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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche Scientifique Faculté de Technologie Département de Génie Electrique Laboratoire de Réseaux Electriques Matière : UEM. 112. T.P. Réseaux de Transport et de Distribution d’Energie Electrique M me ZIDANE née LATRI FATIHA 2019-2020

T.P. Réseaux de Transport et de Distribution d’Energie Electrique...UEM. 112. TP Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique 5 Laboratoire de Réseaux Electriques

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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche Scientifique

Faculté de Technologie

Département de Génie Electrique

Laboratoire de Réseaux Electriques

Matière : UEM. 112.

T.P. Réseaux de Transport et de

Distribution d’Energie Electrique

Mme ZIDANE née LATRI FATIHA

2019-2020

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UEM. 112. TP Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique

2 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

Avant-propos

Ce fascicule de travaux pratiques est destiné aux étudiants de Master académique du

domaine Sciences et Technologies, des filières d’électrotechnique et des énergies

renouvelables (socle commun) conformément aux nouveaux programmes de 2016 – 2017.

Ce fascicule contient quatre TP indépendants :

T.P. N°1 : Régulation de la tension d’une ligne électrique à l’aide des condensateurs

T.P. N°2 : Régulation de la tension d’une ligne électrique par moteur synchrone

T.P. N°3 : Echange de transit de puissance entre deux réseaux interconnectés

T.P. N°4: Schémas de liaison à la terre

Chaque TP comprend :

- Le but du T.P.

- Un aperçu théorique nécessaire à la compréhension du T.P.

- Une description du matériel nécessaire à la réalisation du T.P.

- Une description des étapes à suivre pour réaliser les essais durant la séance de T.P.

Ces T.P sont le fruit de travail des enseignants de réseaux électriques de l’université de

Bejaia, je les ai adaptés aux nouveaux programmes.

Déroulement des séances de T.P.

- L’étudiant doit préparer le T.P. avant de faire la manipulation.

- Le compte rendu du TP doit être remis après quinze jours de date de la manipulation.

- Des tests individuels sur le montage et la compréhension des T.P. seront organisés à la

fin du semestre.

Utilisation conforme

- L’ensemble des T.P. décrits dans ce fascicule ne doivent être utilisés que dans le cadre

de l’enseignement sous l’encadrement des enseignants.

- Les étudiants doivent respecter les consignes de sécurité données par leur enseignant.

- Les étudiants ne doivent pas mettre le montage sous tension qu’après sa vérification

par leur enseignant.

Ces T.P. ne sont pas sans risques sur les étudiants ou sur le matériel du laboratoire, je

dégage toute responsabilité consécutive à un usage faut de ce document ou à un usage auquel

il n’est pas destiné.

Mme ZIDANE FATIHA

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SOMMAIRE

Avant-propos ………………………………………………………………………… 2

TP N°1 : Régulation de la tension d’une ligne électrique à l’aide des condensateurs

1. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 4

2. Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 4

3. Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 7

4. Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 7

TP N°2 : Régulation de la tension d’une ligne électrique par moteur synchrone

1. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 10

2. Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 10

4. Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 11

5. Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 11

TP N°3 : Echange de transit de puissance entre deux réseaux interconnectés

1. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 14

2. Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 14

4. Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 17

5. Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 17

TP N°4 : Schémas de liaison à la terre

1. But du TP ………………………………………………………………...…….…. 20

2. Etude théorique ……………………………..…………………..…………….….. 20

4. Matériel nécessaire ………………………………………..………...…...……….. 24

5. Manipulation ……………………………………………………………….…..…. 24

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1. But du TP

Le but du TP est l’étude de :

l’influence du type de la ligne sur la régulation de la tension ;

la régulation de la tension à la réception par compensation de la puissance

réactive ;

la puissance maximale transmise par une ligne.

2. Etude théorique

2.1 La régulation de la tension

Les récepteurs d’énergie électrique tels que les lampes, les moteurs

électriques sont conçus pour fonctionner sous une tension bien déterminée ; leur

fonctionnement devient défectueux, dès que les variations de la tension

dépassent certaines limites (5 à 10% de chute de tension sont généralement

tolérées). Pour un bon fonctionnement des récepteurs, il faut réguler la tension.

