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Comment brancher un appareil sur le réseau
Electricité

L'énergie électrique doit être envoyée du centre de production au consommateurs: c'est le réseau de transport et de distribution.
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Le réseau électrique est composé d'une partie réseau de transport et d'une partie réseau de distribution. Il ya a une partie haute tension, une partie moyenne tension (qu'on appelle maintenant haute tension A, tandis que la vraie haute tension devient haute tension B), et une partie basse tension.

L'énergie est transportée par un réseau triphasé qui a comme avantage que la puissance instantanée est constante: quand la tension diminue sur une phase, elle augmente proportionellement sur les autres phases. Sur le réseau monophasé il y a une pulsation de la puissance transmise au double de la fréquence du réseau; c'est une des raisons pour laquelle le monophasé n'est pas utilisé dès que les puissances deviennent plus élevées.

Réseau de transport

Les grands producteurs (centrales nucléaires, grosses centrales thermiques, barrages hydrauliques, parcs éoliens en mer, tout ce qui fait plus de 100MW) sont connectés au réseau de transport. La tension des générateurs est élevée à la haute tension B (50kV à 400kV). La HTB est de 150 à 380kV en Belgique. Le réseau de transport est international et permet d'envoyer de l'énergie d'une zone qui est en surplus à une zone qui est en manque.

Le réseau de transport est toujours bouclé (on dit également: maillé), ce qui permet d'assurer la fourniture électrique même si une ligne est coupée. Si la ligne est coupée au point A, les transformateurs qui alimentent le réseau de répartition ou de distribution peuvent toujours recevoir de l'énergie via la partie de la boucle non coupée.

Il faut régulièrement transposer les lignes (voir l'exemple sur la photo à droite), car la ligne centrale d'un groupe de trois a un inductance différente des deux autres lignes. Il en van de même des deux lignes situées le plus près du poteau. Pour limiter la différence d'inductance et équilibrer le courant dans tous les conducteurs on transpose les lignes selon un schéma précis. Dans cet exemple on a d'un coté un échange de deux phases, de l'autre coté une rotation des trois phases.

Réseau de répartition

Le réseau de répartition est un réseau intermédiaire. Il peut être plus ou moins important selon la structure locale. Il permet de répartir l'énergie au niveau d'une région. Le réseau de répartition est bouclé ou non: sur l'exemple à droite vous avez un reseau bouclé en haut, et un réseau linéaire (non-bouclé) au milieu. Ce second réseau est bouclé via le réseau de transport: si une coupure se produit dans le réseau de répartition au point B, ce réseau peut malgré tout alimenter en totalité son réseau de distribution via un des deux transformateurs.

En pratique on laissera le réseau de répartition (bouclé via le réseau de transport) ouvert: la coupure en B est délibérée pour éviter que des courants d'égalisation trop importants ne circulent dans ce réseau.

Les petits producteurs (puissance jusqu'à 100MW) sont reliés au réseau de répartition: parcs éoliens terrestres, petites centrales d'appoint,... Le tension de ce réseau est de 30 à 150kV (30, 36 et 70kV en Belgique).

Elia est le gestionnaire du réseau de transport en Belgique (c'est encore une des rares compétences nationales). L'entreprise entretient le réseau haute tension, gère le flux d'électricité, controle l'équilibre entre la production et la demande.

Réseau de distribution

Ce réseau distribue l'électricité aux utilisateurs (industriels et ménagers). Il se compose en fait de deux parties: une partie HTA (jusqu'à 50kV) et une partie basse tension qui alimente les utilisateurs. La tension est de 36kV en Belgique, elle est rabaissée à 11 ou 6kV pour alimenter les transformateurs dans les les villages et quartiers.

Contrairement au réseau de transport et de répartition, le réseau de distribution a une structure arborescente qui ne permet pas un fonctionnement en mode dégradé. Une coupure dans une cabine ou un cable produit toujours une coupure de courant chez les utilisateurs. Dans certains cas, une ligne peut être alimentée par deux cabines de transformation, comme par exemple la ligne Ostende-Zeebruges à 36kV peut être alimentée de la cabine de Slijkens ou de Zeebruges.

Le réseau basse tension suit la structure urbaine (rues et routes) pour alimenter tous les consommateurs. Les utilisateurs ménagers et petits industriels sont reliés au réseau basse tension. Ils peuvent avoir une production électrique limitée à 12kVA (panneaux photo-voltaiques ou petites éoliennes) qui peut être injectée sur le réseau basse tension.

Les gros utilisateurs sont reliés au réseau HTA: grosses usines, casernes, hopitaux. Ces utilisateurs disposent de leur propre cabine de transformation. Certains gros utilisateurs ont parfois une production propre (générateurs) qui est utilisée

  • Pour limiter la consommation propre à des moments de grande consommation (peak shaving)
  • Pour fournir du courant aux installations locales en cas de coupure de courant (hopitaux, bases militaires,...)
  • Pour injecter de l'énergie dans le réseau (par exemple site industriel qui produit beaucoup de chaleur qui est utilisée pour alimenter des générateurs).
La production propre peut être injectée dans le réseau s'il y a surproduction (uniquement si le réseau de distribution est actif). Si le réseau de distribution est mort, les générateurs n'alimentent que le réseau local de l'entreprise (hopital ou base militaire). Certains générateurs ne sont pas conçus pour injecter le trop-plein d'énergie sur le réseau (générateurs de secours).

