| Une petite introduction sur les transformateurs haute tension qui sont utilisés sur le réseau de transport et de distribution de l'électricité. |
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Le réseau électrique se compose de deux parties:
Transformateur survolteur-dévolteurNous débutons cette causerie par l'explication du fonctionnement du transformateur survolteur-dévolteur. Il s'agit d'un transformateur assez classique, sauf qu'il est utilisé pour des puissances très élevées. Pour modifier la tension au secondaire, on va ajouter ou retrancher des spires au bobinage. Comme il s'agit d'une installation triphasée, il nous faut 3 bobinages. On va généralement utiliser un second bobinage où on va ajouter ou retrancher des spires par rapport au bobinage principal. Le second bobinage qui permet d'augmenter ou de réduire la tension est placé sur la même colonne. Le changeur de tension n'est montré que pour la phase bleue.
Le transformateur survolteur-dévolteur est utilisé pour stabiliser la tension du réseau de distribution. Il est placé entre le réseau de transport (bouclé) et le réseau de distribution (arborescence). Si la moyenne tension apportée par le réseau de transport est un peu trop élevée ou un peu trop basse (pertes dans les cables de transport) on va légèrement modifier le rapport de transformation pour obtenir au secondaire (le réseau de distribution) la tension correcte. Ce système ne peut pas être utilisé dans un réseau bouclé (où l'utilisateur est alimenté par deux sources), car l'augmentation de la tension d'un transformateur par rapport à l'autre va causer l'apparition d'un fort courant d'égalisation, un transfert de puissance réactive, un phénomène que nous voulons absolument éviter, nous voulons transférer le moins de puissance réactive possible dans notre réseau. Pour expliquer le fonctionnement (et la différence) des transformateurs déphaseurs, il nous faut faire un passage par les générateurs. Les transformateurs-déphaseurs sont appellés quadrature booster en anglais. Nous allons voir qu'ils utilisent une composante en quadrature (déphasée de 90°) pour ajuster précisément le déphasage.
Transformateur-déphaseur
Supposons que deux générateurs A et B branchés en parallèle doivent alimenter une charge (voir marche en parallèle de générateurs). Nous pouvons régler deux choses au générateur: sa tension de sortie (via le réglage du courant d'excitation) et sa vitesse de rotation, donc sa fréquence (par la quantité de carburant injecté).
Si on augmente l'excitation du générateur A, on va augmenter la tension moyenne que voit la charge, mais on va surtout augmenter la puissance réactive qui circule entre les deux générateurs. Le générateur qui a une excitation plus forte va fournir de la puissance réactive au générateur qui a une excitation moindre pour égaliser le champ magnétique des deux générateurs. Pour limiter la puissance réactive qui circule entre les deux générateurs, il faut égaliser le champ magnétique des deux générateurs et donc augmenter l'excitation du générateur B jusqu'à un courant minimum (la très célèbre courbe de Mordey). Si nous voulons que le générateur A fournisse 70% de la puissance et le générateur B 30% de la puissance, il faut augmenter l'injection de carburant du générateur A par rapport à celui du générateur B. On va ici aussi augmenter la vitesse moyenne, mais surtout on va avoir un déphasage différent des deux moteurs (suivez bien car cà devient interessant). Le générateur qui produit le plus de puissance va avoir un déphasage plus important que le générateur qui produit moins de courant (le déphasage dépend des caractéristiques du générateur et de la ligne qui le relie au consommateur). Par son impédance, l'installation est "élastique", il faut voir la ligne qui relie le générateur au consommateur comme une sorte d'élastique qui se tord plus ou moins selon la charge. Un générateur qui produit plus de puissance active va avoir un déphasage en avant par rapport au générateur qui fournit moins de puissance.
Pour envoyer plus de puissance via la maille de droite, nous allons modifier le couplage du groupe 2 en avançant la phase du générateur par rapport au moteur. Quand la roue polaire du premier générateur pointe vers 0°, celle du second générateur pointe vers 5°. Le générateur qui est en avance doit fournir une puissance plus grande va également freiner le moteur plus fort. Il y a une puissance active plus importante qui circule dans la maille de droite. Un même effet apparait quand on travaille avec des transformateurs à déphasage. En principe on n'utilise plus de combinaisons moteur-générateur. Pour plus de clarté (heuh?) nous avons également dessiné la puissance réactive, c'est la puissance nécessaire pour créer le champ magnétique. Les deux moteurs absorbent de la puissance réactive et les deux générateurs en produisent pour en fournir éventuellement aux utilisateurs. La puissance réactive est réglée par le courant d'excitation du générateur. Pour envoyer plus de puissance dans une maille par rapport à une autre, il faut donc jouer sur le déphasage. Ce procédé est également utilisé à très grande échelle pour diriger de la puissance d'un pays à un autre.
La phase verte et rouge est déphasée de 120° et n'est pas utilisable (c'est la même chose en politique où les rouges et les verts sont déphasés par rapport à la réalité). Par contre la phase jaune (crée par un bobinage monté en triangle sur les deux autres phases) nous produit le déphasage qu'il nous faut (ce sont les nationalistes de la NVA). Nous pouvons créer un déphasage positif ou négatif, et donc envoyer plus ou moins de puissance activesur une maille. Comme dans le transformateur survolteur-dévolteur, le transfo de réglage est placé du coté du neutre. Pour ne pas alourdir le schéma, la branche rouge et verte ont également un transfo de déphasage qui n'ont pas été dessinés. C'est comme cela que se fait l'échange de puissance entre les pays. Pour la Belgique, nous avons des transformateurs à déphasage à Monceau-sur-Sambre (liaison avec le France), à Zandvliet (échanges avec les Pays Bas) et à Kinrooi (échange avec les Pays Bas et l'Allemagne). Nous avons également une liaison avec la Grande Bretagne, mais comme ce réseau n'est pas synchronisé avec le réseau continental, l'échange se fait avec du continu (qui est également nécessaire à cause des grandes distances à parcourir sous mer). La station de transformation Némo se trouve près de Zeebruges.
Le transformateur pouvant déphaser dans les deux sens, il n'est pas nécessaire d'en placer un second sur l'autre ligne. Dans ce cas précis, on ne voit pas bien l'utilité de délester une partie du réseau, mais la boucle fait partie d'un réseau plus important où il peut être nécessaire de délester une partie de la boucle pour répondre à des conditions spécifiques (surcharge d'une partie du réseau). On voit très bien dans cet exemple que le tranformateur déphaseur n'est utile que dans les réseaux bouclés ou pour transmettre de la puissance active d'un réseau à un autre. On retrouve également le terme anglais quadrature booster: la tension est prélevée à 90° (en quadrature). En néerlandais on utilise le terme dwarsregeltransformator (transformateur régleur transversal) qui dit également très bien comment le transformateur agit. |
Prenons un réseau maillé tout simple avec un générateur et un utilisateur (non dessinés) et deux lignes qui relient les deux. Sur chaque maille nous plaçons un groupe moteur-générateur identique. Le moteur est de type synchrone pour être synchronisé mécaniquement au réseau.
Ce système permet donc de délester une ligne de transport au détriment d'une autre ligne (dans un réseau maillé). Dans l'exemple très simple nous avons un générateur et un utilisateur. Ils sont reliés par deux cables A et B. En mettant sur une des lignes un transformateur déphaseur nous pouvons transmettre plus ou moins de puissance active sur une des lignes par rapport à l'autre ligne.
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