La régulation de la tension est le taux de variation de la tension aux bornes

de la charge. La régulation de la tension pour une ligne courte est :

100.100.%2

21

2

21

U

UU

V

VVR

−=

−=

V1 : tension constante à la source.

V2 : tension aux bornes de la charge

2.2 Puissance transmise par une ligne – Puissance transmise maximale

La puissance active que peut transmettre une ligne à la réception est

limitée et dépend du type de la ligne.

Cas d’une ligne résistive :

La puissance active transmise par une phase de la ligne résistive est :

R

V

R

VV2

2212 cos= P −

Avec :

R : résistance de la ligne.

: angle de déphasage entre les

tensions à la source et à la réception.

TP N°1 : REGULATION DE LA TENSION D’UNE LIGNE

ELECTRIQUE A L’AIDE DES CONDENSATEURS

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5 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

La puissance maximale (Fig. 1.1) qui peut transitée par une phase de la ligne

résistive est :

R

V

4= P

2

1max

Cette valeur est obtenue pour

V2 = 0,5V1.

Fig. 1.1

Si la ligne résistive transporte une puissance proche de Pmax, la chute de tension

et les pertes par effet Joule seront grandes à travers la ligne.

Si on permet une chute de tension relative de 5% alors la tension V2 = 0, 95 V1

P2 (5%) =19% Pmax.

La source doit fournir P2 (5%) absorbée par la charge plus les pertes par effet

Joule à travers la ligne.

Cas d’une ligne inductive

La puissance active transmissible par

une phase de la ligne inductive est :

2

2

2

1221

2 VVV

sinVV

= P −=XX

X : la réactance de la ligne.

La puissance active maximale transmissible par cette ligne est (Fig. 1.2) :

X2

V= P

2

1max

Elle est obtenue pour :

11

2 V707,02

VV ==

Si on permet une chute de tension

relative de 5% (V2 = 0,95 V1)

max2 P%60= (5%)P

Fig. 1.2

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6 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

Conclusion

Pour le même module de l’impédance, une ligne inductive donne de meilleures

performances qu’une ligne résistive.

Cas d’une ligne inductive avec compensation

Si on ajoute une réactance capacitive XC appropriée à l’extrémité de la ligne

inductive, la puissance active maximale transmissible sera le double de celle du

cas précédent (Fig. 1.3) :

X

2

1max

V= P

Au fur et à mesure que la puissance active demandée par la charge augmente, la

tension V2 diminue, on fait varier XC telle que V2 soit constante et égale àV1.

On peut garder V2 constante et égale à V1 jusqu’a une limite P2=Pmax, après cette

limite la tension V2 décroît en ligne droite, c’est l’écroulement de la tension.

Fig. 1.3

Conclusion

La régulation de la tension est parfaite et la tension demeure constante

jusqu’à Pmax, ainsi on peut transporter une puissance active P2 égale à la capacité

maximale de la ligne. Le condensateur fournit une partie de la puissance réactive

absorbée par la ligne et l’autre partie provient de la source.

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7 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

3 Matériel nécessaire

- Un autotransformateur monophasé CA 0-250V.

- Trois rhéostats de résistances variables 0-330 Imax=1A.

- Une bobine d’inductance variable 0-1,2H

- Trois capacités à cavalier 15,5 F.

- Trois ampèremètres

- Trois voltmètres.

- Un ohmmètre

4 Manipulation

4.1 Cas d’une ligne résistive

Dans le montage de la figure 1.4 :

• la ligne est formée par une résistance (R=251)

• la charge est formée par deux résistances variables 0-330 en série.

- Régler préalablement la valeur la résistance de la charge à Rch= 650

- Réaliser le montage de la figure 1.4.

- Fermer l’interrupteur K et régler la tension à la sortie de

l’autotransformateur à V1 = 150V.

