure et fonctionnement des piles à combustible Aujourd‘hui déjà, les énergies renouvelables sont une réponse à la pénurie énergétique prévue pour le XXIe siècle. Basée sur l‘emploi de l‘hydrogène, la pile à combustible est l‘un des éléments de cette réponse. Elle est utilisée comme technologie complémentaire dans les systèmes énergétiques de demain pour fournir de l‘énergie propre et renouvelable à partir de l‘hydrogène. Contenus didactiques • Principe de fonctionnement et mode opératoire de la pile à combustible • Relevé de caractéristiques d‘une pile à combustible • Processus électrochimiques de l‘électrolyse (1ère et 2ème lois de Faraday) • Rendement des piles à combustible • Principe de fonctionnement et mode opératoire de l‘électrolyseur • Relevé de la caractéristique UI de l‘électrolyseur • Rendements Faraday et énergétique d‘un électrolyseur • Rendement Faraday et rendement énergétique d‘une pile à combustible • Montage en série et en parallèle de piles à combustible 54 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 54 Equipement UniTrain-I Technique des piles à combustible Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice L‘expérience est accompagnée d‘un cours multimédia Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Appareil compact avec PEM Double pile à combustible et PEM Electrolyseur avec réservoir à gaz • Maniement sans danger de l‘hydrogène • Alimentation électrique 2 V/2,5 A de l‘électrolyseur déjà intégrée • Diversité de charges (lampes, ventilateur) • Charge variable pour le relevé de caractéristiques Equipement UniTrain-I Technique des piles à combustible Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 55 55 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice Technique des piles à combustible « Advanced » Alimentation autonome avec pile à combustible La génération de l‘énergie électrique à l‘aide de piles à combustible devient un thème technique toujours plus important, en raison de ses nombreuses possibilités d‘application dans la technique électrique et automobile. Le système d‘expérimentation, tout en garantissant une manipulation sans danger de l‘hydrogène et de la pile à combustible, permet de nombreuses études intéressantes et convient tant aux démonstrations qu‘aux travaux pratiques. Une théorie animée, des instructions pour les expériences et des champs permettant d‘inscrire les résultats sont réalisés avec le cours multimédia « Interactive Lab Assistant ». Exemple d‘expérience « Bloc de piles à combustible 50 VA avec consommateurs EHY1 » Contenus didactiques • Structure et fonctionnement d‘une pile à combustible • Structure et fonctionnement d‘un électrolyseur • Structure et fonctionnement d‘un accumulateur hybride métallique • Thermodynamique de la pile à combustible • Caractéristique et courbe de puissance de la pile à combustible • Rendement • Composants requis pour une alimentation électrique autonome • Electronique de puissance et transformation de tension 56 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 56 Equipement EHY 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Production d‘énergie régénératrice « Interactive Lab Assistant » • Instructions multimédia pas à pas • Illustration des bases physiques par des animations faciles à comprendre • Test des progrès d‘apprentissage par des questions avec outil d‘évaluation des réponses • Evaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Démarrage d‘instruments de mesure virtuels directement depuis les instructions permettant de réaliser les expériences Bloc de piles à combustible • Bloc 50 VA • Débitmètre pour l‘alimentation d‘hydrogène • Ventilateur à régime variable pour l‘aération de la pile à combustible • Mesure de toutes les grandeurs significatives Bloc de piles à combustible 50 VA Vos avantages • Transmission des connaissances et du savoir-faire par le cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Accès facile au thème de la pile à combustible • Expérimentation sans danger avec de l‘hydrogène • Bloc de piles à combustible 50 VA • Raccord pour réservoir de pression à hydrogène • Puissant électrolyseur • Diversité des charges • Charge variable pour le relevé de caractéristiques Equipement EHY 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 57 57 21.04.15 16:17 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 58 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques 62 63 64 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 59 Transformateurs mono- et triphasés (UniTrain-I) Etude des transformateurs mono- et triphasés Protection des transformateurs 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Transformateurs électriques Transformer et protéger Les techniques de l‘énergie électrique utilisent des transformateurs pour relier entre eux différents niveaux de tensions du réseau électrique. Dans les stations de transformation, l‘électricité du réseau de distribution régional est transformée d‘une moyenne tension de 10 à 36 kV en une basse tension de 400 V ou 230 V utilisée dans le réseau local. Le cœur d‘une telle station est le transformateur, qui nécessite des dispositifs de protection. Des mesures et des simulations d‘erreurs réalisées pendant le cours sur le système d‘apprentissage permettent une approche aisée de ces installations complexes. 60 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 60 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Transformateurs électriques Les transformateurs sont des machines électriques qui servent à transformer des courants mono- ou triphasés en tensions supérieures ou inférieures. Les transformateurs triphasés revêtent un rôle important, notamment lors du transport de l‘énergie électrique. Les techniques de l‘énergie électrique utilisent des transformateurs pour relier entre eux différents niveaux de tensions du réseau électrique. Source : Siemens Protection des transformateurs Combinée à un relais de surintensité, la protection différentielle pour transformateurs (à partir d‘environ 1 MVA) peut être étudiée au moyen de mesures sur différents circuits de bobines (étoile, triangle), dans divers couplages et en liaison avec le traitement du point neutre (libre, direct ou mis à la terre via la bobine de terre) en mode de fonctionnement normal ou dans le contexte de défauts divers. Les critères de déclenchement des courants différentiels sont déterminés grâce à la sensibilité de la courbe caractéristique. Systèmes d‘apprentissage Nos systèmes d‘apprentissage couvrent les thèmes suivants : • UniTrain-I « Transformateurs mono- et triphasés » • Système à plaques d‘expérimentation « Etude des transformateurs mono- et triphasés » • Système à plaques d‘expérimentation « Protection des transformateurs » 61 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 61 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Transformateurs mono- et triphasés Formes de construction, types de couplage, comportement en charge Les transformateurs sont des machines électriques qui servent à transformer des courants alternatifs ou triphasés en tensions supérieures ou inférieures. Les transformateurs triphasés revêtent un rôle important notamment lors du transport de l‘énergie électrique. Contenus didactiques • Principe du transformateur et schéma équivalent • Etude du comportement en charge de transformateurs monophasés en mode à un et quatre quadrants • Relevé du courant et de la tension avec et sans charge • Etude du rapport de transformation • Etude des charges sur différents groupes de circuits • Etude des charges déséquilibrées sur différents groupes de circuits • Détermination de la tension de court-circuit 62 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 62 Equipement UniTrain-I Transformateur triphasé Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Etude des transformateurs mono- et triphasés Transformateurs Les techniques de l‘énergie électrique utilisent des transformateurs pour relier entre eux différents niveaux de tensions du réseau électrique. Les