Generalite sur le reseau d’energie electrique

L’énergie électrique est l’un des éléments fondamentaux nécessaires pour le développement d’un pays, surtout pour les mondes urbains. Actuellement à Madagascar, la JIRAMA essaie toujours de satisfaire la demande en énergie électrique, en quantité et en qualité, de leurs clients. Mais il reste beaucoup à faire à causes de nombreux problèmes dont nous allons étudier un. Les réseaux électriques « basse tension » sont souvent le siège de pertes et de chutes de tension excessives, notamment en raison des déséquilibres de charges entre les phases. Le distributeur doit distinguer les désordres liés aux déséquilibres et aux insuffisances de dimensionnement du réseau. Ce qui nous conduit à l’étude du présent mémoire intitulé : « REDUCTION DES PERTES DUES AUX DESEQUILIBRES DE CHARGES DANS UN RESEAU ELECTRIQUE BASSE TENSION » .

GENERALITE SUR LE RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE 

Un réseau électrique est l’ensemble des moyens qui servent à transmettre l’énergie électrique d’une région où on le produit à une région où on le consomme. Les sociétés chargées de produire et de livrer l’énergie électrique dans un lieu donné, se fixent un certain nombre d’objectifs, à savoir :
-La sureté de fonctionnement du réseau, en particulier le phénomène d’écroulement de la tension
-Le respect des plages de paramètres (tension, fréquence,…) contractuelles
-Le respect des plages de tension propres aux différents appareillages
-La minimisation de pertes, une sensibilité à la puissance réactive, ainsi que l’optimisation de puissance maximale transmissible
-Réduire le taux de défaillance en réalisant des travaux de maintenances et d’entretien périodiques.
-Eviter que les perturbations dues à un utilisateur ne se répercutent sur les autres, en choisissant des dispositifs de protection convenables.

Ces critères sont indispensables tant pour le bon fonctionnement du réseau que pour le maintien de la qualité du service.

Les classifications des réseaux électrique 

Parmi les différents critères permettant de classer les réseaux, on en retiendra quatre dont l’intérêt est évident.
a) la tension : elle limite les puissances transportées et fixe les dimensions des lignes et les matériels des postes ;
b) la fonction du réseau : elle détermine les quantités d’énergie, les puissances qu’il recevra ou fournira. Elle influence donc de façon essentielle le choix de sa tension et les contraintes imposées au fonctionnement du réseau.
c) la topologie du réseau : Il fixe son mode d’exploitations normales et les possibilités de secours en cas d’incidents.
d) le système utilisé : courant alternatif ou courant continu .

Les classes de tensions des réseaux d’énergie 

L’échelle des tensions utilisées dans les réseaux d’énergie est très vaste puisqu’elle va de quelque dizaine de volts à près du million de volts. A l’intérieur de ce domaine, on peut distinguer les plages suivantes :
a) Très basses tensions (TBT) sont les tensions inférieures à 50 volts et plus généralement à 30 volts, elles sont utilisées pour les jouets électriques et dans des locaux très humides.
b) Les basses tensions (BT) vont de 50 à 1000 volts, elles sont utilisées pour les appareils domestiques et la plupart des appareils industriels. Elles servent à la distribution électrique dans les quartiers ou communes (rayon d’environ 500m autour des postes de distribution).
c) Les moyennes tensions (MT) sont les tensions comprises entre 1 et 35 kV, elles sont utilisées pour le transport d’énergie à moyenne distance et les réseaux industriels.
d) Les hautes tensions (HT) vont de 35 à 275 kV elles sont utilisées pour le transport d’énergie à longue distance et aux transit élevés.
e) Les réseaux très hautes tensions (THT) c’est-à-dire à tension égale ou supérieure à 300kV, sont d’apparition récente. Ils ont été rendus nécessaires par l’accroissement des puissances à transporter.

