Pourquoi la puissance est-elle transmise à haute tension plutôt qu'à fort courant

La Rationale derrière la Transmission d'Énergie à Haute Tension et Faible IntensitéPour la transmission d'énergie sur de longues distances, l'envoi d'électricité à haute tension et faible intensité est la stratégie la plus efficace et économique. Cette approche réduit considérablement les pertes résistives, diminue la dépendance aux conducteurs coûteux et améliore globalement la performance du réseau électrique. Dans cet article, nous examinerons les principales raisons pour lesquelles la transmission à haute tension est préférée aux alternatives à basse tension ou haute intensité, appuyées par une analyse technique et économique approfondie.Il existe de nombreux facteurs pratiques et économiques qui favorisent la haute tension par rapport à la haute intensité dans la transmission d'énergie. Dans un système électrique, la puissance (P) est déterminée par la formule :

1.P est la puissance électrique,

2.V est la tension, et

3.I est l'intensité électrique.

La Supériorité de la Transmission d'Énergie à Haute Tension et Faible IntensitéLa formule P = VI révèle que la puissance est directement proportionnelle à la fois à la tension et à l'intensité. Cependant, en ce qui concerne la transmission d'énergie sur de longues distances, l'utilisation d'une haute tension et d'une faible intensité présente de nombreux avantages convaincants pour plusieurs raisons :

Réduction des Pertes I^2RLes pertes d'énergie dans les lignes de transmission suivent la formule I^2R, où I est l'intensité et R est la résistance de la ligne. Une forte intensité entraîne des pertes disproportionnellement importantes, car ces pertes augmentent exponentiellement avec le carré de l'intensité. Lorsque la chaleur se dissipe à partir des conducteurs, de grandes quantités d'énergie sont gaspillées.En augmentant la tension tout en maintenant la puissance constante, l'intensité peut être réduite. Par exemple, si la tension est doublée, l'intensité est divisée par deux pour la même puissance. Cette réduction de l'intensité conduit à une diminution substantielle des pertes I^2R, améliorant ainsi l'efficacité globale du système de transmission d'énergie.

Minimisation de la Chute de TensionLa chute de tension est due à la résistance de la ligne de transmission et est directement liée à l'intensité qui circule. Des intensités plus élevées entraînent des chutes de tension plus importantes, ce qui peut dégrader la qualité de l'énergie et réduire l'efficacité de la transmission.Transmettre l'énergie à haute tension aide à atténuer ce problème. Avec une intensité plus faible, la chute de tension le long de la ligne est minimisée, assurant que l'énergie atteignant les utilisateurs finaux correspond étroitement à la tension générée. Cette cohérence est cruciale pour maintenir la fiabilité des systèmes électriques.

Utilisation Économique des ConducteursLa production et l'installation des conducteurs (fils) dans les systèmes de transmission d'énergie engendrent des coûts importants. Des intensités plus élevées nécessitent des conducteurs avec des sections transversales plus grandes pour gérer la charge électrique accrue. Ces conducteurs plus grands sont non seulement plus coûteux à fabriquer, mais exigent également plus de matériel, augmentant encore les coûts.

Lorsque l'énergie est transmise à haute tension, la réduction de l'intensité permet l'utilisation de conducteurs plus petits et plus économiques. Mathématiquement, lorsque des facteurs tels que la puissance (W), la longueur de la ligne de transmission (L), la résistivité des conducteurs ρ et les pertes d'énergie sont maintenus constants, le volume du conducteur est inversement proportionnel au carré de la tension VcosΦ. Ainsi, des niveaux de tension plus élevés permettent une réduction significative de la quantité de matériau conducteur nécessaire, entraînant des économies importantes.

Amélioration de l'Efficiacité des Transformateurs

Les transformateurs, essentiels pour augmenter ou réduire les niveaux de tension, fonctionnent de manière plus efficace à des tensions plus élevées. La transmission à haute tension réduit la fréquence des transformations de tension le long du parcours de transmission. Moins de transformations signifient moins d'occasions de pertes d'énergie au sein des transformateurs eux-mêmes, contribuant à l'efficacité globale du système.