- Varier progressivement la résistance de la charge de 650 à 0 par pas de

50 environ et mesurer pour chaque valeur de Rch le courant I et la

tension V2.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 1.1

Fig.1.4 –Cas d’une ligne résistive.

Travail demandé

- Calculer pour chaque valeur de Rch, les grandeurs cos1, P1, P2, Q1, Q2, et

R%.

- Tracer la courbe V2=f(P2)

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8 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

- Déterminer graphiquement la valeur de la puissance maximale (Pmax)

transmise par cette ligne et comparer la avec la valeur théorique.

- Déterminer la valeur de la tension V2 en fonction de V1 qui correspond à

cette puissance maximale.

- Si on permet une régulation maximale de tension de 5 % déterminer

théoriquement et graphiquement, la puissance transmise par cette ligne en

fonction de Pmax et la puissance fournie par la source qui correspond à

cette puissance transmise.

4.2 Cas d’une ligne inductive sans compensation

- Réaliser le montage de la figure 1.5 avec l’interrupteur K2 ouvert

• la ligne est formée par une bobine de R=11,5 L=0,8H.

• la capacité variable (C) est formée par trois capacités à cavalier

15,5 F montées en parallèle.

- Répéter la même procédure de travail de l’essai précédent.

- Placer les valeurs mesurées de I et V2 dans le tableau 1.2.

- Faire le même travail demandé dans l’essai précédent pour ce cas.

Fig.1.5 – K1 ouvert : cas d’une ligne inductive sans compensation.

K1 fermé : cas d’une ligne inductive avec compensation.

4.3 Cas d’une ligne inductive avec compensation

- Réaliser le montage de la figure 1.5 avec l’interrupteur K2 fermé

- Répéter l’expérience précédente mais pour chaque valeur de Rch varier la

capacité C telle que la tension V2 soit la plus proche possible de la tension

V1 (pour varier la capacité, utiliser à chaque fois l’interrupteur K2). - Mesurer la tension V2, les courants I, IR et IC et la capacité C.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 1.3.

- Faire le même travail demandé dans l’essai précédent.

- Comparer la puissance maximale transmissible par les trois types de

lignes et donner une conclusion.

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Date : ….. / …. /20…..

Groupe : …….

Sous-groupe : ……

Nom & Prénom des étudiants Emargement

Tableau 1.1 : Cas d’une ligne résistive V1=150 V R=251

Rch () 650 . . . . . . . . .

I(mA)

V2(V)

Tableau 1.2 : Cas d’une ligne inductive sans compensation V1=150 V R=11,5 L=0,8H

Rch () 650 . . . . . . . . .

I(mA)

V2(V)

Tableau 1.3 : Cas d’une ligne inductive avec compensation V1=150 V R=11,5 L=0,8H

Rch () 650 . . . . . . . . .

C

V2(V)

I(mA)

IR(mA)

IC(mA)

Signature de l’enseignant (e)

Feuille de mesures du TP N°1

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10 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

1. But du TP

Etude d’un moteur synchrone raccordé au réseau.

Régulation de la tension à l’aide d’un moteur synchrone.

2. Etude théorique

En pratique, la charge en un point du réseau n’est pas constante, elle varie d’un

moment à l’autre, ce qui provoque une variation de la tension. Il faut maintenir

le profil de la tension en limites étroites (soit en régime permanent ou en régime

perturbé), pour cela, on connecte en parallèle des systèmes de compensation de

la puissance réactive.

Il existe plusieurs types de compensateurs parallèles :

- Compensateurs synchrones

- Condensateurs

- Compensateurs statiques de puissance réactive (CSPR) de la famille des

FACTS.

2.1 Compensation par moteur synchrone

Un moteur synchrone tournant à vide est capable de fournir ou d’absorber

une puissance réactive. En fonction du courant d’excitation, il peut se comporter

comme une bobine (sous-excitation) et dans ce cas il absorbe de la puissance

réactive ou comme un condensateur (surexcitation) et dans ce cas il fournit de la

puissance réactive.

L’excitation est réglée pour fournir ou absorber la puissance réactive qui permet,

par son transit en un point du réseau, d’ajuster la tension de ce point.

