Transmission d'énergie sur un fil

Un circuit électrique est constitué d'au moins trois éléments : un générateur, qui est une source d'énergie électrique, récepteur d'énergie et les fils reliant le générateur et le récepteur.

Les centrales électriques sont souvent situées loin de l'endroit où l'électricité est consommée. Une ligne électrique aérienne s'étend sur des dizaines voire des centaines de kilomètres entre la centrale électrique et le lieu de consommation d'énergie. Les conducteurs de la ligne électrique sont fixés sur des poteaux avec des isolateurs constitués d'un diélectrique, le plus souvent en porcelaine.

À l'aide de lignes aériennes qui composent le réseau électrique, l'électricité est fournie aux bâtiments résidentiels et industriels où se trouvent les consommateurs d'énergie. À l'intérieur des bâtiments, le câblage électrique est constitué de fils et de câbles en cuivre isolés et est appelé câblage intérieur.

Lorsque l'électricité est transmise par des fils, on observe un certain nombre de phénomènes indésirables liés à la résistance des fils au courant électrique. Ces phénomènes comprennent perte de tension, les pertes de puissance de ligne, fils chauffants.

Perte de tension de ligne

Lorsque le courant circule, une chute de tension est créée à travers la résistance de ligne. La résistance de ligne Rl peut être calculée si la longueur de la ligne l (en mètres), la section du conducteur S (en millimètres carrés) et la résistance du matériau du fil ρ sont connues :

Rl = ρ (2l / S)

(la formule contient le chiffre 2 car les deux fils doivent être pris en compte).

Si un courant l parcourt la ligne, alors la chute de tension dans la ligne ΔUl selon la loi d'Ohm est égale à : ΔUl = IRl.

Puisqu'une partie de la tension dans la ligne est perdue, elle sera toujours inférieure à la fin de la ligne (au niveau du récepteur) qu'au début de la ligne (pas aux bornes du générateur). Une chute de tension du récepteur due à une chute de tension de ligne peut empêcher le récepteur de fonctionner normalement.

Supposons, par exemple, que des lampes à incandescence brûlent normalement à 220 V et soient connectées à un générateur fournissant 220 V. Supposons que la ligne ait une longueur l = 92 m, une section de fil S = 4 mm2 et une résistance ρ = 0 , 0175.

Résistance de ligne : Rl = ρ (2l / S) = 0,0175 (2 x 92) / 4 = 0,8 ohms.

Si le courant traverse les lampes Az = 10 A, alors la chute de tension dans la ligne sera : ΔUl = IRl = 10 x 0,8 = 8 V... Donc, la tension dans les lampes sera inférieure de 2,4 V à celle du générateur tension : Ulampes = 220 — 8 = 212 V. Les lampes seront une poignée insuffisamment éclairées. Une modification du courant circulant dans les récepteurs entraîne une modification de la chute de tension sur la ligne, ce qui entraîne une modification de la tension sur les récepteurs.

Laissez une des lampes s'éteindre dans cet exemple et le courant dans la ligne diminuera à 5 A. Dans ce cas, la chute de tension dans la ligne diminuera : ΔUl = IRl = 5 x 0,8 = 4 V.

Sur la lampe allumée, la tension augmentera, ce qui entraînera une augmentation notable de sa luminosité. L'exemple montre que l'activation ou la désactivation d'un récepteur individuel provoque une modification de la tension des autres récepteurs en raison d'une modification de la chute de tension dans la ligne. Ces phénomènes expliquent les fluctuations de tension souvent observées dans les réseaux électriques.

L'effet de la résistance de ligne sur la valeur de la tension du réseau est caractérisé par la perte de tension relative. Le rapport de la chute de tension dans la ligne à la tension normale, exprimé en pourcentage de perte de tension relative (noté ΔU%), est appelé :

ΔU% = (ΔUl /U)x100%

Selon les normes en vigueur, les conducteurs de la ligne doivent être conçus de manière à ce que la perte de tension ne dépasse pas 5% et que la charge d'éclairage ne dépasse pas 2 - 3%.

Perte d'énergie

Une partie de l'énergie électrique générée par le générateur passe en chaleur et est gaspillée en chaux, provoquant un échauffement par conduction. De ce fait, l'énergie reçue par le récepteur est toujours inférieure à l'énergie fournie par le générateur. De même, la puissance consommée dans le récepteur est toujours inférieure à la puissance développée par le générateur.

La perte de puissance dans la ligne peut être calculée en connaissant l'intensité et la résistance actuelles de la ligne : Plosses = Az2Rl

Pour caractériser l'efficacité de la transmission de puissance, définir l'efficacité de la ligne, qui s'entend comme le rapport de la puissance reçue par le récepteur à la puissance développée par le générateur.

Étant donné que la puissance développée par le générateur est supérieure à la puissance du récepteur par la quantité de perte de puissance dans la ligne, l'efficacité (désignée par la lettre grecque η - ceci) est calculée comme suit : η = Puseful / (Puseful + Plosses)

où, Ppolzn est la puissance consommée dans le récepteur, Ploss est la perte de puissance dans les lignes.

À partir de l'exemple discuté précédemment avec l'intensité du courant Az = 10 Perte de puissance dans la ligne (Rl = 0,8 ohms) :

Perte = Az2Rl = 102NS0, 8 = 80 W.

Puissance utile P utile = Ulampes x I = 212x 10 = 2120 W.

Efficacité η = 2120 / (2120 + 80) = 0,96 (ou 96%), soit les récepteurs ne reçoivent que 96% de la puissance générée par le générateur.

Chauffage au fil

L'échauffement des fils et câbles dû à la chaleur dégagée par le courant électrique est un phénomène néfaste. Avec un fonctionnement prolongé à des températures élevées, l'isolation des fils et des câbles vieillit, devient cassante et s'effondre. La destruction de l'isolation est inacceptable, car cela crée la possibilité d'un contact des parties nues des fils les unes avec les autres et du soi-disant court-circuit.

Toucher des fils exposés peut provoquer un choc électrique. Enfin, un échauffement excessif du fil peut enflammer son isolation et provoquer un incendie.

Pour vous assurer que le chauffage ne dépasse pas la valeur autorisée, vous devez choisir la bonne section de fil. Plus le courant est élevé, plus la section transversale qu'un fil doit avoir est grande, car à mesure que la section transversale augmente, la résistance diminue et, par conséquent, la quantité de chaleur générée diminue.

La sélection de la section des fils chauffants est effectuée selon les tableaux indiquant la quantité de courant pouvant traverser le fil sans provoquer de surchauffe inacceptable.va. Parfois, ils indiquent la densité de courant admissible, c'est-à-dire la quantité de courant par millimètre carré de la section transversale du fil.

La densité de courant Ј est égale à la force du courant (en ampères) divisée par la section du conducteur (en millimètres carrés): Ј = I / S а / mm2

Connaissant la densité de courant admissible Јde plus, vous pouvez trouver la section de conducteur nécessaire : S = I / Јadop

Pour le câblage interne, la densité de courant admissible est en moyenne de 6A/mm2.

Un exemple. Il est nécessaire de déterminer la section du fil, si l'on sait que le courant qui le traverse doit être égal à I = 15A, et la densité de courant admissible Јadop - 6Аmm2.

Décision. Section de câble requise S = I /Јadop = 15/6 = 2,5 mm2