expériences portent sur le schéma équivalent des transformateurs et des mesures permettent de déterminer les grandeurs caractéristiques. Exemple d‘expérience « Etude des transformateurs EUT » Contenus didactiques • Transformateur polyphasé en marche à vide et en court-circuit • Transformateur polyphasé avec charge ohmique, inductive et capacitive • Fonctionnement parallèle de transformateurs multiphase • Distribution électrique pour différents couplages • Détermination de l‘impédance homopolaire • Etude du rapport de transformation Equipement EUT Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 63 63 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Protection des transformateurs Protection différentielle des transformateurs La protection différentielle pour transformateurs électriques (à partir d‘environ 1 MVA) est étudiée au moyen de mesures prises sur différents circuits de bobines (étoile, triangle), dans divers couplages et en liaison avec le traitement du point neutre (libre, direct ou mis à la terre via la bobine de terre) en mode de fonctionnement normal ou dans le contexte de défauts divers. Exemple d‘expérience « Protection différentielle du transformateur ETP 1 » Contenus didactiques • Saisie et désactivation de défauts internes au transformateur • Saisie de pointes de courant d‘enclenchement (RUSH) sans désactivation • Déclenchement intempestif dû à un mauvais dimensionnement du transformateur • Sélection de la caractéristique de déclenchement compte tenu des courants différentiels 64 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 64 Equipement ETP 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transformateurs électriques Relais de surintensité Le relais de surintensité complète les mesures de sécurité de la protection différentielle du transformateur. Il protège le transformateur des surcharges et des courts-circuits ayant lieu en dehors de l‘étendue de protection. Exemple d‘expérience « Relais de surintensité ETP 2 » Contenus didactiques • Paramétrage des relais en fonction du transfert du transformateur d‘intensité • Saisie des valeurs seuil pour les défauts équilibrés et déséquilibrés • Déclenchement intempestif du dispositif de protection dû au comportement de commutation du transformateur • Comportement de commutation du transformateur en vue d‘une protection Equipement ETP 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 65 65 21.04.15 16:17 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 66 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique 70 71 72 73 74 75 76 77 78 80 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 67 Etude des lignes de courant triphasé Montage de lignes en parallèle et en série Ligne compensée Systèmes de transport avec alternateur synchrone Etude des lignes de courant triphasé Réseaux interconnectés de câbles et de lignes Régulation du flux de puissance dans les réseaux maillés Régulation de tension d‘une ligne en fonction de la charge Transmission d’énergie durable pour des réseaux futurs efficaces et fiables Protection des lignes 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Transport de l‘énergie électrique Lignes de transport et mesures de protection des lignes Les réseaux à haute tension fonctionnent en règle générale avec des tensions comprises entre 110 kV et 380 kV. Les grandes villes et les grandes entreprises industrielles sont alimentées en 110 kV et pour le transport de l‘énergie électrique les lignes sont alimentées en 380 kV. La simulation de ligne est conçue de telle manière que les tensions modèles se situent entre 110 et 380 V. Il est possible de sélectionner différents niveaux de tension et différentes longueurs de ligne par le biais des masques correspondants. Les expériences réalisées avec le système d‘apprentissage peuvent être effectuées en marche à vide, en mode normal, en situation de courtcircuit et en cas de mise à la terre, avec et sans compensation. On peut en outre monter des réseaux complexes au sein desquels les simulations de ligne peuvent être couplées en parallèle ou en série. L’alimentation en tension peut s’effectuer via un réseau fixe ou au moyen d’un alternateur synchrone. 68 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 68 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Lignes à haute tension Vos avantages : • Pour votre sécurité, l‘étude des lignes de transport de 380 kV et de leur couplage s‘effectue en basse tension, sans pour autant perdre les caractéristiques d‘une véritable ligne à haute tension • Reproduction réaliste d‘une ligne de transport de 380 kV de 300 km et 150 km • Commutation innovante de la longueur de ligne au moyen de masques • Compensation de terre par une bobine de Petersen • Reproduction de défauts équilibrés et déséquilibrés Une technique de protection innovante Dans la pratique, les réseaux de moyenne et haute tension sont équipés de dispositifs de protection connectés par le biais de transformateurs de courant et de tension. • Emploi de relais industriels compacts dans le cadre d‘une technique numérique • Emploi de relais industriels provenant de fabricants renommés dans le monde entier • Surveillance des dispositifs de protection via système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) • Un dispositif de contrôle optionnel permet de tester chaque relais individuellement Systèmes d‘apprentissage Nos systèmes d‘apprentissage couvrent les thèmes suivants : • Système à plaques d‘expérimentation « Lignes de transport » • Système à plaques d‘expérimentation « Protection des lignes » 69 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 69 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Lignes de transport Etude des lignes de courant triphasé Pour votre sécurité, l‘étude des lignes de transport de 380 kV et de leur couplage s‘effectue en basse tension, sans pour autant perdre les caractéristiques d‘une véritable ligne à haute tension. Dès que le masque est appliqué, cette reproduction réaliste d‘une ligne de transport de 380 kV commute automatiquement entre 300 et 150 km. Exemple d‘expérience « Etude des lignes de courant triphasé EUL 1 » Contenus didactiques • Augmentation de tension sur des lignes en marche à vide • Chute de tension en fonction de la longueur de ligne • Chute de tension en fonction du cos-phi • Puissance dissipée capacitive et inductive de la ligne en fonction de U et I • Déphasage sur la ligne 70 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 70 Equipement EUL 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Montage de lignes en parallèle et en série L‘emploi de plusieurs reproductions de lignes permet de monter des réseaux complexes au sein desquels les simulations de ligne peuvent être couplées en parallèle ou en série. Exemple d‘expérience « Etude des lignes parallèles EUL 2 » Contenus didactiques • Distribution de la puissance et du courant sur des lignes parallèles de même longueur • Distribution de la puissance et du courant sur des lignes parallèles de longueurs différentes • Distribution de la puissance et du courant sur des lignes en série de même longueur • Distribution de la puissance et du courant sur des lignes en série de longueurs différentes • Distribution de la charge, flux de puissance • Distribution de la tension • Evaluation quantitative et qualitative des contextes d‘exploitation Equipement EUL 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 71 71 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Lignes de transport Ligne compensée Dans les réseaux de distribution d‘énergie électrique, la compensation de mise à la terre sert à compenser les défauts dus à la mise à la terre d‘un conducteur extérieur. Limitée aux systèmes triphasés, elle utilise une bobine qui, dans ce contexte, est appelée du nom de son inventeur, Petersen, ou également appelée bobine de prise de terre. Celle-ci compense le courant électrique au point de mise à la terre et empêche ainsi l‘apparition de défauts sur l‘installation électrique. Exemple