La cogénération est très interessante car on utilise de l'énergie qui serait autrement perdue. Certaines formes de cogénération (chaleur + électricité) sont très interessantes car la production est la plus importante quand la consommation électrique est maximale (en hiver).

Le réseau de distribution est géré par des intercommunales en Belgique. En Flandre il s'agit de Fluvius (qui gère également la distribution de gaz). Il y a ensuite les fournisseurs qui sont les commerciaux en contact avec les clients.

Continu ou alternatif

On utilise actuellement à nouveau le courant continu pour transporter l'énergie sur de longues distances (par exemple d'un pays à un autre).

Stabilisation en tension du réseau

Le réglage s'effectue à plusieurs niveaux sur plusieurs points du réseau.
  1. Il y a tout d'abord le reglage primaire au niveau du générateur. Il agit via l'excitation de l'alternateur. Si l'alternateur est surexité, il va produire de la puissance réactive, ce qui a comme effet d'augmenter la tension du réseau. La correction est très rapide et dépend des caractéristiques du générateur: moins d'une seconde.

  2. Il y a ensuite une correction secondaire où on compare la tension effective dans un "nœud pilote" par rapport à la tension de consigne. Le nœud pilote est choisi de telle façon que sa tension soit représentative de celle de la zone correspondante. La correction apportée au générateur est la moyenne des différentes zones. Le temps de réponse est d'une minute pour éviter l'instabilité du réseau.

  3. Il y a également une correction sur le réseau de distribution via un régleur en charge ou survolteur-dévolteur (OLTC: on load tap changer). La correction s'effectue dans le transformateur qui relie le réseau de transport (ou de répartition) au réseau de distribution.

    Un régleur en charge possède 17 prises (8 à la hausse et 8 à la baisse) avec des pas de 0.625% et permet de faire varier la tension en aval de ±5%. Le changement de prise ne se fait que si la valeur mesurée diffère suffisamment de la valeur de consigne et la commutation ne se fait qu'au bout d'une minute pour éviter les manœuvres excessives. Si nécessaire, les changements suivants sont effectués au bout de 10 secondes pour éviter les variations trop importantes.

Une carte interactive du réseau électrique se trouve ici (transport, répartition et distribution à 36kV et plus). Il y a une information supplémentaire sur chaque mœud du réseau: cliquez dessus et vous avez l'information complémentaire. Quelques exemples interessants:

  • on voit les cables marins des éoliennes en Mer du Nord avec l'emplacement des différents sites de production (seconde photo).

  • le cable 380kV qui connecte la cascade de Coo au réseau de transport. La cascade de Coo permet d'absorber la production d'une tranche de centrale nucléaire quand la demande est faible (pompage) et elle remet l'énergie sur le réseau en cas de pics de consommation (turbinage).

  • La base militaire de Zeebruges dispose de sa propre cabine de transformation avec arrivée à 36kV.

  • La carte reprend également les réseaux HVDC (haut voltage continu) en rouge. On voit sur la carte la ligne qui relie la Belgique à la Grande Bretagne. Pour de telles distances, une ligne à courant continu est recommandée. De plus, le réseau de la Grande Bretagne n'est pas synchronisé avec le réseau continental (ce qui oblige à passer par du continu).

Les gros consommateurs (250kW à 10MW) sont reliés directement au réseau HTA via leur cabine de transformation propre, ci dessous le plan général de l'installation de la base militaire.

L'arrivée se fait par deux lignes de 36kV (une ligne primaire et une ligne de réserve). L'installation dispose de trois transformateurs 36kV/6kV. Dans les batiments même le 6kV est transformé en 230/380V (triphasé avec neutre). Si vous regardez bien le schéma, vous verrez qu'une partie du réseau 6kV est bouclé. Ce n'est pas parce que le réseau est bouclé que la boucle doit nécessairement être fermée. Le site dispose en plus d'un groupe électrogène de secours.

On utilise une tension intermédiaire de 6 ou 6.3kV car il y a de gros consommateurs sur le site militaire: l'ascenseur à bateaux, l'alimentation des différents navires ,... On a calculé une consommation maximale de 160kW (450V/60Hz) pour un chasseur de mines. Avec un facteur de puissance pas très favorable, cela fait un courant de 250A par navire.

Comme il s'agit d'une base de l'OTAN, elle dispose également d'un réseau 60Hz, produit par trois convertisseurs rotatifs, ils produisent une tension de 6.3kV qui est réduite localement à 450V 60Hz (triphasé sans neutre).

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