TP N°2 : REGULATION DE LA TENSION D’UNE LIGNE

ELECTRIQUE A L’AIDE D’UN MOTEUR SYNCHRONE

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11 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

3. Matériel nécessaire

- Un autotransformateur CA 0–220/380V – 3A

- Un autotransformateur CC 0–220V – 5A

- Deux watt-varmètres 300W/300VAR – 450V – 0,8A – 3

- Un module de ligne de transmission triphasée 220/380V– 0,37A–50Hz

- Une résistance triphasée variable 231W – 220V CA/CC

- Une machine synchrone 175 W, 1500tr/mn – 380 V 0,36A– 50Hz - 3

- Deux voltmètres et deux ampèremètres.

4. Manipulation

4.1 Moteur synchrone fonctionnant à vide

- Réaliser le montage de la figure 2.1 (mettre deux watt-varmètres en

parallèle).

- Appliquer une tension alternative US=380 V au stator.

- Quand la machine atteint sa vitesse synchrone varier le courant d’excitation

de 0 à 0,45 A avec un pas de 0,05 A, à l’aide de la tension d’alimentation à

CC (courant continu) et du rhéostat du champ et mesurer PR, QR et IL.

- Noter, en passant, le courant d’excitation pour lequel QR =0.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 2.1.

NB : Après chaque essai, il faut d’abord diminuer le courant d’excitation

jusqu’à zéro ensuite diminuer la tension d’alimentation alternative.

Fig. 2.1– Moteur synchrone fonctionnant à vide.

- Que signifie QR positive, négative ou nulle.

- Tracer la courbe )(QR excIf=

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12 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

4.2 Ligne électrique fonctionnant à vide

- Réaliser le montage de la figure 2.2 et appliquer une tension US=380 V.

- Pour la réactance de la ligne XL=200 ensuite XL=400, varier le courant

d’excitation de 0 à 0,40 A avec un pas de 0,05 A et mesurer PS, QS , PR, QR,

UR et IL.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 2.2.

- Tracer la courbe )(QR RUf= pour XL=200 et XL=400.

- Tracer la courbe )(QR excIf= pour XL=200 et XL=400

- Commenter l’allure des courbes obtenues.

- Quelles sont les limites d’utilisation de la compensation pour réguler la

tension.

Fig. 2.2 – Ligne électrique fonctionnant à vide

4.3 Ligne électrique fonctionnant en charge

- Dans le montage précédent, placer une charge résistive à la réception en

parallèle avec le moteur synchrone.

- Fixer la réactance de la ligne à XL=400.

- Pour la charge résistive Rch=, appliquer une tension US= 380V.

- Varier le courant d’excitation de sorte que la tension à la réception soit

égale à la tension de la source (UR =US) et mesurer UR, PS, QS, PR, QR et IL.

- Refaire le même travail pour chaque valeur de la charge résistive :

Rch=4400, 2200, 1467, 1100, 880, 733 et 629 par phase.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 2.3.

- Tracer la courbe )(QR RPf= et commenter son allure.

- Existe-t-il une limite à la possibilité de réguler la tension par un

compensateur synchrone ? Justifier votre réponse.

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UEM. 112. TP Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique

13 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

Date : ….. / …. /20…..

Groupe : …….

Sous-groupe : ……

Nom & Prénom des étudiants Emargement

Tableau 2.1 : Moteur synchrone fonctionnant à vide Us=380 V

Iexc (mA) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

PR (W)

QR (Var)

IL(mA)

QR=0 Iexc= ………..

Tableau 2.2 : Ligne électrique fonctionnant à vide Us=380V XL=200 / XL=400

Iexc (mA) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

UR

PS

QS

PR

QR

IL

Tableau 2.3 : Ligne électrique fonctionnant en charge Us=380V XL=400

Rch() 44

00

2200 1467

(4400//2200)

1100 880

(4400//1100)

733

(2200//1100)

629

(4400//2200//1100)

Iexc(mA)

UR

PS

QS

PR

QR

IL

Signature de l’enseignant (e)

Feuille de mesures du TP N°2

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UEM. 112. TP Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique

14 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

1. But du TP

a/ Etude du sens de transit de puissances active et réactive entre deux réseaux

interconnectés par une ligne inductive dans les cas suivants :

- Les tensions des deux stations sont différentes mais en phase.

