Generalites_ Appareillage Electrique Et Materiaux_ok2

11

GEL-22230 Appareillage lectrique et Matriaux

Gnralits

Hiver 2008 M. Zerbo

Cours N1

16-01-2008

2

Plan

1.- Introduction2.- Objectifs de ce cours3.- Les sources conventionnelles de gnration de lnergielectriques.4.- Structure et composants d'un rseau lectrique5.- Rle et performance du matriel de rseau6.- Problmatique de la conception et de la mise

en oeuvre du matriel7.- Exemples de constructeurs de matriels lectriques8.- Conclusion

23

1.- Introduction

Lnergie lectrique est la plus propre des nergies. De sa production son utilisation, il y a toute une chane de conversion, lectromcanique, lectromagntique et lectrique prendre en consideration.

Llectricit transite travers diffrents appareillages lectriques qui eux mmes subissent les effets du courant qui les traverse. Il est doncimportant de savoir bien dimensionner les appareils lectriques.

Selon la nature des matriaux dont ils sont fabriqus, les appareilslectriques pourront avoir un bon rendement, une longue dure ou un bon rapport qualit/prix .

4

2.- Objectifs

Les objectifs de chapitre sont de connatre :

- Les mthodes conventionnelles de gnration de lnergie lectrique.

- La structure et les composants d'un rseau lectrique;- Le rle et la performance du matriel de rseau;- La problmatique de la conception et de la mise

en oeuvre du matriel;- Quelques exemples de constructeurs de matriels

lectriques.

35

3.- Les sources conventionnelles de gnration de lnergie lectrique

Les sources conventionnelles utilises pour la gnration de lnergie lectrique sont :

3.1 - Les sources fossiles;3.2 - Les sources nuclaires;3.3 - Les sources gothermiques;3.4 - Les sources hydrolectriques;3.5 - Les sources oliennes;3.6 - Les sources photovoltaques;3.7 - Lhydrogne (piles combustible).

6

3.1- Les sources fossiles

Les combustibles les plus frquemment utiliss sont : - Le ptrole;- Le gaz naturel;- La houille (charbon).

Les combustibles sont brls pour chauffer de leau. La vapeur sous pression (2500-3500 psi c--d 175-245 Bars) peut avoir une temprature avoisinant540C. Elle est utilise pour faire tourner une turbine relie un alternateur.

47

3.2- Les sources nuclaires

Les combustibles les plus frquemment utiliss sont : - Luranium ;- Le plutonium.

Plus de 500 centrales nuclaires sont oprationnellesdans le monde. Environ 300 dentre elles utilisent un racteur eau pressurise. Plus de 100 dellesutilisent la vapeur issue de leau en bulition.

Les centrales nuclaires modernes produisent entre100 et 1200 MW.

8

3.2- Les sources nuclaires

59

3.3- Les sources gothermiques

La partie solide de la crote terrestre a uneprofondeur denviron 32 km. En dessous de cettecrote se trouve le magma dont la chaleur est unesource gothermique.

certains endroits le magma est trs proche de la surface de la terre, il y a donc possibilit auxditsendroits dutiliser cette source gothermique.

Parmi les sources gothermiques, les sources hydrothermiques sont les plus utilises. La puissance installe de part et dautre du globe est de lordre de 2000 MW.

10

3.4- Les sources hydrolectriques

La matire premire est leau. La mise en place de la centrale ncessite cependant la construction dun barrage pour stocker et contrler le dbit de leau.

Le principe repose sur le fait de faire tourner des hlicessolidaires un alternateuren se servant de lnergiepotentielle de leau dansle barrage.

611

3.5- Les sources oliennes

La matire premire demeure en tout temps le vent

Le vent fait tourner les hlices, qui leur tour font tourner le rotor de la machine lectrique.

Cest une source dnergie qui est trs propre.

Le rendement est de lordre de40%.

