Transport de l'électricité – transformateurs et pertes ΔP = P²R/U²
TechnologieGénie électrique et sécurité17–18 ans
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À suivre dans Génie électrique et sécurité
L'électricité part de la centrale, passe par un transformateur élévateur, une ligne haute tension et un transformateur abaisseur pour arriver aux consommateurs. Choisissez une tension de transport de 22 kV, 110 kV, 220 kV ou 500 kV, et faites glisser la longueur de la ligne et la section des câbles pour voir varier la résistance de la ligne R = ρL/S, les pertes ΔP = P²R/U² et le rendement du transport ; le câble rougeoie quand les pertes sont importantes. Un diagramme en barres comparant les pertes aux quatre niveaux de tension montre pourquoi l'électricité doit être transportée en haute tension.
Leçon : Structure du réseau électrique national : centrales, postes électriques, réseaux de transport et de distribution, pertes en ligne
Ce qu’elle montre
L'énergie électrique va des centrales aux consommateurs par de longues lignes dont la résistance R = ρL/S transforme une partie de la puissance en chaleur. Pour une puissance P donnée, le courant vaut I = P/U, donc les pertes par effet Joule ΔP = I²R = P²R/U² diminuent avec le carré de la tension. C'est pourquoi des transformateurs élèvent la tension à des centaines de kilovolts pour le transport, puis l'abaissent près des consommateurs. Le modèle compare quatre niveaux, de 22 kV à 500 kV, des câbles en aluminium ou en cuivre, et indique aussi la chute de tension ΔU = I·R et le rendement H = (P − ΔP)/P.
Mode d’emploi
Commencez à 220 kV avec les valeurs par défaut, 100 MW sur 200 km, et relevez les pertes et le rendement. Cliquez successivement sur 22 kV, 110 kV et 500 kV et comparez les barres du graphique. À tension fixe, doublez la Section du câble ou choisissez le cuivre comme Matériau du câble, puis comparez le gain avec celui obtenu en élevant la tension. Enfin, augmentez la puissance P et la Longueur de la ligne L pour voir quand le câble rougit et quand les pertes deviennent inacceptables.
Paramètres modifiables
- Puissance envoyée par la centrale 10–600 MW
- Tension de transport 22 kV (réseau de distribution), 110 kV, 220 kV, 500 kV (longue ligne interrégionale)
- Longueur de la ligne 10–600 km
- Section du câble 100–800 mm²
- Matériau du câble Aluminium-acier (ρ = 2,8·10⁻⁸ Ω·m), Cuivre (ρ = 1,7·10⁻⁸ Ω·m)
Questions à explorer
- Pour 100 MW sur 200 km, combien de fois les pertes sont-elles plus faibles à 220 kV qu'à 110 kV, et pourquoi ?
- Pourquoi une ligne de 22 kV ne peut-elle pas transporter 100 MW sur 200 km ?
- Qu'est-ce qui réduit le plus les pertes, doubler la section du câble ou doubler la tension de transport, et de quel facteur ?