Respect des Normes Réglementaires

Les réglementations nationales et internationales spécifient souvent des limites pour la chute de tension et les exigences minimales de facteur de puissance dans la transmission d'énergie. La transmission à haute tension facilite la conformité des entreprises de services publics à ces normes. En minimisant la chute de tension et en optimisant le facteur de puissance, les systèmes à haute tension garantissent une qualité constante de l'énergie et répondent aux attentes réglementaires.

Il est important de noter que, bien que la haute tension offre de nombreux avantages, elle doit être utilisée dans des limites sûres. Dépasser les niveaux de tension appropriés peut entraîner des coûts supplémentaires en raison de la nécessité d'une isolation renforcée, de transformateurs plus grands, de disjoncteurs plus robustes, d'arresteurs de foudre supplémentaires et de structures de soutien plus solides telles que poteaux et pylônes. De plus, des tensions plus élevées peuvent augmenter le niveau de défaut, augmentant la probabilité et la gravité des pannes électriques.

Les Conséquences de la Transmission à Haute Intensité

Si une haute intensité était utilisée au lieu d'une haute tension pour la transmission et la distribution d'énergie, le système électrique ferait face à une série de défis :

Augmentation des Pertes I^2RComme discuté précédemment, les fortes intensités entraînent des pertes I^2R importantes. Ces pertes non seulement gaspillent de l'énergie, mais nécessitent également une génération d'énergie supplémentaire pour compenser, augmentant les coûts opérationnels et l'impact environnemental.

Chute de Tension Plus Importante

Des intensités plus élevées entraînent des chutes de tension plus prononcées le long des lignes de transmission. Cela peut conduire à une qualité d'énergie incohérente, des dysfonctionnements d'équipement et une réduction de l'efficacité du système.

Nécessité d'Équipements Plus Grands

Pour gérer les hautes intensités, les équipements électriques tels que les alternateurs, les transformateurs, les disjoncteurs et les conducteurs doivent être dimensionnés pour des capacités kVA plus importantes. Ces appareils plus grands sont plus coûteux à acheter, installer et entretenir, augmentant le coût global du système d'énergie.

Problèmes de Compatibilité

De nombreux dispositifs et systèmes électriques sont conçus pour fonctionner dans des plages de tension et d'intensité spécifiques. La transmission à haute intensité peut entraîner des problèmes de compatibilité, nécessitant des mises à niveau ou des remplacements coûteux de l'équipement existant.

Réduction de l'Efficiacité de la Transmission

Les effets combinés des pertes accrues, de la chute de tension et des équipements plus grands entraînent une diminution significative de l'efficacité globale de la transmission. Plus d'énergie est gaspillée, et moins de puissance atteint les utilisateurs finaux, rendant le système moins économique et durable.

Préoccupations de Sécurité

Les hautes intensités posent des risques de sécurité plus grands, tant pour le personnel travaillant sur le système électrique que pour le public général. Le risque accru de choc électrique, d'incendies et de panne d'équipement nécessite des mesures de sécurité supplémentaires, ajoutant encore au coût et à la complexité du système.

Distance de Transmission Limitée

En raison des pertes et de la chute de tension importantes associées à la transmission à haute intensité, la distance de transmission pratique est sévèrement limitée. Cela restreint la capacité à livrer de l'énergie sur de longues distances, rendant la transmission à haute intensité inappropriée pour les grands réseaux électriques interconnectés.

En revanche, la transmission à haute tension offre une solution plus efficace, économique et fiable pour la transmission d'énergie électrique sur de longues distances. Elle équilibre la minimisation des pertes, la réduction des coûts et la livraison constante d'énergie de haute qualité, ce qui en fait le choix préféré pour les systèmes d'énergie modernes.