12

3.6- Les sources photovoltaques

Lnergie solaire est de plus en plus utilise. La conversion de lclairage du soleil en nergielectrique est assure par les cellules photovoltaques des panneaux solaires.

Le rendement des panneaux solaires estgnralement de lordre de 15-17%. Des recherchessont cependant en cours pour doubler le rendement.

713

3.7- Lhydrogne (la pile combustible)

La pile combustible est un dispositif statique qui convertit directement et continuellement lnergiechimique de lhydrogne en lectricit. La transformation est isotherme.

La raction chimique entre lhydrogne et loxygnedgage de la chaleur et produit simultanment ducourant lectrique.

Le rendement est de lordre de 43 55%.

La sortie de la pile combustible est du type faibletension et fort courant continu . Il faut donc utiliserun onduleur afin davoir une tension alternative.

14

4.- Structure et composants dun rseau lectrique

4.1- Les Centrales lectriques;4.2- Les transformateurs lectriques;4.3- Les rsaux lectriques;4.4- Les lments ouvertures et de protections ;4.5- Les systmes de compensation de puissances

ractives;4.6- Les quipements des consommateurs.

815

4.1- Les centrales lectriques

4.1.1 - Les alternateurs (machines synchrones);

4.1.2 - Les oliennes (machines asynchrones) ;

4.1.3 - Les panneaux solaires;

16

4.1.2 - Les alternateurs (machines synchrones)

917

4.1.2 - Les oliennes (machines asynchrones )

Figure 1.1 Machine asynchrone cage de 250 HP ( Westinghouse Global_Series(05.03))

18

4.1.3 - Les panneaux solaires

Panneau solaire Marla dans le cirque de Mafate, la Runion.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Panneau_solaire

10

19

4.2- Les transformateurs lectriques

4.2.1 - Les transformateurs lvateurs de tension;

4.2.2 - Les transformateurs abaisseurs de tension;

4.2.3 - Les transformateurs disolation;

4.2.4 - Les transforamteurs triphass et monophass;

4.2.5 - Les transformateurs dinstrumentation.

20

4.2.1- Les transformateurs lvateurs de tension

11

21

4.2.2- Les transformateurs abaisseurs de tension

22

4.2.3- Les transformateurs disolation

12

23

4.2.4- Les transformateurs triphass et monphass

24


13

25


26

4.2.5- Les transformateurs dinstrumentation

- La diffrence des autres types de transformateursces derniers ont des sorties secondaires compatibles avec les instruments de mesures lectriques standards tels que les voltmtres et ampremtres. - Ils abaissent la tension et assure une isolation galvanique entre le circuit de puissance et le circuit de mesure.- Communment, ils sont appls TC ou TI par les industriels. Ils sont trs importants pour les rseauxlectriques. - Les systmes dacquisition et de contrle des rseaux distance (SCADA) utilisent ces types de transfo.

14

27

4.3- Les rseaux lectriques

4.3.1 - Les rseaux de transport;

4.3.2 - Les rseaux de rpartition;

4.3.3 - Les rseaux de distribution;

4.3.4 - Les rseaux dusines;

4.3.5 Profile de consommation.

28

4.3- Les rseaux lectriques

15

29

4.3.1- Les rseaux de transport

30


16

31


32


17

33

4.3.2- Les rseaux de rpartition

34

4.3.2- Les rseaux de rpartition

18

35

4.3.3- Les rseaux de distribution

36


19

37


38

4.3.4- Les rseaux dusines

Les configurations de rseaux dusines sont trsvariables. Ce sontgnralement des rseauxmoyennes tensions (MT).Les charges usuelles sont :- les converstisseursstatiques;- Les machines lectriques;- Les compensateurs de puissances ractives.

20

39

4.3.5- Profile de consommation dnergie lectrique

40

4.4- Les lments douverture et de protection

Quelques matriels usuels :

4.4.1 - Les Fusibles;

4.4.2 - Les Disjoncteurs;

4.4.3 - Les Sectionneurs;

4.4.4 - Les relais (temporiss ou non);

4.4.5 - Les parafoudres, mises la terre et fils de garde.