d‘expérience « Etude des lignes compensées EUL 3 » Contenus didactiques • Mise à la terre sur une ligne à point en étoile isolé • Comportement en cas de mise à la terre • Compensation de mise à la terre 72 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 72 Equipement EUL 3 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Systèmes de transport avec alternateur synchrone Sur un circuit avec lignes de transport en parallèle, les reproductions de lignes triphasées permettent de mesurer les grandeurs caractéristiques du transport de l‘énergie avec une alimentation provenant d‘un réseau déterminé ou d‘un alternateur et une évaluation quantitative et qualitative des contextes d‘exploitation. Exemple d‘expérience « Etude des systèmes de transport avec un alternateur synchrone EUL 4 » Contenus didactiques • Distribution de la puissance et du courant d‘un réseau alimenté par un alternateur • Fonctionnement parallèle d‘un alternateur et d‘une ligne sur le secteur • Commande de l‘alimentation de la puissance active • Commande de l‘alimentation de la puissance réactive Equipement EUL 4 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 73 73 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Lignes de transport Etude des câbles de courant triphasé Un câble à haute tension est un câble électrique conçu pour fonctionner à haute tension. Ce type de câble est notamment utilisé pour le transport de puissances importantes dans les réseaux à des fins d‘alimentation électrique, à titre d’alternative aux lignes électriques aériennes. On distingue les principales formes suivantes de câbles à haute tension : câbles de mise à la masse, câbles à huile fluide, câbles à gaz et câbles synthétiques. L’objectif des expériences est de se familiariser avec le comportement des câbles à haute tension dans le cadre de différentes conditions opérationnelles. Exemple d’expérience « Etude des câbles de courant triphasé EUL5 » Contenus didactiques • Effet Ferranti, charge capacitive, longueur critique • Charge ohmique, inductive et mixte ohmique-inductive • Compensation d’une charge ohmique-inductive • Détermination de l’impédance homopolaire • Courts-circuits symétriques et asymétriques • Traitement du point neutre et défaut à la terre 74 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 74 Equipement EUL 5 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Réseaux interconnectés de câbles et de lignes Les câbles et lignes aériennes sont utilisés pour le transport de l’énergie dans les réseaux d’alimentation électrique. Cette expérience permet d‘étudier les propriétés d‘un trajet de transmission pour le transport de l’énergie, constitué d’une ligne électrique aérienne et d’un câble. Exemple d’expérience « Réseaux interconnectés de câbles et de lignes EUL6 » Contenus didactiques • Différences entre câbles et lignes électriques aériennes • Etude des trajets de transmission : - Ligne électrique aérienne, transformateur et câble - Câble, transformateur et ligne électrique aérienne • Bilan des pertes de chacun des composants • Comparaison entre la théorie et la pratique • Grandeurs caractéristiques du poste de transformation Equipement EUL 6 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 75 75 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Lignes de transmission Régulation du flux de puissance dans les réseaux maillés Le flux de puissance entre deux nœuds d’un réseau est déterminé par la différence entre leur tension respective. L’objectif de ce cours est de démontrer que la différence entre les montants de la tension a principalement un impact sur le flux de puissance réactive, alors que la différence entre les angles de tension exerce une influence déterminante sur le flux de puissance active. Les transformateurs de réglage qui permettent de régler des deux côtés, non seulement le montant du rapport de transformation mais aussi l’angle entre les tensions, mettent à profit ce phénomène. Outre la possibilité d’un meilleur maintien de la tension, la caractéristique de ces transformateurs est aussi de commander les flux de puissance active et réactive dans les réseaux. Exemple d’expérience sur la « Régulation du flux de puissance dans les réseaux maillés » EUL7 Contenus didactiques • Transformateurs de réglage • Différence entre le transformateur non régulé et le transformateur régulé • Régulation en série du transformateur • Régulation transversale du transformateur • Régulation oblique (ou réglage d‘angle) du transformateur • Observation et régulation des flux de puissance dans les réseaux • Comparaison entre la théorie et la pratique 76 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 76 Equipement EUL 7 Lucas-Nülle 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Régulation de tension d‘une ligne en fonction de la charge Régulation de tension d‘une ligne en fonction de la charge Les transformateurs sont utilisés pour établir la connexion des différents niveaux de tension entre eux. La plupart du temps, ces transformateurs n‘ont pas de rapport de transformation fixe et peuvent s‘adapter à la situation de charge concrète grâce à des prises sur les spires, ce qui garantit des chutes de tension du réseau moins fréquentes et la fourniture d’une tension quasiment constante. Cette expérience a pour but d‘analyser le comportement d’un transformateur de réglage triphasé en circuit économique en combinaison avec la reproduction d’une ligne, charge comprise. Exemple d’expérience sur la « Régulation de tension d‘une ligne en fonction de la charge EUL8 » Contenus didactiques • Plage de tension du transformateur de réglage triphasé en circuit économique • Comportement à vide et au court-circuit du transformateur économique • Combinaison de transformateur de réglage triphasé et de reproduction de ligne, charge comprise • Réglage de tension automatique avec des courants de charge quelconques • Transformateur survolteur • Transformateur abaisseur Equipement EUL 8 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 77 77 21.04.15 16:17 Transport de l‘énergie électrique Transmission d’énergie par courant continu à haute tension Transmission d’énergie durable pour des réseaux futurs efficaces et fiables La transmission d’énergie par courant continu à haute tension (TECC) est un procédé de transmission d’énergie électrique avec une tension continue élevée. La technique TECC sert à la transmission d‘énergie à l’aide du courant continu sur de grandes distances, étant donné qu’à partir de certaines distances, elle affiche dans l’ensemble des pertes de transmission plus faibles en dépit des pertes de conversion supplémentaires, que la transmission d’énergie qui utilise le courant alternatif triphasé. La technique de transmission d’énergie par courant continu à haute tension est également fréquemment utilisée pour transporter l’énergie sur des distances relativement courtes lorsque la ligne de transmission électrique possède, de par sa constitution, une armature capacitive très importante. Les câbles sous-marins ou les câbles souterrains en sont un exemple typique. Exemple d’expérience sur la « Transmission d’énergie par courant continu à haute tension » EDC1 Contenus didactiques • Régulation de la tension de circuit intermédiaire • Fourniture de puissance réactive sans flux de puissance active (STATCOM) • Synchronisation manuelle et automatique avec le réseau • Régulation de la puissance active de la TECC avec modification du flux de puissance • Régulation individuelle de la puissance réactive pour les deux postes de conversion • Observation des pertes pour différentes longueurs de ligne de la TECC • Alimentation d‘un réseau avec des consommateurs passifs via la TECC 78 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 78 Equipement EDC 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Transport de l‘énergie électrique Poste de conversion • Contrôle de la puissance active dans les deux sens • Mode de fonctionnement STATCOM • Raccordement de générateurs synchrones, éoliennes