Electricité
La situation aux Etas Unis
120V 60Hz
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La distibution d'électricité aux Etats-Unis n'est pas comparable à la situation chez nous.
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Etats Unis


Transfo individuel pour groupe d'habitations

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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.
Cela a nécessité des solutions spéciales.

La tension de 120V sous 60Hz produit en théorie plus de pertes 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 et même une petite ville qui sont 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. Le réseau moyenne tension (qui est également fort basse) 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.

Split Phase
(courant biphasé)

On n'utilise pas le triphasé pour les clients résidentiels. Par contre on utilise une connection de type “split phase” permettant de fournir à la fois du 120V et du 240V: le transfo sur le poteau utilise une seule phase du réseau triphasé moyenne tension, mais a deux sorties 120V qui additionnées font 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 normalement pas de connection triphasée.

High Leg Delta

Si du triphasé est nécessaire, on utilise un autre type de transfo d'alimentation. Chaque utilisateur industriel a sa propre cabine de transformation et on utilise un branchement spécial, ici aussi pour permettre le branchements d'appareils 120V et 240V: “high leg delta”.

Le neutre, au lieu d'être connecté au centre de l'étoile est connecté entre deux phases via le transfo réducteur de tension. Une des phases a donc une tension plus élevée par rapport au neutre (high leg).

Le neutre est ici aussi mis à la masse dans la cabine de transformation.

Le branchement triphasé en triangle ou "delta" est possible (on a 240V entre toutes les phases), mais pas en étoile (Wye), puisque le neutre se situe entre deux phases et non pas entre les trois phases. Le neutre ne peut jamais être connecté à un consommateur triphasé! Par contre il est utilisé pour l'alimentation monophasée 120V.

Le triphasé "high leg delta" n'est d'application qu'à partir du dernier transfo (celui qui produit la tension pour les utilisateurs). C'est la mise au neutre spéciale qui fait d'un triphasé normal un triphasé high leg delta.

Le triphasé high leg delta produit une charge non balancée importante dès que des utilisateurs monophasés sont en fonction. Le système européen n'a pas cet inconvénient, puisque les utilisateurs monophasés sont chacun connectés sur une phase différente, ce qui nivelle les différences. Aux Etats Unis, on réduit l'imbalance en utilisant pour chaque client un transfo avec phase high leg différente.

Le schéma à droite montre les tensions qui sont d'application:

  • il y a 240V entre chaque phase
    (pour les utilisateurs triphasés)

  • il y a 120V entre le neutre et la phase a ou c
    (pour les petits utilisateurs) et
    240V entre la phase a et c (pour les gros utilisateurs monophasé).

  • il y a 208V entre le neutre et la phase b (high leg)
    On peut utiliser cette tension avec un autotransfo qui rabaisse la tension à du 120V.
Le 120V et le 208V rabaissé forment un courant diphasé avec un angle de 90°.

Utilisation du réseau 208V

Aussi étrange que cela paraisse, Il y a des appareils qui sont branchés sur le 208V. Il s'agit souvent de gros ordinateurs (serveurs). Ces appareils sont équipés d'une alimentation à découpage qui peut fonctionner sur toutes les tensions entre 110 et 240V. Dans les hôpitaux américains, les blocs opératoires sont souvent alimentés en 208V, tandis que les communs le sont en 120+120V.

La raison pour laquelle cette tension différente est utilisée est que le réseau 208V, s'il est disponible, est cablé indépendamment du réseau domestique à partir du compteur principal, avec un fusible par prise et des prises spéciales. Cela rend le réseau 208V plus fiable que le réseau 120/240V domestique car le courant risque moins d'être interrompu en cas de cours-circuit dans le réseau ménager (le fusible ne coupe que la prise, pas tout le réseu).

Mais pour compliquer encore un peu plus les choses, sachez qu'il existe également un réseau triphasé classiquement cablé en 120/208V (cablage identique à notre réseau 230/400V). Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué, n'est ce pas...

La plaquette signalétique de ce groupe électrogène en provenance de l'armée américaine (fréquence de réseau 60Hz) indique clairement les tensions disponibles: 120/240V et 120/208V selon le branchement: monophasé split phase, triphasé high leg delta et biphasé 90°

208Y120 et 480Y277

Le réseau high leg delta est principalement utilisé dans les zones rurales mais les Etats Unis utilisent de plus en plus de triphasé classique (symmétrique) dans les nouveaux quartiers.

Dans le cas de triphasé résidentiel, on travaille en 208Y120V. Il s'agit d'un réseau triphasé comme chez nous, mais avec une tension simple de 120V et une tension composée de 208V. Les petits utilisateurs sont branchés entre neutre et phase (120V comme dans le système classique) tandis que les plus gros utilisateurs travaillent en triphasé ou utilisent la tension entre phases de 208V: de nombreux appareils sont spécifiquement conçus pour travailler avec cette tension de 208V, qui est également la tension "high leg" du réseau asymmétrique high leg delta décrit plus haut.

Les utilisateurs industriels utilisent du 480Y277V. Cette tension n'est pas compatible avec les appareils résidentiels et la tension est réduite sur place avec un autotransformateur triphasé pour les bureaux, l'éclairage, etc.

Notez, à toutes fins utiles (on ne sait jamais...) qu'il existe également un réseau de distribution à un fil (et retour par la terre), le réseau SWER (single wire earth return). Ce type de réseau est utilisé dans les régions très peu peuplées des Etats Unis, mais a son origine en Nouvelle Zélande et en Australie.

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