ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE 1 MISE EN SITUATION La bonne gestion de l énergie électrique est un problème complexe, elle contribue aux performances de l industrie. Par une bonne gestion de l énergie, on doit pouvoir assurer : L utilisation optimum des actionneurs industriels (moteurs, chauffage...) ; Les économies d énergie maximales (pour réduire les coûts de fabrication) ; La sécurité des biens et des personnes amenées à travailler sur les équipements électriques. 2 LES SOURCES D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE Les sources d énergie électrique sont les centrales électriques. Leur principe de fonctionnement est de mettre en rotation un alternateur, c est à dire une génératrice qui fournit une tension alternative de l ordre de 20 kv à la fréquence de 50 Hz. Pour les centrales thermiques (fuel, charbon ou nucléaire), la rotation de l alternateur est produite par de la vapeur d eau chauffée qui agit sur une turbine solidaire de l alternateur. Pour les centrales hydrauliques, c est l action de l eau qui fait tourner une turbine solidaire de l alternateur. L alternateur produit simultanément trois tensions de même valeur efficace et de même fréquence (50 Hz) mais déphasées de 2Π/3 (120 ), on parle de tensions triphasées. 3 STRUCTURE DES RÉSEAUX DE DISTRIBUTION Le transport et la distribution de l énergie électrique s effectuent actuellement avec les tensions suivantes : Lignes THT (Très Hautes Tensions) de 400 kv ; Lignes THT de 225 kv pour le réseau de distribution national ; Lignes HT de 90 kv et 45 kv pour les répartitions régionales et locales ; Lignes MT (Moyennes Tensions) de 20 kv pour les industries, les villes et villages ; Lignes BT (Basses Tensions) de 230 V ou 400 V. ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 1/6
Voici un schéma synthétique montrant le réseau français de transport de l'énergie : On peut voir que le transport de l'énergie se fait en haute tension (jusqu'à 400 kvolts) à cause des pertes par effet Joule qui sont beaucoup moins importantes dans ce cas. Puis, progressivement, cette tension est ramenée à des valeurs de plus en plus basses (20 kvolts pour les entreprises) pour arriver chez le particulier à une valeur de 230 Volts. 4 LE MODE DE TRANSPORT Pour des besoins industriels, on transporte l'énergie électrique sous forme triphasée. Dans ce cas nous avons 4 conducteurs (en général) : 3 conducteurs de phase (L1, L2, L3). 1 conducteur appelé neutre (N). La tension entre conducteurs de phase est appelée tension composée. La tension entre le neutre et une phase est appelée tension simple. ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 2/6
L1 L2 L3 neutre E D F Maison Distribution monophasée Industrie Distribution triphasée Schéma du réseau EDF et la distribution de l'énergie électrique en monophasé et triphasé L'allure des tensions du réseau est la suivante : Nous voyons bien trois tensions sinusoïdales, qui sont déphasées (ou décalées) de 120 (ou 1/3 de période) l'une par rapport à l'autre. ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 3/6
5 PUISSANCE ÉLECTRIQUE Au sens le plus général, la puissance se calcule avec la formule suivante : p(t) = v(t) * i(t) Que l'on peut traduire par : La puissance instantanée vaut la tension instantanée multipliée par le courant instantané. Pour notre part, nous utiliserons deux cas : le monophasé et le triphasé. Remarque très importante! Nous n'utiliserons jamais la forme mathématique des signaux, ce qui ferait intervenir des outils mathématiques trop lourds. Nous utiliserons toujours la valeur efficace des signaux. CAS MONOPHASÉ Dans le cas monophasé, le calcul des puissances se fait de manière très simple. Le schéma est le suivant : V A I V Récepteur Electrique La formule générale dans ce cas est : P =U I cos φ représente le décalage qu'il y a entre le courant et la tension (voir TD). Si les signaux sont continus alors cos(φ)=1. ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 4/6
CAS TRIPHASÉ Dans ce cas, le récepteur est branché aux phases conductrices. Le schéma est le suivant : I 1 L1 L2 I 2 I 3 Moteur V 1 V 2 L3 V 3 La formule permettant de calculer la puissance absorbée par le récepteur (ici c'est un moteur mais ça pourrait être autre chose) est : P = 3U.I.cos ou bien P =3.V.I.cos Rem1 : la différence entre les deux formules sera faite en TD. Rem2 : φ représente toujours le décalage entre le courant et la tension. 6 LE RENDEMENT Une des caractéristiques de tout système qui doit convertir ou transporter de l'énergie est d'avoir le meilleur rendement possible. Malheureusement il n'existe pas encore de machine parfaite qui convertisse intégralement l'énergie sans en perdre au passage. Pour rendre compte de tout cela on fait un bilan des puissances : ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 5/6
Puissance absorbée Puissance disponible Pertes 2 Pertes 1 Allure générique d'un bilan des puissances Le calcul du rendement est extrêmement simple : = Puissance Disponible Puissance absorbée Comme il n'a pas de dimension (c'est à dire pas d'unité) il s'exprime en %. Les pertes sont dues à différentes causes, par exemple des frottements dans les systèmes mécaniques ou des pertes par effet joule dans tous les conducteurs électriques. Dans la plupart des cas nous aurons à traiter des exemples ou la puissance absorbée est électrique et ou la puissance disponible est mécanique. ENERGIE ET PUISSANCE ELECTRIQUE PAGE 6/6