- Les tensions sont égales mais déphasées.

- Les tensions sont différentes mais déphasées.

b/ Etude des moyens pour augmenter la capacité de transport d’une ligne

électrique.

2. Etude théorique

2.1 Paramètres influençant l’échange de la puissance active

Soit deux stations S et R liées par une ligne inductive (Fig.3.1). Les deux

stations échangent de la puissance active entre elles.

1SS = VV

2RR = VV

21 -=

Fig. 3.1 Deux stations liées par une ligne inductive

Avec :

VS module de la tension de la station S

VR module de la tension de la station R

X réactance inductive de la ligne

δ déphasage entre les tensions VS et VR appelé aussi angle de transport.

La puissance active transmise par la ligne inductive triphasée est :

sinVV

3= P RS

X

TP N°3 : ECHANGE DE PUISSANCE ENTRE DEUX

RESEAUX INTERCONNECTES

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15 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

La puissance réactive transmise par la ligne inductive triphasée est :

)cos(V

3= P S RVVsX

Pour varier la puissance active transmise, on peut agir sur :

l’amplitude des tensions à l’aide des transformateurs.

le déphasage à l’aide d’un transformateur déphaseur.

la réactance inductive de la ligne.

2.2 Etude du sens de transit de la puissance active

Si le déphasage entre les tensions VS et VR n’est pas nul, c’est lui qui

détermine le sens de transit de la puissance active entre les deux stations. La

variation du module de VS ou de VR ainsi que la valeur de la réactance inductive

de la ligne n’influent pas dans ce cas, sur le sens de transit de la puissance active

entre les deux stations. Trois cas se présentent :

1er cas δ = 0 Les tensions VS et VR sont en phase

Pour VS =VR aucune puissance active n’est transportée 0= P

2ème cas La tension VS est en avance d’un angle δ sur VR

La station S fournit la puissance active à la station R (Fig. 3.2).

Fig. 3.2

3ème cas La tension VR est en avance d’un angle δ sur VS

La puissance active circule de la station R vers la station S (Fig. 3.3).

Fig. 3.3

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16 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

2.3 Moyens pour augmenter la capacité de transit de la puissance active

L’expression de la puissance transmise montre qu'il est possible d'augmenter la

puissance transitée par une ligne inductive :

- soit en maintenant la tension des deux stations (sources) égales,

- soit en réduisant la réactance de la ligne par la mise en parallèle de

plusieurs lignes.

- soit en augmentant l'angle de transport mais dans ce cas on est limité par

la stabilité du système.

Pour VS=VR=V, la puissance active transmise par la ligne est :

sinX

V2

=P

La courbe suivante (Fig. 3.4) représente la puissance active P en fonction de δ.

Fig. 3.4

La puissance transmise augmente progressivement, elle atteint sa valeur

maximale X

V2

pour δ = 900.

Cependant il faut éviter de transporter une puissance lorsque δ est voisin de

900, cela correspond à un fonctionnement instable, les deux stations sont sur le

point de décrocher et les disjoncteurs de la ligne s’apprêtent à ouvrir le circuit.

En exploitation normale l'angle ne dépasse pas 30 à 40°.

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17 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

3. Matériel nécessaire

- Deux autotransformateurs CA 0–220/380V – 3A

- Un autotransformateur de régulation 110VA 220/380V–0,17A – 3–50Hz

- Deux watt-varmètres 300W/300VAR – 450V – 0,8A – 3

- Deux modules de lignes de transmission triphasées 220/380V–0,37A–

50Hz

- Un phasemètre

- Deux voltmètres.

