Classification des systèmes de réseau de distribution d'électricité
Le réseau typique de distribution d'électricité est classé en trois composants principaux : la production, le transport et la distribution. L'électricité est produite dans des centrales électriques, souvent situées loin des centres de charge. Par conséquent, des lignes de transport sont utilisées pour livrer l'énergie sur de longues distances.
Pour minimiser les pertes de transport, une tension élevée est utilisée dans les lignes de transport, et la tension est réduite au centre de charge. Le système de distribution livre ensuite cette énergie aux utilisateurs finaux.
Types de systèmes de distribution d'électricité
Le système de distribution peut être classé selon plusieurs critères :
Classification par nature de l'alimentation
L'électricité existe sous deux formes : CA et CC. Le système de distribution s'aligne avec ces types. Le système de distribution CA est divisé davantage par niveau de tension :
La disposition typique du système de distribution primaire est illustrée ci-dessous, montrant son rôle dans la livraison d'énergie haute tension avant la conversion finale de tension.
Le système de distribution secondaire livre l'énergie au niveau de tension d'utilisation. Il commence là où se termine le système de distribution primaire—généralement à un transformateur qui abaisse 11 kV à 415 V pour la distribution directe aux petits consommateurs.
La plupart des transformateurs à ce stade présentent un enroulement primaire connecté en triangle et un enroulement secondaire connecté en étoile, ce qui fournit un terminal neutre mis à la terre. Cette configuration permet au système de distribution secondaire d'utiliser un montage triphasé à quatre fils.
La disposition d'un réseau de distribution secondaire est illustrée ci-dessous, démontrant comment la tension est adaptée pour les applications des utilisateurs finaux.
Système de distribution CC
Bien que la plupart des charges des systèmes d'énergie soient basées sur le CA, certaines applications nécessitent de l'énergie CC, nécessitant l'utilisation d'un système de distribution CC. Dans ces cas, l'énergie CA générée est convertie en CC via des redresseurs ou des convertisseurs rotatifs. Les principales applications de l'énergie CC incluent les systèmes de traction, les moteurs CC, la charge de batteries et le plaquage électrolytique.
Le système de distribution CC est catégorisé par sa configuration de câblage :
Système de distribution CC à deux fils
Ce système utilise deux fils : l'un à potentiel positif (fils actif) et l'autre à potentiel négatif ou zéro. Les charges (comme les lampes ou les moteurs) sont connectées en parallèle entre les deux fils, convenant aux dispositifs à configuration à deux bornes. Un schéma de cette configuration est montré ci-dessous.
Système de distribution CC à trois fils
Système de distribution CC à trois fils
Ce système emploie trois fils : deux fils actifs et un fil neutre, offrant l'avantage clé de fournir deux niveaux de tension. Supposons que les fils actifs soient à +V et -V, avec le neutre à potentiel zéro. En connectant une charge entre un fil actif et le neutre, on obtient V volts, tandis qu'en connectant entre les deux fils actifs, on obtient 2V volts.
Cette configuration permet aux charges à haute tension de se connecter entre les fils actifs et aux charges à basse tension de se connecter entre un fil actif et le neutre. Le diagramme de connexion pour un système de distribution CC à trois fils est illustré ci-dessous.
Classification des systèmes de distribution par méthode de connexion
Le système de distribution est catégorisé en trois types selon la méthodologie de connexion :
Système radial
Dans un système radial, des alimentateurs séparés livrent l'énergie depuis un poste de transformation vers chaque zone, avec l'énergie circulant unidirectionnellement de l'alimentateur au distributeur. Ce design est simple et facile à mettre en œuvre, nécessitant un investissement initial plus faible par rapport aux autres systèmes.
Cependant, sa fiabilité est considérablement limitée : une panne dans un alimentateur peut arrêter l'ensemble du système qu'il dessert. La régulation de tension souffre également pour les consommateurs éloignés de l'alimentateur, car les fluctuations de charge provoquent des variations de tension plus prononcées. Pour ces raisons, les systèmes radiaux sont généralement utilisés uniquement pour la distribution sur de courtes distances vers des charges situées près de l'alimentateur. Un diagramme monofilaire du système radial est montré ci-dessous.
Système en anneau principal
Dans un système en anneau principal, les transformateurs de distribution sont connectés en configuration en boucle fermée, alimentés par un poste de transformation d'une extrémité. Ce design assure que chaque transformateur a deux voies distinctes vers le poste de transformation, améliorant la redondance et la fiabilité. Un diagramme monofilaire du système en anneau principal est illustré ci-dessous.
Cette configuration peut être comparée à deux alimentateurs connectés en parallèle. Par exemple, si une panne se produit entre les points B et C, le segment entre B et C sera isolé du système, et le poste de transformation peut alimenter l'énergie par deux itinéraires alternatifs.
Ce design améliore la fiabilité du système, réduit les fluctuations de tension chez le consommateur et assure que chaque segment de boucle transporte un courant inférieur—nécessitant ainsi moins de matériel conducteur par rapport au système radial.
Système de distribution interconnecté
Le système de distribution interconnecté présente une boucle alimentée par plusieurs postes de transformation à différents points, lui valant le nom de "système de distribution en grille". Un diagramme monofilaire de ce système est illustré ci-dessous.
Comme illustré dans le diagramme ci-dessus, la boucle ABCDEFGHA est alimentée par deux postes de transformation aux points A et E. Cette configuration améliore considérablement la fiabilité du système par rapport aux systèmes en anneau principal et radiaux.
Bien que le système interconnecté offre une qualité et une efficacité supérieures de l'énergie—réduisant même la capacité de réserve d'énergie—son design est complexe et nécessite un investissement initial plus élevé en raison de la nécessité de plusieurs postes de transformation.
Classification des systèmes de distribution par type de construction
Système de distribution souterrain
Comme son nom l'indique, ce système place les conducteurs sous les rues ou les trottoirs. Bien qu'il soit plus sûr que les systèmes aériens, il engendre des coûts initiaux élevés en raison du terrassement, des conduits, des regards et des câbles spécialisés. Les câbles souterrains sont moins sujets aux pannes et offrent des avantages esthétiques (invisibilité), mais la détection et la réparation des pannes sont difficiles. Leur durée de vie dépasse 50 ans.
Système de distribution aérien
Les conducteurs sont montés sur des poteaux en bois, en béton ou en acier dans ce montage conventionnel. Bien qu'il soit plus susceptible de pannes et de dangers de sécurité que les systèmes souterrains, il a des coûts initiaux plus faibles et une plus grande flexibilité pour l'expansion de la charge. L'air sert de milieu d'isolation, éliminant la nécessité de câbles spéciaux et permettant une capacité de transport de courant plus élevée. L'installation, la localisation des pannes et la réparation sont simples, gardant les coûts de maintenance bas—bien qu'il puisse interférer avec les systèmes de communication. Sa durée de vie utile dépasse 25 ans.