21

41

4.4.1 Les Fusibles

42

4.4.2 Les disjoncteurs

22

43

4.4.2 Les disjoncteurs

44

4.4.3 Les sectionneurs

23

45

4.4.3 Les sectionneurs

Exemple de sectionneur

46

4.4.4 Les relais (temporiss ou non)

Les relais sont trs utiliss comme lments dactionlors des dfautes sur les lignes.

24

47

4.4.5 - Les parafoudres, mises la terre, et fils de garde

Exemples de parafoudre

48


BIL : Basic Insulation Impulsion LevelCWW: Chopped Wave Withstand

25

49


BIL: Basic Insulation Impulsion LevelCWW: Chopped Wave Withstand

50


26

51


Protection lors de lentretien des lignes

52

4.5- Les systmes de compensation de puissance ractive

27

53


54


Les systmes peuvent tre simples ou complexes :

Les systmes peuvent aussi tre du type shunt ousrie.

- Ils sont simples quand, dans ils sont faitsdinductances ou de bancs de condensateurs.- Ils sont complexes lorsquils sont faits duneassociation convertisseurs statiques, loi de commande, dinductances et de bancs de condensateurs.

28

55


Exemple de compensation srie.

56


29

57

4.6- Les quipements des consommateurs

4.6.1 - Les lectromnagers;

4.6.2 - Les appareils lectroniques;

4.6.3 - Les systmes de chauffage et de ventilation;

4.6.4 - Les matriels de dpannage et bricollage : chargeurs de batteries, scies lectriques,.

58

5.- Rle et performance du matrielde rseau

Cette section sera dvloppe lors du cours au fur et mesure que les composants du rseau seront abordsdans les sections 3 et 4 prcdentes.

30

59

6.- Problmatique de la conception et de la mise en oeuvre du matriel

Cette section sera dveloppe lors du cours au fur et mesure que les composants du rseau seront abordsdans les sections 3 et 4 prcdentes.

Rappel sur lessentiel vu aux sections 3 et 4. Les prochains chapitres dvelopperont davantage cetaspect.

60

7.- Exemples de constructeurs de matriels lectriques

- Westinghouse

- ABB

- Baldor

Exercice: Trouver un constructeur pour chacun des lments du rseau lectrique couvert par ce chapitre.

-

31

61

8.- Conclusion

Ce chapitre sur la gnralit aborde de faon succinte le role de chacun des lments que lon peut retrouver dans un rseau lectrique.

Il est donc important pour les lectrotechniciens et les ingnieurs lectriques de bien connatre le fonctionnement, la constitution, la technologie, le dimensionnement du matriel, et les matriaux utiliss dans les rseaux lectriques.

62

Rfrences:

3 E. Lakervi and E. J. Holmes, Electricity distribution network design, IEE power series 21, 2nd dition, ISBN 086341 309 9, UK 1996.

1 R. C Dorf, Electrical Engineering, Handbook, CRC Press, Inc.,Chapitres56-61, TK145.E354 1993, Florida-USA 1993.

2 T.A.Short, Electric Power Distribution, Handbook, CRC Press, Inc., TK3001.S47 2003, USA 2004.

4 Robert w. Smeaton, Switchgear and Control Handbook, 2nd dition, ISBN 0-07-058449-4, USA 1977.

5 N. G. Hingorrani and L. Gyugyi, Understanding FACTS, conceptions and technology of flexible AC transmission systems, IEEE Press, ISBN 0-07803-3455-8, NY. USA 2000.

6 Jean Tessier, Power-Point pour cours dappareillage, Ingnieur BBA, Ulaval, Ele4458, Hiv 2005.

32

63

FIN

Documents

Generalites_ Appareillage Electrique Et Materiaux_ok2