4. Manipulation

4.1 Les tensions des deux sources sont en phase

Essai 1 :

- Réaliser le montage de la figure 3.5

- Fixer la réactance de la ligne à XL=200Ω,

- Fixer la tension des deux sources à UR=US=300V

- Fixer le commutateur de variation de l’angle de l’autotransformateur

déphaseur à la position δ=0°.

- Mesurer et indiquer le sens de transit des puissances P et Q

successivement pour les positions ΔU=0%, +15%, -15% du commutateur

de variation de tension de l’autotransformateur.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.1.

Fig. 3.5 – Echange de puissance entre deux sources liées par une ligne inductive.

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UEM. 112. TP Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique

18 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

Essai 2

- Avec le même montage de la figure 3.5, fixer XL=200Ω δ=0° UR=300V

- Varier la tension Us de 220V à 360V par pas de 20V puis mesurer et

indiquer le sens de transit des puissances P et Q.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.2.

- Interpréter les résultats obtenus des deux essais et conclure.

4.2 Influence de l’angle de transport sur le transit de puissance

- Garder le même montage de la figure 3.5

- Fixer UR=US=300V et ΔU=0%

- Pour XL=200Ω puis pour XL=400Ω, mesurer et indiquer le sens de transit

des puissances P et Q pour les trois positions du commutateur de variation

de l’angle de l’autotransformateur déphaseur : δ =0° δ = +15° δ = -15°

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.3.

- Interpréter les résultats obtenus.

- Indiquer le sens de transit des puissances en fonction de l’angle de

déphasage entre les tensions des deux sources.

- Que peut-on conclure quant à l’influence de la valeur de la réactance

inductive de la ligne sur la puissance transmise.

4.3 Influence de la réactance inductive de la ligne sur la puissance transmise

- Garder le même montage de la figure 3.1

- Fixer UR=US=300V ΔU=0% δ = +15° XL=600Ω

- Mesurer et indiquer le sens de transit des puissances P et Q

- Refaire le même essai mais en prenant cette fois deux lignes en parallèle de

réactance 600Ω chacune.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 3.4.

- Interpréter les résultats obtenus.

- Dans le cas d’une seule ligne et dans le cas de deux lignes en parallèle :

o Calculer les valeurs théoriques des puissances transmises ensuite

comparer les valeurs calculées avec les valeurs mesurées

correspondantes.

o Calculer les puissances maximales transmissibles théoriques

- Donner la conclusion.

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Date : ….. / …. /20…..

Groupe : …….

Sous-groupe : ……

Nom & Prénom des étudiants Emargement

Tableau 3.1 XL=200 =0° US= UR=300 V

ΔU PS ( ) QS ( ) PR ( ) QR ( )

0%

+15%,

-15%

Tableau 3.2 XL=200 =0° UR=300 V

US (V) 220 240 260 280 300 320 340 360

PS ( )

QS ( )

PR ( )

QR ( )

Tableau 3.3 XL=200/400 ΔU = 0% US= UR=300 V

δ( ° ) XL() PS ( ) QS ( ) PR ( ) QR ( )

0 200

400

+15 200

400

-15 200

400

Tableau 3.4 ΔU = 0% δ = +15° US= UR=300 V

XL PS ( ) QS ( ) PR ( ) QR ( )

XL=600

Deux lignes parallèles

600//600

Signature de l’enseignant (e)

Feuille de mesures du TP N°3

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1. But du TP

Le but du TP est l’étude des caractéristiques de courant et de tension dans

le cas d’un réseau :

- à neutre isolé,

- à neutre relié à la terre par l’intermédiaire d’une bobine d’extinction.

2. Etude théorique

Le neutre est le point commun des trois enroulements montés en étoile du

secondaire du transformateur existant dans un poste de transformation HT/MT

ou MT/BT. On appelle schémas de liaison à la terre (SLT) les différentes

méthodes de mise à la terre du neutre dans un réseau électrique.

Le schéma de liaison à la terre joue un rôle très important dans un réseau

électrique en particulier en cas d’incident ; la continuité de service et le choix du

système de protection dépendent du schéma de liaison à la terre utilisé.

Il existe différents schémas de liaison à la terre et chacun a ses avantages, ses

inconvénients et son domaine d’utilisation.