et consommateurs • Couplage entre réseaux de différentes fréquences • Régulation autonome de la puissance active et réactive, de la fréquence et de la tension • Mesure et représentation de toutes les grandeurs du système • Synchronisation manuelle et automatique « Interactive Lab Assistant » • Instructions multimédia pas à pas • Explication des notions de base physiques grâce à des animations facilement compréhensibles • Test des progrès d’apprentissage par des questions avec outil d’évaluation des réponses • Évaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Démarrage d’instruments de mesure virtuels directement depuis les instructions permettant de réaliser les expériences Vos avantages • Enseignement de connaissances et de savoir-faire à l’aide du cours multimédia « Interactive Lab Assistant » • Évaluation des données de mesure assistée par ordinateur • Intégration dans le système de la technique d‘énergie • Technologie de pointe avec système d’alimentation sans panne FRT (« Fault-ride-through ») • Maniement convivial et visualisation pendant les expériences grâce à l’unité de commande pilotée par microcontrôleur du poste de conversion Equipement EDC 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 79 79 21.04.15 16:18 Transport de l‘énergie électrique Protection des lignes Relais de surintensité pour les lignes La série d‘expériences porte, entre autres, sur le relais de surintensité avec une courbe de temps indépendante du courant, utilisé généralement sur des lignes simples (ligne de dérivation). Exemple d‘expérience « Relais de surintensité pour lignes ELP 1 » Contenus didactiques • Mesure et paramétrage du relais de surintensité • Détermination du rapport de déplacement en cas de court-circuit à un, deux ou trois pôles • Détermination du plus petit temps de déclenchement du relais • Contrôle du déclenchement d‘un sectionneur de puissance en cas de défauts 80 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 80 Equipement ELP 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Transport de l‘énergie électrique Equipements complémentaires pour la protection des lignes : ELP 2 Relais de surintensité directionnel Contenus didactiques • Mesure et paramétrage du relais de surintensité • Détermination du rapport de déplacement en cas de courtcircuit à un, deux ou trois pôles • Protection dans les directions avant et arrière ELP 3 Protection contre les surtensions et les sous-tensions Contenus didactiques • Détermination des valeurs de commutation et de retombée • Détermination du rapport de déplacement • Détermination du temps propre (temps de base) • Réglage et test de différentes caractéristiques ELP 4 Relais directionnel de puissance Contenus didactiques • Détermination des valeurs de commutation et de retombée • Emploi de la protection de retour • Interaction avec le relais de surintensité ELP 5 Relais de mise à la terre Contenus didactiques • Mesure de tension dans un réseau triphasé sain • Mesure de tension dans un réseau triphasé relié à la terre • Détermination des valeurs de commutation et de retombée • Détermination du temps propre (temps de base) • Réaction du relais à des ondes mobiles de terre et à d‘autres mises à la terre stationnaires Equipement ELP 2 / 3 / 4 / 5 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 81 81 21.04.15 16:18 Transport de l‘énergie électrique Protection des lignes Protection de lignes parallèles L‘analyse et l‘étude expérimentale du relais directionnel de surintensité utilisé essentiellement pour protéger les lignes parallèles portent non seulement sur les défauts simulés, mais aussi sur la sélectivité et la rapidité. Les relais sont reliés entre eux par un système de bus et peuvent être contrôlés et évalués de manière centralisée avec le logiciel SCADA Power-LAB. Exemple d‘expérience « Protection de lignes parallèles ELP 6 » Contenus didactiques • Protection de lignes parallèles avec différents relais de surintensité • Fonctionnement parallèle sans défauts • Détermination des valeurs de commutation minimales des relais de surintensité indépendants • Détermination de la direction pour les relais de surintensité directionnels • Détermination des valeurs de commutation minimales des relais de surintensité directionnels • Echelonnement temporel du relais de surintensité • Contrôle de la sélectivité par la combinaison des mesures de surintensité et de direction • Mise en réseau des mesures de protection 82 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 82 Equipement ELP 6 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Transport de l‘énergie électrique Protection rapide à distance En ce qui concerne le relais de protection rapide à distance employé pour les réseaux plus complexes, il est possible d‘analyser différentes sortes de défauts. Cette protection peut désactiver des défauts en fonction de la distance. Outre l‘élaboration du plan d’échelonnage, on procède au réglage et au contrôle de la sélectivité conformément à la pratique. Exemple d‘expérience « Protection rapide à distance ELP 7 » Contenus didactiques • Elaboration du plan d’échelonnage • Paramétrage du relais • Contrôle du comportement de déclenchement pour différents défauts à l‘intérieur et à l‘extérieur de l‘étendue de protection • Mise en service du relais de distance avec un transformateur de courant et de tension • Contrôle du comportement de déclenchement pour différents défauts à l‘intérieur et à l‘extérieur de l‘étendue de protection : - Relais de distance - Relais de surintensité - Protection de tension - Protection de fréquence • Remise en service automatique Equipement ELP 7 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 83 83 21.04.15 16:18 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 84 21.04.15 16:18 Distribution de l‘énergie électrique 88 89 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 85 Système triphasé de jeux de barres (omnibus) doubles Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) 21.04.15 16:18 Distribution de l‘énergie électrique Distribution de l‘énergie électrique Jeux de barres (omnibus) dans les installations de commutation à haute tension Dans les grandes installations de commutation, la distribution de l‘énergie électrique s’effectue presque exclusivement par le biais de systèmes de jeux de barres (omnibus) doubles. Ces installations contiennent des travées de couplage assurant la connexion entre les deux barres (omnibus), les champs d’alimentation et de sortie ainsi que les champs de mesure. Des interrupteurs de puissance sont utilisés dans les champs d‘alimentation et de sortie, les travées de couplage et un sectionneur de puissance par raccord de barres (omnibus). Pour des raisons de sécurité, il est absolument nécessaire de se conformer strictement à une logique de commutation. Le modèle de barres (omnibus) double intègre toutes les fonctions présentes dans la pratique. Des appareils de mesure des courants et tensions permettent une analyse immédiate des opérations de commutation. 