Electricité
La fréquence et la tension
240V 50Hz
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Les compagnies de distribution fournissent un courant alternatif. Mais il y a courant et courant: la tension de réseau et la fréquence sont différentes d'un continent à un autre.
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Fréquence et tension

Tot le monde n'utilise pas le même “type” d'électricité. On pourrait comparer l'électricité à du diésel ou de l'essence: tous deux font tourner le moteur de la voiture, mais on ne peut pas utiliser l'un à la place de l'autre.

Tension électrique (Voltage ou V)

Le courant électrique varie en tension et en fréquence. Les piles rondes fournissent une tension d'1.5V et les petits blocs une tension de 9V (6 éléments placés l'un à la suite de l'autre). Pour obtenir la même tension que le réseau électrique, il faudrait placer 150 piles à la suite l'une de l'autre.

Les premiers réseaux électrifiés avaient une tension entre 100 et 120V. On jugeait à l'époque que cette tension était relativement sûre pour les usagers. Le réseau américain est toujours basé sur cette tension. Cette tension est pourtant trop faible pour les gros consommateurs électriques. Une tension de 240V permet de transporter l'énergie électrique avec 4 fois moins de pertes. Une astuce permet d'avoir à la fois du 120V pour les petits utilisateurs (appareils mobiles, lampes) et du 240V pour les gros consommateurs fixes.

Fréquence (Hertz ou Hz)

Le courant électrique n'est pas constant, il s'inverse 50 fois par seconde (50Hz). On est passé à ce système au début du siècle précédent, car le courant alternatif permet de faire des choses qu'on ne peut pas faire avec du courant continu: on peut par exemple le transformer: en 250V et 6.3V pour le courant de plaque et le courant des filaments d'une radio à lampes. Ou en 7.5V pour alimenter un radio-réveil, ou en 2000V pour un four à micro-ondes. Voyez la page sur la guerre des courants.

C'est le transformateur qui permet de changer la tension du secteur en tension utile pour un appareil. Mais un transformateur ne fonctionne qu'avec du courant alternatif. Et c'est pour cela que le courant électrique est alternatif.

Mais au début de l'électrification, les réseaux électriques étaient souvent en courant continu, plus faciles à mettre en œuvre avec les moyens limités de l'époque. Il est ainsi possible de faire travailler plusieurs génératrices en parallèle. A cette époque on ne savait pas très bien comment synchroniser les alternateurs. Le courant continu n'était pas vraiment continu, mais avait une ondulation résiduelle causée par les dynamos. Le courant continu avait encore un avantage: tout le monde était d'accord sur sa fréquence: 0Hz. Cela semble puéril, mais au début de l'électrification, chaque réseau avait sa propre fréquence, qui de plus n'était pas du tout stable. Le courant continu permettait également de stocker de l'énerdie directement dans des batteries (à 50 éléments) pour le restituer au réseau quand la dynamo était à l'arrêt. En effet, au tout début de l'électrification, les centrales ne fournissaient du courant que quelques heures en soirée.

Le fréquencemètre mécanique se compose de plusieurs lames accordées mécaniquement sur différentes fréquences. Un petit bobinage les fait vibrer. C'est la lamelle dont la fréquence se rapproche le plus de la fréquence du réseau qui vibre le plus.

Actuellement, c'est une alimentation à découpage qui a repris la fonction du transformateur pour les basses et moyennes puissances. Une alimentation à découpage travaille de préférence avec du continu, mais le courant alternatif peut facilement être redressé. La plupart des blocs d'alimentation pour spots halogène de 12V sont maintenant des alimentations à découpage au lieu d'un transfo (moins lourd et volumineux pour une puissance donnée).

Distribution

Les distributeurs d'électricité utilisent la tension la plus élevée possible pour réduire les pertes. On peut réduire les pertes en utilisant des cables plus gros, mais on arrive vite à des diamètres de cable insurmontables: pour alimenter une petite ville (10.000 habitants), il faudrait un cable de deux fois 30cm de diamètre. Une tension plus élevée permet un débit plus faible dans le cable pour transmettre la même énergie. Comme le débit (=courant) est plus faible, il y a moins de pertes. Les pertes à la transformation sont compensées par les moindres pertes au niveau de la distribution.

Europe

Le courant est fourni aux utilisateurs en 240V (le courant triphasé est décrit sur une page suivante). Toute l'Europe est standardisée (il n'y a que les prises de courant qui ne le sont pas!) La fréquence est également standardisée à 50Hz, même au Royaume Uni. On est passé du 220V au 240V (une différence de 10%) car cela permet une réduction des pertes dans le réseau local de 20%.

Etats Unis

La situation particulière des Etats-Unis est décrite sur cette page.

400Hz

La fréquence de réseau de 400Hz est utilisée dans les avions et bateaux militaires car elle permet une construction plus compacte et plus efficace.

Japon

Notez la situation assez étrange du Japon qui utilise le 60Hz au sud-est (comme aux Etats-Unis) et le 50Hz au nord-ouest (comme chez nous). Il n'y a que 3 stations de conversion dans le pays, ce qui fait qu'une partie du pays peut tomber sans courant si une centrale tombe en panne, car les unités de conversion 50/60Hz ne sont pas assez puissantes pour acheminer le courant du sud vers le nord ou inversément.

Le Japon est en fait totalement isolé du monde en ce qui concerne le réseau électrique et les japonnais payent leur électricité 40% plus cher que la moyenne des pays civilisés.

La raison est historique: après quelques essais avec des dynamos et du courant continu, on est passé à l'alternatif. Une région a acheté ses alternateurs en Allemagne (50Hz), l'autre en Amérique (60Hz). La situation perdure jusqu'à présent, car passer d'une fréquence à une autre nécessiterait de remplacer tous les moteurs, alternateurs et la plupart des transfos. Ah! s'ils en étaient restés au bon vieux courant continu...

La tension est de 100V au lieu de 120V, cela pose problème quand on utilise des appareils américains au Japon.

  • Les lampes à incandescence sont sous-voltées (elles éclairent moins). Les moteurs ont moins de puissance et chauffent plus (car la FEM (force contre électromotrice) est plus faible).

  • Inversément, les lampes japonaises sont survoltées aux Etats Unis et tiennent le coup moins longtemps. Les appareils de chauffage produisent 40% plus de chaleur.

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