Les différentes fonctions des réseaux d’énergie 

Les réseaux sont construits pour amener l’énergie du lieu de sa production à l’appareil d’utilisation. Les conditions de ce transit ne sont cependant pas rigoureusement les mêmes d’un bout à l’autre de la chaîne des installations nécessaires. Les puissances mises en jeu et les répercussions incidentes présentent des contraintes qui nous conduisent à définir différentes fonctions spécifiques des réseaux électriques.
a) Les réseaux d’utilisation doivent pouvoir alimenter directement un grand nombre d’appareils domestiques ou de petits moteurs, dont la puissance individuelle va de quelques dizaines de watts à quelques kilowatts.
b) Les réseaux industriels sont des réseaux d’utilisation nécessitant des puissances relativement élevées. Ils peuvent alors utiliser soit des basses tensions, soit même des moyennes tensions de l’ordre de 5 à 6 kV. Ces réseaux sont généralement exploités à l’intérieur des usines.
c) Les réseaux de distribution ont pour fonction de fournir aux réseaux d’utilisation la puissance dont ils ont besoin, c’est-à-dire que le réseau de distribution est le sous-ensemble constitué des techniques et de matériels situés entre le poste source et le point de livraison de l’énergie électrique.
d) Les réseaux de répartition fournissent la puissance aux réseaux de distribution, mais ne peuvent la transiter que sur des distances limitées à quelques dizaines de kilomètres. Ils sont alimentés, soit par des usines locales généralement hydrauliques, soit par des postes des réseaux de transport.
e) Les réseaux de transport assurent l’alimentation de l’ensemble du territoire, grâce à des transits de puissances importantes sur des distances atteignant cent ou plusieurs centaines de kilomètres.
f) Les réseaux d’interconnexion constituent des liaisons entre réseaux de transport puissants, liaisons qui ont un double rôle :
➤Un rôle de sécurité en permettant le secours réciproques des réseaux dans le cas où un incident dans l’un d’eux les prive de sources importantes.
➤Un rôle économique, grâce à des échanges en fonction de prix de revient relatifs de l’énergie produite par les différents réseaux et dont le but est de minimiser le coût total de production.

Systèmes utilisés du réseau 

Le système alimentation d’un utilisateur peut se faire en monophasé ou en triphasé alternatif ou continu .Celle en monophasé nécessite deux fils, le neutre et une phase. La majeure partie des particuliers sont alimentés en monophasé. Par contre, la production d’électricité et de son transport jusque chez l’utilisateur, l’énergie électrique est sous forme triphasée. L’alimentation électrique triphasée utilise quatre câbles : trois phases et le neutre qui est relié à la terre. Chaque phase est parcourue par un courant alternatif sinusoïdal décalé de 120 degrés par rapport aux deux autres phases. Lorsque la somme vectorielle des trois phases est nulle le courant est dit équilibré. Afin de rester le plus équilibré possible entre les phases, le Distributeur répartit au mieux les utilisateurs sur les trois phases. Le déséquilibre entre les phases est un des facteurs qui peut modifier la tension chez l’utilisateur.

Topologie du réseau d’énergie électrique

Si les réseaux doivent assurer le transit d’une certaine puissance, ils doivent le faire avec un minimum de pertes. Or les appareils qui les composent sont assujettis à des avaries, et les lignes et postes sont soumis à toutes sortes d’agressions externes, telles que la pluie, la pollution, la foudre, le choc d’engins divers. Ainsi la minimisation des pertes est impérative. Il conduira donc à des topologies de réseaux différentes.

Les réseaux arborescents 

Les réseaux radiaux sont des réseaux constitués de plusieurs artères ; partant d’une poste d’alimentation, chaque artère va en se ramifiant, mais sans jamais retrouver de point commun. C’est comme la structure d’un arbre, chaque artère constitue le tronc. En pratique, si l’on regarde une carte d’un tel réseau, on aperçoit des points communs. Mais ces réseaux sont en fait « bouclables mais non bouclés», car en ces points se trouve toujours un appareil de coupure, ouvert en exploitation normale. Cette disposition permet en cas d’incident sur une artère, d’assurer l’alimentation de certaines dérivations par des artères voisines. Les réseaux arborescents sont de structures simples et peuvent être contrôlés et protégés par un appareillage simple. La plupart des réseaux de la JIRAMA sont des réseaux arborescents.