86 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 86 21.04.15 16:18 Distribution de l‘énergie électrique Systèmes de jeux de barres (omnibus) doubles Les modules compacts « Champ d‘alimentation et de sortie » et « Travée de couplage » offrent les avantages suivants : • Agencement flexible des champs • Commande et observation depuis le PC • Possibilité de mise en réseau grâce à l‘interface RS485 intégrée • Commande manuelle • Protection contre les erreurs de manipulation grâce à un microcontrôleur intégré • Saisie de toutes les grandeurs caractéristiques comme le courant, la tension et les états de commutation SCADA Le système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) permet de surveiller et de contrôler les appareils. Tous les appareils des techniques de l‘énergie électrique Lucas-Nülle peuvent être disposés symboliquement à l‘écran et reliés entre eux. Les valeurs de mesure et les états sont également affichés. Les paramètres et signaux importants sont contrôlés avec le logiciel. Les valeurs de mesure et les états peuvent être représentés dans le temps et évalués. Les changements de barres (omnibus) peuvent être commandés automatiquement par le PC. Systèmes d‘apprentissage Nos systèmes d‘apprentissage couvrent les thèmes suivants : • Système à plaques d‘expérimentation « Système triphasé de jeux de barres (omnibus) doubles » • Système à plaques d‘expérimentation « Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) » 87 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 87 21.04.15 16:18 Distribution de l‘énergie électrique Système triphasé de jeux de barres (omnibus) doubles Distribution et commande centralisées Les jeux de barres (omnibus) servent de distributeurs centralisés d‘énergie électrique, car elles reçoivent toutes les lignes entrantes et sortantes. Elles sont constituées de champs d‘alimentation, de sortie, de transformation et de travées de couplage. L‘équipement Lucas-Nülle regroupe ces fonctions dans des champs de commutation, qui contiennent des disjoncteurs de puissance, des sectionneurs et l‘enregistrement des valeurs de mesure. Exemple d‘expérience « Système triphasé de jeux des barres (omnibus) doubles EPD » Contenus didactiques • Circuits de base d‘un système tripolaire de jeux des barres (omnibus) doubles • Système triphasé de jeux des barres (omnibus) doubles avec charge • Changement de barre (omnibus) sans interruption de la dérivation • Elaboration des algorithmes de commutation pour différentes actions de commutation • Couplage des barre (omnibus) 88 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 88 Equipement EPD Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Distribution de l‘énergie électrique Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) La protection différentielle de la barre (omnibus) permet d’additionner le courant d’entrée et de sortie via un transformateur de courant. Les critères de déclenchement des courants différentiels sont déterminés par le biais de la sensibilité de la courbe caractéristique. Exemple d‘expérience « Relais de surintensité pour jeux de barres (omnibus) EDP » Contenus didactiques • Saisie des courants en mode normal • Saisie des courants en cas de court-circuit à un, deux ou trois pôles • Erreurs hors de l‘étendue de protection Equipement EDP Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 89 89 21.04.15 16:18 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 90 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique 94 95 96 97 98 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 91 Consommateurs complexes, mesure de consommation et surveillance des charges maximales Consommateurs dynamiques Compensation manuelle et automatique de la puissance réactive Entraînements à rendement énergétique Protection des consommateurs électriques 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Gestion de l‘énergie électrique Réseaux et consommateurs intelligents Les exigences économiques et écologiques imposent un usage rationnel de l‘énergie. Les essais sur la compensation manuelle et automatique de la puissance réactive, de même que les expériences sur la réduction des pointes de charge par des mesures réalisées avec un compteur de courant actif et un compteur à maximum montrent la manière dont la charge du réseau peut être réduite et répartie de manière uniforme sur toute la journée. L‘analyse du réseau et des consommateurs connectés est une condition indispensable à un emploi efficace de la technique de mesure. Les différentes expériences permettent d‘étudier en détail les charges statiques, dynamiques, équilibrées et déséquilibrées. Par ailleurs, la protection des consommateurs électriques est un sujet essentiel à traiter durant la formation. 92 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 92 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Smart Metering Tous les équipements relatifs aux techniques de l‘énergie électrique comprennent des instruments de mesure intelligents disposant de différentes interfaces de communication (par ex. LAN, RS485, USB) et éléments de commande. Ainsi est-il également possible d‘observer et de contrôler les consommateurs de façon intelligente. Une gestion automatique de la charge peut être réalisée avec les options suivantes : • Surveillance de la limite de puissance imposée • Déblocage et blocage de consommateurs conformément à une liste de priorité • Mise en circuit de consommateurs pendant des minima de consommation Source : Siemens Protection des consommateurs électriques Il est nécessaire d‘empêcher que courts-circuits, surcharges, etc., ne perturbent ou n‘entravent le fonctionnement des installations électriques en mettant en place des dispositifs de protection adéquats et en coupant les appareils défectueux du réseau de manière sélective. Une utilisation conforme des différents dispositifs de protection ainsi que leur dimensionnement correct, présupposent que l‘on connaisse leurs caractéristiques et temps d‘établissement et leurs courbes caractéristiques. La série d’essais traite en détail la protection de moteurs à courant triphasé par un disjoncteur de protection ainsi que par un contrôle de la température dans les bobines et du déclenchement via une thermistance. Une expérience sur la protection totale du moteur au moyen d’un appareil de protection numérique peut en outre être réalisée. Dans le cadre de cet essai, l‘accent est mis sur le maniement et le paramétrage de l‘appareil de protection numérique. Systèmes d‘apprentissage Nos systèmes d‘apprentissage couvrent les thèmes suivants : • Système à plaques d‘expérimentation « Consommateurs complexes, mesure de consommation et surveillance des charges maximales » • Système à plaques d‘expérimentation « Consommateurs dynamiques » • Système à plaques d‘expérimentation « Compensation manuelle et automatique de la puissance réactive » • Système à plaques d‘expérimentation « Protection des machines électriques » • Système à plaques d‘expérimentation « Protection de moteur / Gestion de moteur » 93 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 93 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Gestion de l‘énergie électrique Consommateurs complexes, mesure de consommation et surveillance des charges maximales Les expériences sur la réduction de la pointe de charge par des mesures réalisées avec un compteur de courant actif et un compteur à maximum montrent la manière dont la charge du réseau peut être réduite et répartie de manière uniforme sur toute la journée. L‘analyse du réseau et des consommateurs connectés est une condition indispensable à un emploi efficace de la technique de mesure. Les différentes expériences permettent d‘étudier en détail les charges statiques, dynamiques, équilibrées et déséquilibrées. Exemple d‘expérience « Mesure de consommation de consommateurs complexes EUC 1 » Contenus didactiques • Consommateurs à courant triphasé dans un circuit en étoile et en triangle (charge R, L, C, RL, RC ou RLC) • Mesure avec des compteurs d‘énergie active et réactive - pour charge RL équilibrées et déséquilibrées - en cas de défaut de phase - en cas de surcompensation (charge RC) - en cas de charge active - en cas d‘inversion du sens de l‘énergie • Détermination des premier et deuxième maxima de puissance • Détermination d‘un maximum de puissance en cas de charge déséquilibrées • Relevé de caractéristiques de charge 94 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 94 Equipement EUC 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Consommateurs dynamiques Couplé au banc d‘essai de machines à servocommande, un moteur asynchrone triphasé est utilisé comme charge dynamique. Les puissances active et réactive (cos-phi du moteur) dépendent de la charge du moteur et ne sont donc pas constantes. Le banc d‘essai peut entraîner le moteur asynchrone, fournissant ainsi une puissance active dans le réseau triphasé. Exemple d‘expérience « Etude des consommateurs dynamiques EUC 2 » Contenus didactiques • Consommateur dynamique de courant triphasé (moteur asynchrone) • Mesure de puissance dans le cas d’une inversion de la direction de l‘énergie Equipement EUC 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 95 95 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Gestion de l‘énergie électrique Compensation manuelle et automatique de la puissance réactive Lors de la compensation de la puissance réactive, le courant réactif indésiré et ainsi la puissance réactive des consommateurs sont réduits dans les réseaux de tension alternative. Pour cela des charges capacitives sont connectées au point d‘alimentation central en plus de tous les consommateurs inductifs. Dans la mesure du possible, la puissance réactive capacitive opposée doit être identique à la puissance réactive inductive installée. Ainsi les courants réactifs indésirés sont réduits et toutes les installations requises pour le courant réactif ne nécessitent pas un dimensionnement inutile. Exemple d‘expérience « Compensation automatique de la puissance réactive EUC 3 » Contenus didactiques • Mise en service de la machine asynchrone et relevé des paramètres • Calcul des condensateurs de compensation • Compensation au moyen de différents condensateurs • Détermination de la puissance d’échelon • Compensation manuelle de la puissance réactive • Détection automatique de la connexion du régulateur de puissance réactive • Compensation automatique de la puissance réactive 96 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 96 Equipement EUC 3 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Entraînements à rendement énergétique En Allemagne, le secteur industriel consomme environ la moitié de l’énergie électrique produite. Les entraînements électriques en sont la cause principale ; ils représentent en effet environ 70 % de la consommation industrielle de courant. Une optimisation des entraînements électriques peut donc contribuer à réaliser des économies de coûts et à préserver les ressources. Dans le cadre de l’optimisation des installations industrielles qui sont entraînées électriquement, il est recommandé de toujours tenir compte de l’ensemble du système d’entraînement. Il existe en effet différents paramètres qui influencent l’efficacité énergétique des entraînements : l’utilisation intelligente de l’énergie électrique, l’amélioration du rendement, le réglage du régime et la valorisation énergétique. Système de formation « Entraînements à rendement énergétique avec convertisseurs de fréquence » composé d’un moteur à très haut rendement énergétique, d’un convertisseur de fréquence et d’un banc d’essai de machines à servocommande EEM11.3 Contenus didactiques Conception d’entraînement à rendement énergétique : • Détection des pertes dans le système d’entraînement • Etude des grandeurs caractéristiques du moteur • Optimisation du rendement du système grâce à la sélection du moteur adapté • Détermination indirecte de la charge du moteur Utilisation de moteurs à économie d’énergie : • Fonctionnement des moteurs à économie d‘énergie • Classes de rendement énergétique des moteurs • Comparaison entre le moteur à rendement énergétique et le moteur normalisé Equipement EEM 11 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 97 • Caractéristiques des moteurs à économie d’énergie • Détermination des potentiels d’économies Entraînements à rendement énergétique avec convertisseurs de fréquence : • Mise en service d’entraînements à variation de vitesse • Etude de l’influence de différents paramètres sur le comportement de fonctionnement • Adaptation de points de fonctionnement du point de vue de l’efficacité énergétique • Elaboration de profils de mouvements plus efficaces d’un point de vue énergétique • Observation de l’efficacité de l’ensemble du système 97 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Protection des consommateurs électriques Protection efficace des moteurs – Entretien préventif Les systèmes de gestion de moteur employés dans les systèmes automatisés modernes permettent une protection, une commande et une surveillance optimales des entraînements et des installations. Il est possible ainsi de saisir par exemple la température, la tension ou le courant du moteur. Le moteur devient plus transparent par son intégration au processus automatisé maître via des systèmes de bus de terrain (par ex. PROFIBUS). La sollicitation et la consommation d‘énergie du moteur peuvent être déterminées sans mesure sur place. Exemple d‘expérience « Relais de gestion de moteur EDT 51 » Contenus didactiques • Mise en service assistée par ordinateur du système de gestion de moteur • Programmation des fonctions démarreur direct, démarrage en étoile-triangle, démarrage de moteurs à nombre de pôles variable, protection de moteur • Paramétrage des grandeurs de surcharge et du composant au déclenchement avec différentes charges • Mesure de processus dynamiques au démarrage • Entretien préventif 98 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 98 Equipement EDT 51 Lucas-Nülle 21.04.15 16:18 Gestion de l‘énergie électrique Machines asynchrones à courant triphasé Les moteurs à cage d’écureuil sont conçus pour un état de charge constant. Les variations de l’état de charge, mais aussi des courants de démarrage élevés provoquent un échauffement anormal du moteur. Des capteurs surveillent la température et le courant absorbé par le moteur. Ils activent des dispositifs de protection tels que disjoncteur de protection, relais de protection de moteur ou relais à thermistance. Exemple d’expérience « Protection des machines électriques EEM 4.6 » Contenus didactiques • Sélection, installation et réglage de différents systèmes de protection du moteur • Disjoncteur de protection • Relais de protection de moteur • Protection par thermistance • Influence des différents modes de fonctionnement sur l’échauffement du moteur • Caractéristiques de déclenchement des systèmes de protection • Protection contre les états de charge inadmissibles Equipement EEM 4.6 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 99 99 21.04.15 16:18 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 100 21.04.15 16:19 Smart Grid 106 107 108 109 110 111 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 101 Smart Grid : centre de contrôle Smart Grid : gestion de l’énergie Producteurs d’énergie dans le réseau « Smart Grid » Centrale hydraulique de pompage-turbinage Fonctionnement en îlotage Fonctionnement combiné parallèle/îlotage / micro-réseau 21.04.15 16:19 Smart Grid Smart Grid Un avenir radieux : réseaux intelligents dans le laboratoire de technique de l’énergie A l’avenir, les nouvelles techniques vont permettre d’équiper les réseaux d’alimentation pour mieux faire face aux défis futurs. Une gestion de réseau plus flexible doit favoriser la compatibilité des énergies renouvelables, dont la part ne cesse d’augmenter, avec les infrastructures existantes des centrales électriques traditionnelles. La variété et le nombre important de ces centrales disséminées requièrent une nouvelle forme de gestion d’exploitation du réseau électrique, le réseau intelligent, « Smart Grid » : • Meilleure coordination des besoins en énergie électrique avec la production • Utilisation de technologies de l’information modernes, comme l‘internet, les capteurs, les commandes et les appareils de transmission sans fil • « Smart Metering » : des compteurs numériques mesurent la consommation de courant aux extrémités du réseau. • Déplacement de la consommation dans les foyers par rapport aux heures qui correspondent aux pics de consommation de courant • Lancement d’applications flexibles, comme, par exemple, la lessive en dehors des pics de consommation de courant, directement par le fournisseur d‘énergie 102 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 102 21.04.15 16:19 Smart Grid Intégration modulaire de la production d’énergie renouvelable dans le réseau « Smart Grid » : • Photovoltaïque • Energie éolienne • Stockage de l’énergie électrique