Transmission d'énergie électrique

Transport d'énergie électrique

La transmission de l'énergie électrique est un processus par lequel l'énergie électrique produite dans les centrales électriques est transportée en grandes quantités sur de longues distances pour une utilisation éventuelle par les consommateurs. L'énergie électrique est envoyée des centrales électriques au consommateur final par des lignes de transmission. Les lignes de transmission, lorsqu'elles sont interconnectées les unes avec les autres, deviennent des réseaux de transmission.

Ce réseau de transmission, ainsi que les centrales électriques et les sous-stations, est appelé «réseau de transmission» ou simplement «réseau». Un réseau de transport typique est illustré à la figure 1. Les réseaux de transport interconnectés au niveau national sont appelés « réseau national ». L'énergie est généralement transmise au sein d'un réseau à courant alternatif triphasé (CA). En raison de l'implication d'une grande quantité d'énergie électrique et des propriétés de l'électricité, la transmission sur de longues distances s'effectue normalement à haute tension (33 kV ou plus). L'énergie électrique est généralement transportée vers une sous-station près du point de consommation, qui est soit une zone peuplée, soit un complexe industriel. À la sous-station, l'énergie électrique haute tension est convertie en tensions inférieures adaptées à l'utilisation par les consommateurs, puis transportée jusqu'aux utilisateurs finaux via une ligne de distribution électrique basse tension

Fig 1 Réseau de transmission typique

Efficacité de transmission et pertes de transmission

La transmission d'électricité à haute tension réduit la fraction d'énergie perdue par la résistance, qui varie en fonction des conducteurs spécifiques, du courant qui circule et de la longueur de la ligne de transmission. Pour une puissance donnée, une tension plus élevée réduit le courant et donc les pertes résistives dans le conducteur. L'efficacité de la transmission est améliorée en augmentant la tension de transmission à l'aide d'un transformateur élévateur qui a pour effet de réduire le courant dans les conducteurs, tout en maintenant la puissance transmise presque égale à la puissance absorbée. Le courant réduit traversant le conducteur réduit les pertes dans le conducteur et puisque, selon la loi d'Ohms, les pertes sont proportionnelles au carré du courant, la réduction de moitié du courant entraîne une diminution par quatre des pertes de transmission. Un courant réduit signifie moins de I ² R (carré du courant I multiplié par la résistance du conducteur R) perte dans le système, moins de section transversale du câble conducteur électrique signifie moins d'investissement en capital et une diminution du courant entraîne une amélioration de la régulation de la tension du système de transmission d'énergie et une meilleure régulation de la tension indique la qualité Puissance. Pour ces trois raisons, l'énergie électrique est principalement transmise à un niveau de tension élevé.

Par conséquent, l'énergie électrique pour être transportée efficacement sur de longues distances nécessite des tensions élevées. Cette tension peut être de 33 kV, 66 kV, 110 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV ou même plus. La tension du générateur d'une centrale électrique varie généralement de 11 kV à 25 kV. L'énergie électrique générée est d'abord transportée du générateur à un transformateur de la centrale électrique. Le transformateur augmente la tension à la tension du réseau. Le générateur est alors synchronisé avec le réseau et la puissance générée est transmise au consommateur. Au point de consommation, les lignes de transmission sont connectées à une sous-station. Ici, les transformateurs de la sous-station changent la tension de l'énergie électrique de la haute tension à un niveau inférieur. De la sous-station, l'énergie électrique de basse tension est distribuée aux consommateurs d'énergie électrique via des lignes de distribution.

Les principaux composants d'un réseau de transport d'énergie électrique sont les suivants.

Sous-station

Les sous-stations transforment la tension de haute en basse, ou l'inverse, ou remplissent l'une de plusieurs autres fonctions importantes. La sous-station varie en taille et en configuration. Entre la centrale et le point de consommation, l'énergie électrique peut circuler dans plusieurs sous-stations à différents niveaux de tension.

Une sous-station de transmission connecte deux ou plusieurs lignes de transmission. Le cas le plus simple est celui où toutes les lignes de transmission ont la même tension. Dans ce cas, la sous-station contient des interrupteurs haute tension qui permettent de connecter ou d'isoler les lignes pour l'élimination des défauts ou la maintenance. Une station de transmission dispose normalement de transformateurs pour convertir entre deux tensions de transmission, de contrôle de tension, de dispositifs de correction du facteur de puissance tels que des condensateurs, des réacteurs ou des compensateurs VAR statiques et d'équipements tels que des transformateurs déphaseurs pour contrôler le flux d'énergie entre deux systèmes électriques adjacents.

Les sous-stations de transport peuvent être simples ou complexes. Une petite "station de commutation" se compose normalement d'un bus plus quelques disjoncteurs. Les grandes sous-stations de transmission sont généralement installées sur une grande surface (plusieurs hectares) et ont plusieurs niveaux de tension, de nombreux disjoncteurs et une grande quantité d'équipements de protection et de contrôle (transformateurs de tension et de courant, relais et systèmes SCADA). Les sous-stations modernes sont installées conformément aux normes internationales telles que la norme CEI 61850.