1.1 Les différentes tensions existant dans un réseau en régime normal

Soit un réseau triphasé connecté au secondaire d’un transformateur (Fig.4.1).

Chaque conducteur de phase, présente par rapport à la terre une capacité.

On distingue les tensions suivantes :

- Tension simple entre phase et neutre ( pNV ) cNbNaN VVV ,,

- Tension simple entre phase et terre ( pTV ) cTbTaT VVV ,,

- Tension composée entre deux phases ( ppV ) cabcab VVV ,,

- Tension entre le neutre et la terre ( TNV )

Les relations qui lient les différentes tensions sont les suivantes :

bTaTbNaNb VVVVV −=−=a (1)

cTbTcNbNbc VVVVV −=−= (2)

aTcTaNcNa VVVVV −=−=c (3)

Avec :

TNaNaT VVV −= (4)

TNbNbT VVV −= (5)

TNcNcT VVV −= (6)

TP N°4 : SCHEMAS DE LIAISON A LA TERRE

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Fig.4.1 – les différentes tensions existant dans un réseau en régime normal

1.2 Réseau à neutre isolé

2.2.1 Le réseau à neutre isolé (sans défaut)

En absence de défaut (Fig.4.2) et si les capacités des trois phases sont

équilibrées (cTbTaT CCC == ), elles créent un point neutre artificiel qui est au

potentiel de la terre ( )0=TNV .

Fig.4.2 – réseau à neutre isolé (sans défaut).

D’après les relations (4), (5) et (6), la tension phase-terre est égale à la tension

simple pour chaque phase (Fig.4.3) :

aNaT VV = bNbT VV = cNcT VV =

cTbTaT VVV ==

acNbNaN VVVV ===

Fig. 4.3 –Diagramme vectoriel des tensions

- cas d’une symétrie capacitive-

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Les trois capacités du réseau triphasé engendrent trois courants d’intensités

égales et dont la somme vectorielle est nulle. Le système est triphasé équilibré.

2.2.2 Le réseau à neutre isolé avec défaut monophasé

Avec l’hypothèse que les capacités phase-terre sont égales ( CCCC cTbTaT === ),

lors d’un défaut franc à la terre, par exemple la phase a à la terre (Fig. 4.4), le

potentiel de la phase a est au potentiel de la terre ( 0=aTV ).

Fig.4.4 – réseau à neutre isolé avec défaut monophasé.

D’après la relation (4) : TNaN VV =

La tension neutre-terre est égale à la tension simple aNV et la tension des phases

b et c par rapport à la terre est égale à la tension composée (Fig. 4.5).

abNbT VVV 33 ==

acNcT VVV 33 ==

Le courant de défaut est alors

cccbd III +=

bTbTcb CVjI =

cTcTcc CVjI =

CVII acccb 3==

Fig. 4.5 – diagramme vectoriel des tensions d’un

réseau à neutre isolé avec défaut monophasé et

symétrie capacitive.

30cos2 cbd II =

2

332 CVI ad =

ad VCI 3=

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2.3 Réseau à neutre relié à la terre par une bobine d’extinction

Le neutre du transformateur HT/MT est relié à la terre par l’intermédiaire

d’une bobine d’extinction (bobine de Petersen) d’inductance L (Fig.4.6).

Le courant de défaut est : 0=+= CLd III

Avec :

Ic le courant capacitif total cccbc III +=

IL le courant passant par la bobine

Fig. 4.6 – réseau à neutre relié à la terre par une bobine d’extinction.

Pour avoir un courant de défaut nul (Id=0), il faut compenser le courant

capacitif à l’endroit du défaut en accordant une bobine d’inductance réglable

telle que : cII L =

On applique la condition de résonnance : 13 2 =LC 23

1

CL =

On définit le taux de compensation υ comme suit :

d

Ld

I

II −=

D’après cette formule, on distingue trois états de compensation :

dL II surcompensation ν < 0

dL II = compensation exacte ν = 0

dL II sous compensation ν > 0

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3. Matériel nécessaire

- Un transformateur triphasé 2,8 kVA U=190-380V/65-130V

In=4,9-2,45 /14,4-7,2A 50Hz

- Trois bobines identiques L=40mH R=8,7 Imax =2,5A.