Les réseaux bouclés

Ils sont alimentés par plusieurs sources. Les lignes les reliant appelées « boucles » n’ont pas de discontinuité, de sorte que ces sources débitent en parallèle Le nombre de boucle est toujours réduit, et chacune comporte des dérivations plus ou moins importantes et plus ou moins ramifiées. L’existence de plusieurs sources en parallèle augmente la sécurité d’alimentation, en cas d’avarie de l’une d’elles (transformateurs), ou en cas d’avarie sur une boucle. Dans ce dernier cas, le tronçon avarié est isolé et les deux fractions du réseau, de part et d’autre de se tronçon, sont exploitées momentanément en réseaux radiaux. On voit que la sécurité est d’autant mieux assurée que les boucles sont en un plus grand nombre de tronçon, reliés par des disjoncteurs. Mais le coût du réseau en est augmenté d’autant. De plus, le contrôle et la protection des réseaux nécessitent des dispositifs plus complexes donc plus chers que les réseaux radiaux.

Les réseaux maillés

Ces sont des réseaux où toutes les lignes sont bouclées, formant ainsi une structure analogue aux mailles d’un filet. De plus, le nombre de sources débitant en parallèle peut atteindre plusieurs centaines. Cette structure nécessite que toutes les lignes ou de câbles soient capables de surcharges permanentes, et qu’ils soient munis, à leurs deux extrémités, d’appareils de coupure, les isolant en cas d’avarie. On trouve très rarement des réseaux maillés « superposés », c’est-à-dire à tensions différentes, l’un alimente l’autre à travers des transformateurs qui se trouvent alors mis en parallèle, aussi bien sur le côté primaire que sur le secondaire.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE 1 : GENERALITES
Chapitre I. GENERALITE SUR LE RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE
I.1. Introduction
I.2. Les classifications des réseaux électrique
I.3. Les classes de tensions des réseaux d’énergie
I.4. Les différentes fonctions des réseaux d’énergie
I.5. Systèmes utilisés du réseau
I.6. Topologie du réseau d’énergie électrique
I.6.1. Les réseaux radiaux
I.6.2. Les réseaux bouclés
I.6.3. Les réseaux maillés
I.7. Connexion d’une charge
I.8. Couplage étoile (cas équilibré)
Chapitre II. LES DESEQUILIBRES DE CHARGES
II.1. Introduction
II.2. Origine des déséquilibres
II.2.1. Fonctionnement d’un transformateur déséquilibré
II.2.2. Déséquilibre de tension
II.2.3. Détermination du potentiel au point neutre
II.2.4. Transformation de Fortescue
II.3. Effets des déséquilibres de tension
II.4. Effet du déséquilibre sur le réseau en général
Chapitre III. GENERALITES SUR LES PERTES DANS UN RESEAU ELECTRIQUE
III.1. Introduction
III.2. Les pertes techniques
III.3. Les pertes non techniques
PARTIE 2 : METHODOLOGIE
Chapitre IV. EQUILIBRAGE DES PUISSANCES ACTIVES
IV.1. Introduction
IV.2. Modélisation des éléments de réseau
IV.2.1. Modélisation des lignes
IV.2.2. Modélisation d’un générateur
IV.2.3. Modèle des charges
IV.2.4. Modèle des nœuds
IV.3. Puissance injectée au nœud
IV.3.1. Cas de deux nœuds
IV.3.2. Généralisation pour un réseau électrique à n nœuds
IV.4. Calcul des phases des tensions nodales
IV.5. -Estimation de la puissance demandée à chaque nœud
Chapitre V. COMPENSATION REACTIVE
PARTIE 3 : APPLICATION
Chapitre VI. PRESENTATION DES DONNEES
VI.1. Introduction
VI.2. Remarque
VI.3. Facteurs de puissance au niveau du poste de transformateur n°16 en 2007
Chapitre VII. LOGICIEL DE CALCULS POUR LA REDUCTION DE PERTE DUES AUX DESEQUILIBRES DE CHARGES DANS UN RESEAUX BT
VII.1. Introduction
VII.2. Présentation du logiciel
Chapitre VIII. RESUTATS DES APPLICATIONS
VIII.1. Introduction
VIII.2. Résultats de calculs des condensateurs pour le montage en étoile
PARTIE 4 : REGARD SUR L’ENVIRONNEMENT
Chapitre IX. INTRODUCTION
IX.1. Définition
IX.2. Charte de l’environnement Malagasy et décret MECIE
IX.3. Les effets négatifs de l’énergie électrique
IX.4. Mesures à prévoir pour atténuer ces impacts négatifs
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES

Lire le rapport complet