à l’aide d’une centrale hydraulique de pompage-turbinage • Production d’énergie traditionnelle • Transport et distribution • Gestion de l’énergie (coordonner la production d’énergie et la consommation d’énergie dynamiques) Logiciel SCADA dans le réseau « Smart Grid » • Réalisation, commande et analyse de réseaux intelligents complexes (Smart Grid) • Logiciel SCADA adapté à la formation • SCADA SPS : Soft SPS intégré (CEI 61131) • SCADA Logger : enregistrement, représentation, analyse et export de toutes les valeurs en fonction du temps • SCADA Designer : disposition symbolique de tous les appareils de la technique d’énergie Lucas-Nülle sur l’interface utilisateur • SCADA Viewer : affichage et régulation des valeurs de mesure et des états de tous les systèmes disponibles dans le réseau • SCADA Net : concept client / serveur permettant un accès à distance simultané depuis n’importe quel ordinateur (étudiants) au système du réseau « Smart Grid » • SCADA Panel Designer : conception d’interfaces utilisateur propres Appareils de mesure intelligents : • Appareils de mesure intelligents qui disposent de différentes interfaces de communication (p. ex. LAN, RS485, USB) et d’éléments de commande • Mesure et régulation de toutes les valeurs pertinentes à l’aide de compteurs intelligents (« smart meters ») et de sectionneurs de puissance • SCADA Net Kompatibel : affichage et régulation des valeurs de mesure et états depuis n’importe quel ordinateur dans le réseau 103 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 103 21.04.15 16:19 Smart Grid « Smart Grid » : des réseaux intelligents Laboratoire de technique d’énergie en réseau Les équipements offrent la possibilité de combiner des composants électriques et informatiques des systèmes de formation en vue de la production, du transport, de la distribution, de la protection et de la gestion de l‘énergie électrique. Le centre de commande « Smart Grid » enregistre toutes les valeurs et déclenche les actions de commutation correspondantes. Il est ainsi possible d’étudier l‘influence de la production d’énergie renouvelable sur la production d’énergie en laboratoire. Des scénarios multiples peuvent être illustrés, comme, par exemple : • • • • Chargement de véhicules électriques en cas de production excédentaire d’énergie éolienne Stockage des excédents d’énergie dans la centrale hydraulique de pompage-turbinage Coupure des consommateurs pour réduire les pics de consommation d‘énergie électrique Compensation de pénuries énergétiques par la centrale hydraulique de pompage-turbinage Le logiciel SCADA permet l’observation et la commande de toute l’installation depuis chaque poste de travail Photovoltaïque Centrale hydraulique de pompage-turbinage Eolienne 104 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 104 21.04.15 16:19 Smart Grid Intég r poss ation ible sour ces d de ’ exte énergie rnes Installation photovoltaïque Lucas-Nülle • Capacité : 89 kW maxi • 450 panneaux photovoltaïques (de 215 W chacun) • Réduction des émissions de CO2 : 55 tonnes par an Smart Grid Centre de contrôle Gestion de l’énergie 105 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 105 21.04.15 16:19 Smart Grid « Smart Grid » : des réseaux intelligents Smart Grid : centre de contrôle Cet équipement constitue la centrale du réseau Smart Grid dans le laboratoire de technique d’énergie. Outre la production, le transport et la distribution de l’énergie, toutes les valeurs sont ici enregistrées à l’aide du logiciel SCADA et les actions de commutation correspondantes déclenchées, soit manuellement, soit automatiquement par le biais de Soft SPS. Exemple d’expérience « Smart Grid : production, distribution et transport d’énergie électrique ESG 1.1 » Contenus didactiques Système triphasé de jeux de barres omnibus doubles • Circuits de base d’un système tripolaire de jeux de barres omnibus doubless • Système triphasé de jeux de barres omnibus doubles avec charge • Changement de barre omnibus sans interruption de la dérivation • Elaboration des algorithmes de commutation pour diverses actions de commutation • Couplage de barres omnibus 106 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 106 Etude des lignes de courant triphasé • Augmentations de tension sur les lignes ouvertes • Chute de tension en fonction de la longueur de ligne • Chute de tension en fonction du cos-phi • Perte dissipée capacitive et inductive de la ligne en fonction de U et I • Déphasage sur la ligne Relais différentiel de surintensité pour les lignes • Mesure et paramétrage du relais différentiel de surintensité • Détermination du rapport de retombée pour un courtcircuit à un, deux et trois pôles Equipement ESG 1.1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:19 Smart Grid Smart Grid : gestion de l’énergie Le thème de la gestion de l’énergie englobe la mise hors circuit de consommateurs pour réduire les pointes de charge ainsi que la compensation de la puissance réactive servant à réduire les pertes sur les lignes de transport. La machine asynchrone peut ici recevoir une charge dynamique via le banc d‘essai et produire des variations de charge variables dans le temps sur l‘ensemble du réseau d‘énergie. Le centre de commande Smart Grid enregistre ces variations de charge et des mesures correspondantes sont prises pour maintenir la stabilité du réseau. Exemple d’expérience « Smart Grid : gestion de l’énergie ESG 1.2 » Contenus didactiques Consommateurs complexes, mesure de la consommation d’énergie et surveillance des pointes de charge • Consommateurs triphasés dans un circuit en étoile et en triangle (charge R, L, C, RL, RC ou RLC) • Mesure avec des compteurs d’énergie active et réactive Consommateur dynamique • Consommateur dynamique triphasé (moteur asynchrone) • Mesure de puissance dans le cas d’une inversion du sens de l’énergie Equipement ESG 1.2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 107 Compensation manuelle et automatique de la puissance réactive • Mise en service de la machine asynchrone et saisie des valeurs caractéristiques • Compensation manuelle de la puissance réactive • Compensation automatique de la puissance réactive 107 21.04.15 16:19 Smart Grid « Smart Grid » : des réseaux intelligents Producteurs d’énergie dans le réseau « Smart Grid » Ces équipements accessoires pour la production d‘énergie peuvent compléter en option l’équipement « ESG 1 Smart Grid », de manière individuelle ou groupée, ce qui permet de réaliser de nombreuses expériences en réseau « Smart Grid ». Exemple d’expérience « Smart Grid : équipement complémentaire à ESG 1 : producteurs d’énergie dans le réseau Smart Grid » Contenus didactiques Eoliennes EWG 1 • Fonctionnement de l’alternateur avec des forces de vent variables et régulation de la tension et de la fréquence de sortie • Détermination des points de fonctionnement optimaux avec des conditions de vent changeantes Installations photovoltaïques en exploitation réseau parallèle EPH 2 • Montage et essai d‘une installation photovoltaïque avec alimentation du réseau en énergie 108 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 108 • Mesure de l’énergie produite d’une installation photovoltaïque • Détermination du rendement du convertisseur de réseau • Etude du comportement d’une installation photovoltaïque en cas de panne de secteur Alternateur synchrone EUG • Réglage de l’alternateur et synchronisation • Circuits de synchronisation manuelle • Circuits de synchronisation automatique • Régulation automatique de la puissance • Régulation automatique du facteur de puissance Equipement complémentaire à ESG 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:19 Smart Grid Centrale hydraulique de pompage-turbinage Dans les centrales hydrauliques de pompage-turbinage, l’énergie électrique produite par la transformation de l’eau en énergie potentielle est stockée et réinjectée dans le réseau après la transformation de cette énergie potentielle en énergie électrique. En raison de l‘augmentation de la production