- Une bobine d’inductance variable L= 0-1,2H.

- Trois capacités à cavalier 15,5 F.

- Quatre ampèremètres et quatre voltmètres.

4. Manipulation

4.1 Réseau à neutre isolé par une grande résistance

4.1.1 Réseau sans défaut

- Réaliser le montage de la figure 4.7 avec l’interrupteur K ouvert.

- Varier les capacités de la ligne selon le tableau 4.1 et mesurer les tensions

VTN, VaT, VbT et VcT pour chaque cas et les courants Ica, Icb, Icb pour le

premier cas.

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 4.1

- Tracer le diagramme vectoriel des tensions pour chaque cas.

- Interpréter les résultats obtenus.

Fig. 4.7 – Réseau à neutre isolé (sans défaut).

4.1.2 Réseau avec défaut monophasé et symétrie capacitive

- Réaliser le montage de la figure 4.7 avec l’interrupteur K fermé.

- Les capacités de la ligne sont égales ; CaT=CbT=CcT =C=10 µF

- Relever les mesures des tensions VTN, VaT, VbT et VcT et des courants Id, Icb

et Icc (Id= Ica).

- Placer les valeurs mesurées dans le tableau 4.2.

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25 Laboratoire de Réseaux Electriques – Département de Génie Electrique –

- Calculer les courants Id, Icb et Icc et les comparer aux valeurs mesurées.

- Citer les conditions d’utilisation du réseau à neutre isolé.

- Citer les avantages et les inconvénients du régime du neutre isolé.

4.2 Réseau à neutre relié à la terre par une bobine d’extinction

4.2.1 Réseau à symétrie capacitive avec défaut monophasé

- Réaliser le montage de la figure 4.8 avec l’interrupteur K fermé.

Fig.4.8 – réseau à neutre relié à la terre par une bobine d’extinction.

- Les capacités de la ligne sont égales ; CaT=CbT=CcT =C=10µF

- Relever dans le tableau 4.3, les mesures des tensions VTN, VaT, VbT et VcT et

des courants Id, Icb, Icc et IL pour plusieurs valeurs de l’inductance L

(6 mesures environ).

- Tracer les courbes Id =f(X) et VTN =f(X) (X la réactance de la bobine) puis

interpréter l’allure de ces courbes.

- Donner la valeur de l’inductance L, correspondant à un courant minimum

et comparer cette valeur de L avec la valeur théorique.

- Tirer les conclusions nécessaires concernant le taux de compensation.

- Donner des conclusions justifiées quant à l’utilisation de ce régime du

neutre.

4.2.2 Réseau à asymétrie capacitive sans défaut

- Garder le montage de la figure 4.8 avec l’interrupteur K ouvert,

CaT= 0 et CbT=CcT =10µF

- Relever dans le tableau 4.4, les mesures de VTN et IL pour plusieurs valeurs

de l’inductance (10 mesures environ).

- Tracer la courbe VTN =f(X) et interpréter son allure.

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Date : ….. / …. /20…..

Groupe : …….

Sous-groupe : ……

Nom & Prénom des étudiants Emargement

Tableau 4.1

CaT (µF) 10 8 6 4 2 0

CbT (µF) 10 10 10 10 10 10

CcT (µF) 10 10 10 10 10 10

VTN (V)

VaT (V)

VbT (V)

VcT (V)

Tableau 4.2

VTN (V) VaT (V) VbT (V) VcT (V) Id (mA) Icb (mA) Icc(mA)

Tableau 4.3

L (H) 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1

X ()

VTN (V)

VaT (V)

VbT (V)

VcT (V)

Id (mA)

Icb (mA)

Icc (mA)

IL (mA)

Tableau 4.4

L (H) 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

IL (mA)

VTN (V)

Signature de l’enseignant (e)

Feuille de mesures du TP N°4