6GEI700 : Transport et Exploitation d Énergie Électrique TP 3 : Angle de déphasage et chute de tension entre Générateur et Récepteur

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1 GEI700 Automne 0 GEI700 : Transport et Exploitation d Énergie Électrique TP : Angle de déphasage et chute de tension entre Générateur et Récepteur But. Pour réguler la tension au récepteur.. Pour observer l angle de déphasage entre les tensions au générateur et récepteur d une ligne de transmission.. Pour observer la chute de tension le long d une ligne de transmission lorsque les tensions au générateur et récepteur possèdent la même amplitude. Discussion Dans l expérience précédente, nous avons vu qu une charge résistive ou inductive connectée à une ligne de transmission produit une grande chute de tension, qui pourrait être intolérable sous certaines conditions pratiques. Les moteurs, les relais et les lampes électriques fonctionnent correctement seulement sous des conditions de tensions stables, proche de la tension nominale assignée. Nous devons alors réguler la tension au niveau du récepteur de la ligne de transmission de manière à la rendre aussi constante que possible. Une approche qui paraît prometteuse, est de connecter des capacités en bout de la ligne de transmission, en effet, comme nous l avons vu dans le TP., ces capacités produisent une élévation de tension significative. Ceci, en effet, est une voie par laquelle la tension au niveau du récepteur est régulée dans des cas pratiques. Des capacités statiques sont connectées ou déconnectées durant la journée et leur valeur est ajustée pour maintenir constante la tension au niveau du récepteur. Pour des charges purement inductives, les capacités devraient délivrer une puissance réactive égale à celle consommée par ces charges inductives. Ceci produit un effet de résonance parallèle dans lequel la puissance réactive requise par la charge inductive est, en effet, délivrée par la capacitance et rien n est fourni par la ligne de transmission. Pour les charges résistives, la puissance réactive, que doit délivrer les capacités pour réguler la tension, n est pas facile à calculer. Au cours de cette expérience, nous déterminerons la puissance réactive par tâtonnement, en ajustant les capacités jusqu à ce que la tension du récepteur soit égale à celle du générateur (source). Finalement, pour les charges consommant à la fois une puissance active et réactive (ce sont les plus communes) les capacités doivent être prévues pour compenser d'abord, le composant inductif de la charge et en second lieu, le composant résistif. INSTRUMENTS ET COMPOSANTS Module de source de puissance (0/08 V φ, 0-0/08 V φ) EMS 88 Module resistance EMS 8 Module de ligne de transmission triphasée EMS 89 Module de capacité EMS 8 Module de mesure AC (0 V / 0 V / 0 V) EMS 8 GEI700 : TRANSPORT ET EXPLOITATION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PAGE

2 Module de Watt-Varmètre triphasé (00 W - 00 var) EMS 8 Appareil de mesure d angle de déphasage EMS 8 Fils de raccordement EMS 98 EXPÉRIENCES Attention : La haute Tension est utilisée dans cette expérience de laboratoire! Ne pas effectuer des connexions sous tension! -) Régler l impédance de la ligne de transmission à 0 Ω et connecter les voltmètres et wattmètres comme indiqué à la Fig. -. La charge sera modifiée au cours de cette expérience. Le circuit devrait être connecté à la source de tension alternative triphasée. EMS V θ 0 0 V 0 08 V φ E E W var W var Charge EMS 8 EMS 89 EMS 8 EMS 8 EMS 8 Fig. - -) En utilisant le bouton de commande de la source d'alimentation d'énergie, ajustez E à 00 volts et maintenez-le constant pour le reste de l'expérience. Augmenter la charge résistive, en gardant les trois phases équilibrée. Relever les valeurs de E, W, var, E, W, var et le déphase entre E et E. Note : E est pris comme tension de référence pour la mesure de l angle de déphasage. Relever les valeurs puis compléter le Tableau -, et représenter à la Fig. - le graphe de E en fonction de la puissance de charge W en watts. Sur cette courbe, repérez l angle de déphasage correspondant aux diverses puissances actives de charges W. Attention : Enlever toujours la charge capacitive avant d enlever la charge résistive. Sinon une sévère surcharge sera observée. -) Connecter maintenant une charge capacitive triphasée équilibrée en parallèle avec la charge résistive. Répéter les expériences -, mais pour chacune des charges résistive ajuster la charge capacitive afin d obtenir une tension de charge E aussi proche que possible de 00 volts. (E doit être maintenue constante et égale à 00 volts). Relever les valeurs et compléter le Tableau -. Représenter graphiquement E en fonction de W, et superposez-le au graphe précédant que vous avez dessiné dans l expérience -. Notez que l addition de capacités statiques a conduit à une tension constante plus élevée, et que la puissance W qui pet être délivrée a augmentée. GEI700 : TRANSPORT ET EXPLOITATION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PAGE

