Transformateurs
Transformateur déphaseur (quadrature booster)
Electricité

Les transformateurs à déphasage sont utilisés dans le transport d'électricité (réseaux très haute tension et forte puissance).
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Aiguillage de la puissance vers une ligne et délestage de l'autre ligne


Emplacements des transformateurs déphaseurs permettant d'envoyer de la puissance d'un pays à l'autre.

Si vous n'avez jamais entendu parler de transformateur à déphasage ou quadrature booster et Phase Angle Regulator (anglais), c'est tout à fait normal. Le second terme anglais est même un pléonasme, la phase, c'est l'angle. Ce type de transformateur n'est utilisé que depuis une dixaine d'années pour relier entre eux les différents réseaux de transport d'électricité au niveau des pays.

Le régleur de charge est un élément d'un transformateur haute tension. Il est utilisé pour corriger légèrement la tension d'un réseau, par exemple pour adapter la tension du réseau de transport (primaire) au réseau de distribution (secondaire). Mais supposons un réseau de transport maillé qui alimente une ville à partir d'un générateur. Il y a deux lignes de transport qui vont du générateur aux utilisateurs dans la ville. Les caractéristiques des deux lignes ne sont pas identiques et une ligne transmet plus de puissance que l'autre. Comment peut-on régler le transport de puissance de telle façon que les deux lignes sont chargées de façon équilibrée?

On peut réduire la tension sur la ligne qui doit être délestée: cela fonctionne, mais il y a alors une puissance réactive importante qui circule (à cause du réseau en boucle). Le gain réalisé en réduisant la puissance active sur une branche est compensé par l'augmentation de la puissance réactive. Ce n'est pas la situation idéale pour les réseaux maillés.

En créant un déphasage, on peut augmenter ou réduire la puissance active qui circule dans une ligne par rapport à l'autre sans influencer le puissance réactive. L'explication est donnée sur la page des transformateurs pour réseau haute tension. Lisez également la page sur les différents réseaux électriques.

L'angle de déphasage acceptable dépend de l'élasticité de la ligne électrique. Un déphasage de 5° suffit pour aiguiller une partie de la puissance active. Il n'est pas possible de délester totalement une ligne et charger au maximum une autre ligne: à partir d'un certain angle il y a risque de décrochage d'un réseau par rapport à l'autre. La liste avec le transformateur à déphasage peut aussi bien délester que surcharger la ligne sur laquelle il se trouve.

Le même système peut être utilisé pour réguler l'échange de puissance entre différents pays. En Belgique il y a deux gros transformateurs déphaseurs sur la ligne d'interconnection de la Belgique avec la France et les Pays Bas.

Supposons qu'on utilise une ligne directe et qu'il y a trop peu de production en Belgique. La tension sur le réseau belge a tendance à diminuer, ce qui permet le transfert de puissance de l'étranger vers la Belgique. Mais il se produit également un transfert de puissance réactive, ce que nous voulons éviter. La puissance réactive, c'est de la puissance (du courant) qui circule en pure perte dans le réseau et qu'il faut donc limiter. L'utilisation d'un transformateur déphaseur permet de transférer uniquement la puissance active.

Les transformateurs déphaseurs sont très particuliers et ne sont pas utilisés sur une ligne électrique normale (c.à.d non-maillée: réseau de distribution en arborescence ou réseau particulier).

Carte du réseau de transport 380kV au Bénélux:
A Zandvliet il y a 4 transformateurs déphaseurs qui permettent d'envoyer l'énergie de la Belgique aux Pays Bas et inversément selon la demande (puissance de 3400MW). Une seconde installation se trouve à Kinrooi. Il y a également un transformateur à Monceau-sur-Sambre pour l'interconnection avec la France.

Le transformateur à déphasage peut être réalisé de différentes manières. Il y a toujours un transfo série (qui est branché sur la ligne d'interconnection), indiqué en jaune sur le schéma ci dessus, et un transfo de régulation indiqué en rose. Le transfo de régulation a un changeur de prises (comme sur un régleur en charge). Ici aussi il y a un sélecteur sur chaque branche du transfo de régulation. Le sélecteur permet également de choisir le sens de la correction. Attention, le commutateur n'est pas dessiné pour ne pas alourdir le schéma.

Dans les grandes installations, on utilise deux fois trois transformateurs (série et régulation) monophasés. Le transformateur série et de régulation d'une phase forme un tout (un seul conteneur). Chaque conteneur a deux connections au réseau haute tension (indiqué en rouge/vert/bleu sur le schéma à droite). Il y a également trois interconnections entre les transfos. L'installation de commutation n'est pas reprise sur le schéma. L'avantage c'est qu'il ne faut qu'un seul transformateur série+régulation supplémentaire pour assurer une résilience de l'installation (quand un transfo est à l'entretien, on utilise le transfo de réserve).

Sur le schéma ci-dessus on voit le système classique avec trois transformateurs série et trois transformateurs de régulation, mais on retrouve le plus souvent la configuration à gauche avec une phase complète par conteneur, ce qui permet d'avoir une phase complète en réserve (il y a 4 conteneurs). C'est le schéma de gauche qui correspond ele plus à la réalité sur le terrain.

Pour transférer de la puissance d'un réseau à un autre, on utilise également un réseau haute tension continu (HVDC) pour réaliser la connection. Le réseau continu ne connait pas de puissance réactive et les deux postes de conversion transforment le continu en alternatif et permettent un échange de puissance dans les deux sens. Le réseau continu est utilisé pour connecter deux réseaux distants: les pertes au transport sont plus faibles sur le réseau continu et compensent à partir d'une certaine distance les pertes à la conversion.

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