Transfo individuel pour groupe d'habitations

En ce qui concerne la distribution d'électricité aux Etats-Unis, il a fallu tenir compte de la situation particulière du pays:

• De nombreux appareils fonctionnent en 120V (115V était la tension standard aux Etats Unis), mais on doit simultanément pouvoir fournir du 240V aux gros consommateurs.
• Il y a de nombreuses petites communautés (quelques maisons) fortement isolées.

Comment en est-on arrivé à cette tension? C'est la faute à Edison! Les premiers réseaux électriques étaient réalisés aux Etats Unis par des entreprises liées à Edison (qui était un entrepreneur plus qu'un inventeur). Mais les brevets dont il disposait concernaient uniquement le courant continu. Et le courant continu, qui ne pouvait pas être transformé était distribué en 120V continu.

La tension de 120V sous 60Hz produit en théorie plus de pertes que la tension de 240V mais cela est largement compensé en plaçant le dernier transfo plus près des utilisateurs (c'est le transfo qui abaisse la moyenne tension à la tension des utilisateurs). Chaque bloc d'habitations (tout au plus une dixaine de maisons) a ainsi son transfo placé sur le poteau électrique. Les grands immeubles ont tous une cabine de transformation individuelle. Chez nous, c'est tout un quartier qui est alimentés par un poste de transformation.

L'avantage du système américain est que les pertes sur le réseau basse tension 120/240V est réduit en limitant au maximum son étendue. Un transformateur standard est conçu pour 50A, donc 12kVA. Le réseau moyenne tension (qui est actuellement de plus en plus standardisé à 7.2kV) est également limité géographiquement pour réduires les pertes.

Le système américain nécessite un transfo suffisamment puissant pour alimenter toute la petite communauté, tandis que le système européen permet de faire la moyenne de tous les utilisateurs: la réserve de capacité nécessaire est moindre. Le grand nombre de transfos relativements petits ont un moins bon rendement qu'un seul grand transformateur.

Quand en Europe on est passé au 220V généralisé (dans les années 1950), cela n'a pas posé trop de problèmes, les ménages n'avaient que très peu d'appareils électriques. Par contre aux Etats Unis, la plupart des ménages étaient équipés de nombreux appareils (machine à laver, télévision, etc). Les Etats Unis ont alors abandonné l'idée de passer complètement au 220/240V.

Le split phase est comparable au courant biphasé (ne pas confondre avec le courant diphasé qui est en quadrature, donc déphasé de 90° au lieu de 180°).

Le 120V est utilisé pour les appareils mobiles et l'éclairage (en fait tous les appareils avec une fiche de courant) et le 240V pour les appareils fixes (chauffage, machine à laver, ascenseur,...)

L'utilisation du 120V est historique et est dû au grand nombre d'appareils fonctionnant en 120V. Il n'est donc pas possible de passer simplement au 240V pour transporter plus de puissance. Les appareils fonctionnant en 120V sont heureusement tous des appareils mobiles qui consomment relativement peu. Les prises électriques fournissent du 120V (connection entre phase et neutre).

On ne prévoit pas de passer un jour ou l'autre au 230V comme chez nous, puisque le système américain fonctionne correctement.

Les branchements résidentiels n'ont donc généralement pas de connection triphasée. Un compteur résidentiel a normalement une capacité de 100A (bon pour 23kVA), pour les grandes maisons c'est encore plus élevé. Les cables sont deux fois plus gros que chez nous. Pour une même puissance en Europe il faut une capacité de 33A et on utiluse des disjoncteurs de 40A pour compenser la charge non-équilibrée du réseau triphasé.

Quand le consommateur a besoin d'un branchement triphasé on remplace le transformateur rabaisseur. Chaque gros consommateur a sa propre cabine de transformation.

Ce n'est pas un transformateur, mais un disjoncteur à réenclenchement automatique (automatic recloser)

Recloser (réenclenchement automatique)

Le but du recloser est de couper le circuit en cas de surcharge, et puis de le réenclencher au bout de quelques secondes. Normalement, le disjoncteur va automatiquement tenter de réenclencher le circuit 4 fois de suite et puis se bloquer si la condition d'erreur est toujours présente.

Avec ce système on peut couper les utilisateurs en cas de surcharge ou en cas de transitoire (foudre) pour remettre le courant et faire une nouvelle mesure. Cela permet d'éviter qu'une partie du réseau reste sans courant après une coupure, car la plupart des conditions d'erreur sont temperaires. Il ne faut donc pas envoyer une équipe pour réenclencher le système.

Dans certains cas le recloser va permettre momentanément un courant plus élevé lors de la seconde ferméture, pour éviter que l'appel de courant ne fasse à nouveau fonctionner le disjoncteur. En cas de branches sur les cables, cela permet de les bruler. Le courant plus élevé permet également de faire sauter les fusibles en aval si le problème n'est pas causé par des branchages.

La coupure se faisant sur le réseau moyenne tension, la cdondition d'erreur ne se propage pas au réseau haute tension, le pic de courant ou de tension étant trop faible pour activer les protections du réseau haute tension.

La coupure se fait toujours sur les trois phases à la fois, pour éviter un pic de tension sur les phases qui ne seraient pas coupées. Les disjoncteurs monophasés ne sont utilisés que sur les réseaux SWER.

Le récloser automatique est conçu pour la moyenne tension (2.5 - 38kV), les lignes en aval alimentent les transformateurs locaux.

La plupart des appareils mesurent la tension en aval après une coupure et ne réenclenchent pas si une tension est présente. Il s'agit par exemple d'un gros groupe émlectrogène qui a repris l'alimentation, mais dont le sectionneur au réseau est défaillant.

Les systèmes moedernes permettent un réenclenchement à distance si le recloser en en position bloquée. Ces systèmes permettent également d'adapter la réponse à la condition d'erreur: foudre, pertes à la masse, cours-circuits,... Dans le cas d'une perte à la masse d'environ 1A le système ne prévoit normalement pas de réenclenchement, car la perte est probablement causée par un défaut à l'installation même.