3 Régulation de tension avec charge résistive R (Ω) E (V) W (W) var (var) E (V) W (W) var (var) Angle ( ) Expérience , Tableau -. Régulation de tension avec charge résistive et capacités statiques R (Ω) (Ω) E (V) W (W) var (var) E (V) W (W) var (var) Angle ( ) Expérience , Tableau -. Sur cette courbe, repérez l angle de déphasage entre E et E ainsi que la puissance réactive var qui a été utilisée pour les différents arrangements de charges résistives. -) Dans cette expérience, nous devons observer une chute de tension significative le long de la ligne de transmission quand bien même que les tensions E et E au récepteur et au générateur sont de même amplitude. Comment est-il possible d avoir une chute de tension quand bien même que les tensions à la source et au récepteur sont égales? La réponse est que cette chute de tension est due à l angle de déphasage entre les deux tensions. En utilisant le circuit présenté à la Fig. -, ajuster la charge résistive à 7, Ω (trois résistances en parallèle) par phase, et avec E = 00 volts, ajuster la réactance capacitive jusqu à la tension de charge soit aussi proche que possible de 00 volts. Mesurer E, W, var, E, W, var, E et l angle de déphase. E =. E =. E =. W =. W =. var =. var =. Angle de déphasage =. GEI700 : TRANSPORT ET EXPLOITATION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PAGE

4 E (VOLTS) W (WATTS) Fig. - EMS V φ W var EMS 8 0 0V E θ EMS V E W var EMS 8 7, Ω 7, Ω 7, Ω E EMS 8 EMS 8 Fig. - -) En utilisant les résultats de l expérience -, calculer la tension, le courant, la puissance active et réactive par phase. Représenter le diagramme de phase des tensions au récepteur et au générateur et vérifier la chute de tension à la valeur mesurée. (Voir exemple de calcul suivant). EXEMPLE DE CALCUL Pour comprendre les résultats de l expérience -, nous devons faire une brève analyse en assumant les valeurs suivantes : GEI700 : TRANSPORT ET EXPLOITATION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PAGE

5 E = 00 V E = 00 V E = 0 V W = + 00 W W = + 0 W var = + 70 var var = - 80 var Angle de déphasage = 8 arrière Nous devons premièrement réduire toutes les tensions et puissances en une base par phase, en assumant une connexion étoile. Sachant que E et E sont des tensions ligne-ligne, la tension correspondante ligne-neutre est plus faible. La puissance active W est plus petite que W à cause des pertes Joules RI dans la ligne de transmission. Par suite, la source délivre 70 var à la droite, tandis que la charge (dû au signe négatif) délivre 80 var à la gauche. En définitive, la ligne de transmission absorbe ( ) = 0 var. Les puissances active et réactive par phase sont / des valeurs indiquées plus haut ; les valeurs par phase sont alors : E / = 00 / = 7 V E / = 00 / = 7 V E = 0 V W / = + 00 W W / = + 0 / = + 70 W var / = + 70 / = + 7 var var / = - 80 / = - 9 var Angle de déphasage = 8 arrière Si nous représentons le vecteur E /, 8 en arrière du vecteur E /, nous pouvons déterminer le module du vecteur (E / E / ). Il est de l ordre de volts, qui est très proche de la valeur de la chute de tension E mesurée le long de la ligne de transmission. La puissance réactive reçue par la ligne (par phase) est (9 + 7) = 0 var. E = 7 V La puissance active consommée par la ligne dû à sa résistance est (00 70) = 0 Watts. La puissance apparente absorbée par la ligne 8 est : = volt ampères. Sachant que la tension le long de la ligne est E E = V de volts, le courant dans la ligne doit être : VA I= = = 08, A E E = 7 V Fig. -. Nous aurions bien entendu pu mesurer ce courant directement, mais la mesure de la puissance active et réactive et la connaissance des chutes de tension est suffisante pour calculer n importe quel paramètre de la ligne de transmission. Référence : Wildi, Théodore, 99- +Lab-Volt (Québec) Ltée, Electric Power Transmission system Edition : Ste Foy : Lab-Volt, 99. Localisation : ( document) Collection générale :. X07 TKW7. GEI700 : TRANSPORT ET EXPLOITATION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE PAGE