Comment fonctionnent les systèmes de distribution d'énergie ?
L'énergie électrique fournie aux bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels est généralement générée par un service public à un emplacement centralisé, puis transmise et distribuée via le système de transport et de distribution d'énergie du service public à ses utilisateurs finaux.
Le système de transport et de distribution d'électricité d'un service public est responsable du contrôle, de la protection, de la transformation et de la régulation de l'énergie électrique afin de garantir une livraison sûre aux consommateurs. Ce système commence au point de production d’électricité et se termine généralement à l’entrée de service avec compteur d’un bâtiment, là où commence le réseau de distribution électrique du bâtiment. Un système de transport et de distribution d'énergie électrique comprend plusieurs composants, notamment des sous-stations de transmission (transformateurs élévateurs), des lignes de transport, des sous-stations de distribution (transformateurs abaisseurs) et des lignes de distribution (voir Figure 1).
Sous-stations de transport
Les sous-stations de transport sont des installations extérieures au sein du système public utilisées pour modifier les niveaux de tension, centraliser la commutation, la surveillance et la protection du système et redistribuer l'énergie. Typiquement, ces sous-stations fonctionnent à des hautes tensions (HT) allant de 69 kV à 345 kV et à des très hautes tensions (THT) supérieures à 345 kV. Ils ajustent également le nombre et la taille des lignes qui partent de la gare.
Transformateurs
Les transformateurs sont des appareils électriques conçus pour convertir la tension d'un niveau à un autre en utilisant l'électromagnétisme. Dans les systèmes de distribution d’énergie, ils facilitent l’augmentation ou la diminution sûre et efficace des niveaux de tension. Bien que les transformateurs ajustent la tension, ils ne modifient pas la quantité globale de puissance fournie : à part des pertes mineures dues à la chaleur, la puissance entrant et sortant d'un transformateur reste égale. Évalués en kVA, les transformateurs permettent aux services publics de distribuer des quantités importantes d'énergie de manière rentable (voir Figure 2).
Les transformateurs contribuent à réduire les coûts en permettant à l'énergie d'être transmise sur de longues distances avec des conducteurs plus petits, car l'augmentation de la tension réduit le courant. Cette pratique aboutit à des lignes électriques plus petites et plus économiques, les tensions générées étant augmentées pour la transmission longue distance et réduites plus près de l'utilisateur final. Bien que les transformateurs puissent augmenter ou diminuer le courant et la tension, les termes « augmenter » et « abaisser » font toujours spécifiquement référence à la tension.
Lignes de transmission
Les lignes de transmission sont des conducteurs aériens qui transportent de grandes quantités d’électricité sur de longues distances à haute tension. Pour garantir la sécurité, ces lignes doivent être suffisamment espacées. Les niveaux de tension de transmission dépendent de la distance et de la puissance transmise, des tensions plus élevées étant utilisées pour des distances plus longues ou des charges de puissance plus importantes.
Les lignes de transport fonctionnent sur une large gamme de tensions, de quelques kilovolts à des centaines de kilovolts. Le but de l'augmentation de la tension dans les lignes de transmission est de transporter de grandes quantités d'énergie à l'aide de conducteurs plus petits, car la taille du conducteur est déterminée par le courant qu'il doit transporter en toute sécurité sans surchauffe. Pour un niveau de puissance donné, le courant diminue à mesure que la tension augmente, ce qui signifie que des conducteurs plus petits peuvent être utilisés pour la transmission haute tension.
L'augmentation de la tension de transport réduit les pertes de puissance entre le générateur du service public et le point de livraison final, la tension doublant pouvant potentiellement réduire les pertes de puissance jusqu'à 75 %. Des tensions plus élevées réduisent également la taille des conducteurs et permettent d'utiliser des poteaux et des tours plus légers et plus espacés, réduisant encore davantage les coûts de construction et de matériaux.
Les générateurs publics produisent généralement de l’énergie triphasée, avec des lignes de distribution haute tension regroupées par groupes de trois. Un conducteur neutre/terre est acheminé au-dessus des lignes électriques pour aider à dissiper les coups de foudre, en mettant à la terre chaque poteau électrique et sous-station. La puissance est augmentée et diminuée plusieurs fois avant d'atteindre l'utilisateur final.
Sous-stations de distribution
Les sous-stations de distribution sont des installations extérieures positionnées à proximité du point d'utilisation. Ils ajustent les niveaux de tension, centralisent la surveillance, la protection et la commutation du système, et redistribuent l'alimentation. Alors que les sous-stations de transport gèrent des tensions élevées, les sous-stations de distribution fonctionnent à des tensions plus faibles, produisant généralement entre 12 kV et 13,8 kV.
Ces sous-stations fournissent également un emplacement pour tester les systèmes, ajuster les sorties de tension, ajouter ou déconnecter des lignes et rediriger l'alimentation électrique en cas de pannes ou d'autres problèmes de distribution. La sortie d'une sous-station de distribution produit souvent plusieurs lignes avec différents niveaux de tension, distribuant davantage l'énergie vers les utilisateurs finaux.
Lignes de distribution
Les lignes de distribution transportent l’électricité d’une sous-station jusqu’à l’entrée de service du bâtiment. Ces lignes forment un réseau interconnecté souvent appelé « réseau », permettant à l'électricité d'être réacheminée entre les services publics ou commutée pour répondre à des demandes variables.
Dans ce système de réseau, plusieurs lignes fonctionnent ensemble pour maintenir une fourniture d'énergie fiable, garantissant ainsi aux utilisateurs un accès continu à l'électricité, même en cas de perturbations du système ou d'activités de maintenance.
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