d‘énergie renouvelable, ces centrales sont des réservoirs d‘énergie nécessaires et indispendables dans un réseau Smart Grid de qualité supérieure. L’équipement « Centrale hydraulique de pompage-turbinage » complète les expériences sur le thème du Smart Grid avec production d’énergie renouvelable en ajoutant un réservoir d’énergie. Exemple d’expérience « Smart Grid : équipement complémentaire à ESG 1 : centrale hydraulique de pompage-turbinage dans le réseau Smart Grid » Contenus didactiques • Fonctionnement des centrales hydrauliques de pompage-turbinage • Démarrage et synchronisation de la machine synchrone • Régulation manuelle de la puissance de l‘alternateur et du moteur • Régulation semi-automatique de la puissance active et réactive • Centrales hydrauliques de pompage-turbinage dans le réseau Smart Grid • Compensation automatique d’une puissance active et réactive mesurée en externe • Commande SCADA et réglage de l’installation Equipement complémentaire à ESG 1 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 109 109 21.04.15 16:19 Du réseau intelligent au micro-réseau Régulation de réseau en îlot dans le micro-réseau Fonctionnement en îlotage Le réseau en îlot est une forme de réseau fermée sur elle-même qui ne possède pas de lignes de couplage actives avec d’autres blocs d’alimentation. Un réseau en îlot est de taille sensiblement plus réduite qu’un réseau interconnecté et n’est en règle générale pas équipé de lignes à haute tension. Cette forme de réseau possède deux modes d’exploitation, le fonctionnement en îlotage et le fonctionnement combiné parallèle/îlotage. Elle est souvent utilisée dans les réseaux industriels de grandes entreprises. Exemple d’expérience « Fonctionnement en îlotage » EMG 1 Contenus didactiques • Notions de base sur les réseaux en îlot • Régulation d’un générateur dans un réseau en îlot • Coordination des besoins et de la production d’énergie dans le réseau en îlot. • Utilisation de la technologie d’information moderne comme, par exemple, les capteurs/acteurs interconnectés, la commande API et l‘interface utilisateur SCADA • Comptage intelligent (« Smart Metering ») d’un nœud bilan pour rendre un sous-réseau autarque. • Régulation manuelle • Régulation de tension • Régulation de fréquence 110 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 110 Equipement EMG 1 Lucas-Nülle 21.04.15 16:19 Du réseau intelligent au micro-réseau Fonctionnement combiné parallèle/îlotage / micro-réseau Si ce réseau en îlot est couplé au réseau intelligent, on parle de micro-réseau (« micro grid »), celui-ci possédant trois modes de fonctionnement : On Grid, Off Grid et Dual Mode. Le micro-réseau offre les avantages suivants : • Réduction des pertes de transmission et de transformation • Autonomie par rapport aux grands fournisseurs d‘énergie • Réseau intelligent (« smart grid ») utilisé comme système de sauvegarde • Alimentation et consommateurs intelligents commandés avec SCADA • Production d’énergie avec des énergies renouvelables • Optimisation de la qualité du courant, de la fiabilité et de la durabilité Les micro-réseaux (« micro grids ») sont appelés à jouer un rôle prépondérant dans le réseau intelligent (« smart grid ») de demain. Compléments utiles à la création d’un micro-réseau autonome : • Photovoltaïque niveau supérieur (EPH2) • Éoliennes (EWG 1) • Centrale hydraulique de pompage-turbinage (EUG 3) • Consommateurs dynamiques (EUC2) Exemple d’expérience sur le « Fonctionnement combiné parallèle/îlotage avec 2 générateurs » EMG 2 Contenus didactiques • Régulation de plusieurs générateurs dans un réseau en îlot • Régulation manuelle • Régulation de plusieurs générateurs dans un réseau à fonctionnement en parallèle • Régulation de tension • Coordination des besoins et de la production d’énergie dans le réseau en îlot • Régulation de couple • Utilisation de la technologie d’information moderne comme, par exemple, les capteurs/acteurs interconnectés, la commande API et l‘interface utilisateur SCADA • Régulation de fréquence • Régulation du cos • Régulation du statisme (« droop ») • Comptage intelligent (« Smart Metering ») d’un nœud bilan pour rendre un sous-réseau autonome. Equipement EMG 2 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 111 111 21.04.15 16:19 Des avantages décisifs … pour une satisfaction des clients à long terme « Prof. Guntram Schultz, doyen de l‘université de Karlsruhe - Technique et Economie, faculté de technologie électrique et informatique : « Je suis un grand fan des systèmes didactiques Lucas-Nülle sur les techniques d‘énergie électrique. Sa gamme complète permet de réaliser d‘innombrables expériences, de la production de l‘énergie à sa consommation, en passant par la technique de distribution et la protection des réseaux. Le système triphasé modulaire des plaques d‘expérimentation permet d‘élaborer pas à pas tous les fondamentaux du système. La diversité des possibilités d‘extension garantit en outre l‘intégration sans faille des énergies renouvelables dans la technique d‘énergie conventionnelle. Aucun autre constructeur ne propose un système aussi flexible qui, selon les besoins, permet des combinaisons entièrement nouvelles. L‘emploi systématique de l‘échelle au 1000ème, est un avantage indéniable qui permet de comparer facilement les résultats de mesure obtenus aux cas réels. Les reproductions réalistes de lignes de longueurs variables assurent l‘emploi d‘appareils industriels usuels dans des projets orientés vers la pratique dans un environnement de laboratoire sûr et fiable. Le système SCADA surveille et contrôle les expériences et l‘évaluation des données ne laisse plus rien à désirer. La documentation proposée sous forme de cours multimédia est très attractive et bien accueillie par les apprenants. » Pour l‘enseignant, la qualité des composants des expériences et le concept didactique proche de la réalité sont des atouts essentiels. C‘est pourquoi nous avons opté pour Lucas-Nülle. La large gamme de produits permet une planification systématique de la formation complète dans le domaine des techniques d‘énergie électrique et l‘initiation des élèves aux applications industrielles type. » 112 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 112 21.04.15 16:19 L’ensemble est plus qu’un assemblage de ses composants Le conseil personnalisé chez Lucas-Nülle Vous souhaitez obtenir des conseils détaillés ou une offre concrète taillée sur mesure ? Vous pouvez nous contacter par Téléphone : +49 2273 567-0 Fax : +49 2273 567-39 E-mail: [email protected] Lucas-Nülle est synonyme de systèmes d’enseignement taillés sur mesure pour la formation professionnelle dans les domaines suivants : Gestion technique du bâtiment Techniques de communication Technique du froid et de la climatisation Technique d’énergie électrique Technique de régulation Micro-ordinateur Energies renouvelables Electropneumatique, hydraulique Automatisme Electronique de puissance, machines électriques, technique d’entraînement Technique de mesure Technique automobile Bases de l’électrotechnique et de l’électronique Technologie de Métal Systèmes de laboratoire Demandez des informations détaillées en vous servant des contacts susnommés. Nos collaborateurs vous conseilleront volontiers ! Vous trouverez également des informations complémentaires sur nos produits sur notre site Internet : www.lucas-nuelle.fr 113 Lucas-Nülle 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 113 21.04.15 16:19 Systèmes d‘apprentissage pour les techniques d‘énergie électrique Lucas-Nülle GmbH Siemensstrasse 2 · D-50170 Kerpen-Sindorf Téléphone : +49 2273 567-0 · Fax : +49 2273 567-39 www.lucas-nuelle.fr · [email protected] 150421_ln_kat_energietechnik_e2_v4_fr.indd 114 21.04.15 16:19 Réf-n°.: K-E2-1113-FR Systèmes d‘apprentissage pour les techniques d‘énergie électrique – 04/15-4FR (Imprimé en Allemagne) Sous réserve de modifications techniques. Systèmes d‘apprentissage pour les techniques d‘énergie électrique Sous réserve de modifications techniques.