Les sous-stations varient en taille et en configuration, mais peuvent couvrir plusieurs hectares ; ils sont débarrassés de la végétation et généralement recouverts de gravier. Ils sont normalement clôturés et sont accessibles par une route d'accès permanente. En général, les sous-stations comprennent une variété de structures, de conducteurs, de clôtures, d'éclairage et d'autres caractéristiques qui donnent une apparence "industrielle".

Tours de transmission

Tours de transmission  sont le composant le plus visible du système de transmission de puissance. Ils sont utilisés dans les systèmes haute tension AC et DC. Une tour de transmission est normalement une grande structure en acier. Sa fonction est de maintenir les conducteurs à haute tension (lignes électriques) séparés de leur environnement et les uns des autres. Il existe une grande variété de formes, de tailles et de conceptions de tours qui utilisent généralement un treillis ouvert ou un monopôle, mais elles sont généralement très hautes avec une hauteur allant de 15 m à 55 m et des bras transversaux jusqu'à 30 m de large. En plus de l'acier, d'autres matériaux peuvent être utilisés, notamment le béton et le bois.

Il existe quatre grandes catégories de pylônes de transmission. Ce sont la suspension, la borne, la tension et la transposition. Certaines tours de transmission combinent ces fonctions de base.

Les pylônes doivent être conçus pour transporter trois (ou multiples de trois) conducteurs. Les tours sont généralement constituées de treillis ou de fermes en acier. Les isolateurs sont soit des disques de verre ou de porcelaine assemblés en cordes ou de longues tiges dont les longueurs dépendent de la tension de ligne et des conditions environnementales.

En règle générale, un ou deux fils de terre, également appelés fils de « garde », sont placés sur le dessus pour intercepter la foudre et la détourner sans danger vers la terre. Les pylônes pour haute et très haute tension sont généralement conçus pour transporter deux circuits électriques ou plus.

Lignes de transmission

L'énergie électrique est transmise à haute tension (110 kV ou plus) pour réduire l'énergie perdue lors de la transmission à longue distance. L'électricité est généralement transmise par des lignes électriques aériennes. La transmission d'électricité souterraine a un coût nettement plus élevé et des limites opérationnelles plus importantes, mais elle est parfois utilisée dans les zones urbaines ou dans des endroits sensibles.

Les lignes de transmission utilisent normalement un courant alternatif triphasé à haute tension. La technologie du courant continu haute tension (HVDC) est utilisée pour une plus grande efficacité sur de très longues distances (généralement plusieurs centaines de kilomètres). Les liaisons HVDC sont également utilisées pour se stabiliser contre les problèmes de contrôle dans les grands réseaux de distribution d'énergie où de nouvelles charges ou pannes soudaines dans une partie d'un réseau peuvent entraîner des problèmes de synchronisation et des pannes en cascade.

Généralement, plusieurs conducteurs sont enfilés sur une tour de transmission pour chaque circuit électrique. Les conducteurs sont constitués principalement de conducteurs métalliques torsadés. Les conducteurs aériens à haute tension ne sont pas recouverts d'isolant. Le matériau conducteur est généralement un conducteur en aluminium renforcé d'acier (ACSR), qui est un type spécifique de conducteur toronné à haute capacité et haute résistance. Les torons extérieurs sont fabriqués à partir de fil d'aluminium étiré dur fabriqué à partir d'au moins 99,5 % de tiges d'aluminium électrolytique pur de qualité CE et d'une teneur en cuivre ne dépassant pas 0,04 %. L'alliage d'aluminium de haute pureté est choisi pour son excellente conductivité, son faible poids et son faible coût. Les brins centraux sont en acier pour la résistance requise pour supporter le poids sans étirer l'aluminium en raison de sa ductilité. Cela donne au conducteur une résistance à la traction globale élevée. Le cuivre était auparavant utilisé pour la transmission aérienne, mais l'aluminium est plus léger, n'offre que des performances légèrement réduites et coûte beaucoup moins cher.

Droits de passage et voies d'accès

Les emprises (emprise) d'un corridor de transport comprennent les terrains réservés à la ligne de transport et aux installations associées, nécessaires pour faciliter l'entretien et pour éviter les risques d'incendie et d'autres accidents. Il offre une marge de sécurité entre les lignes à haute tension et les structures et la végétation environnantes. Un certain dégagement de la végétation peut être nécessaire pour des raisons de sécurité et/ou d'accès. Une emprise se compose généralement de végétation indigène ou de plantes sélectionnées pour des schémas de croissance favorables (croissance lente et faible hauteur à maturité). Cependant, dans certains cas, les routes d'accès constituent une partie de l'emprise et offrent un accès plus pratique aux véhicules de réparation et d'inspection. La largeur d'une emprise varie en fonction de la tension nominale de la ligne de transmission. Des routes d'accès aux structures de lignes de transmission pour la construction et l'entretien des lignes sont normalement nécessaires, et peuvent être pavées ou en gravier.