Production d'électricité et fréquence

[Benzki]

Bonjour, j'en profite pour poser une question apparentée (peut-être pas la peine de lancer un autre fil ##si, si, c'est quand même franchement hors-sujet, mach3, pour la modération##).
On entend souvent dire qu'il faut un équilibre quasi-parfait entre la demande d'électricité et sa production, ce qui est loin d'être toujours évident. Lorsque la demande est trop importante par rapport à la production, il y a diminution de la fréquence, les générateurs peinent et ralentissent (ce que nous ressentons avec nos alternateurs de voiture dès que nous branchons des consommables). Certains appareils ont une tolérance faible par rapport à la fréquence du courant alternatif. Donc, j'imagine que si la fréquence baisse sous un seuil, le producteur doit déconnecter son générateur sous peine de créer des dommages chez ses clients. Mais que se passe t-il au niveau du générateur lui-même ? Il risque aussi d'être endommagé par surchauffe des bobinages ? D'autres aspects interviennent ? Merci...
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[XK150]

Bonjour ,

En France , les alternateurs décrochent à 47.5 Hz . Pourquoi les bobinages surchaufferaient ils , puisque l'alternateur est déconnecté du réseau et ne produit plus rien ?
Il faut évidemment supprimer la puissance mécanique sur l'arbre d'entrée , probablement diminuer ou annuler le courant d'excitation et l'alternateur ralentira jusqu'à l'arrêt .

[XK150]

re ,

Une anecdote en illustration ....

En cas de situation tendue, les alternateurs décrochent du réseau à 47.5 Hz (47 Hz pour la France).
Le décrochage d'un alternateur provoque un report de charge sur les unités restantes, de nouveaux groupes se séparent du réseau. Ce mouvement de cascade est très rapide ; Il reste aux gestionnaires du réseau de se séparer volontairement et rapidement des régions en déficit par des délestages massifs pour tenter de préserver ce qui est encore à l'équilibre.

Le 12-01-1987, journée nationale grand froid, le groupe 1 de la centrale thermique de Cordemais ( Loire-Atlantique) tombe en panne à 10h55 , suivi par le groupe 2 pour des raisons techniques indépendantes , suivi de la perte du groupe 3 , conséquence de la perte des 2 premiers . A 11h42, à cause des reports et décrochages, la perte totale de puissance est de 9000MW,
Le 405 kV tombe à moins de 210 kV. Les régulateurs récupèrent 1500 MW par des délestages massifs volontaires sur la Bretagne et la région d'Angers.
L'incident aura des répercussions sur la moitié de la France.
La situation normale sera rétablie dans l'après-midi.

[Benzki]

Bonjour,

En France , les alternateurs décrochent à 47.5 Hz . Pourquoi les bobinages surchaufferaient ils , puisque l'alternateur est déconnecté du réseau et ne produit plus rien ?

J'ai mal rédigé ma question : si le producteur ne déconnecte pas sa machine en cas de demande excessive (qui se traduit par une fréquence passant sous les 47,5 Hz), il y a risque de dysfonctionnement de certains appareils en aval, mais son générateur, lui, risque t-il aussi de passer un mauvais moment ? Je fais peut-être un mauvais parallèle avec un transformateur à qui on en demande trop et qui chauffe.

Risque de black-out...en Belgique, la situation est assez tendue ces derniers hivers. L'année passée, nous n'avions plus qu'une petite fraction de nos centrales nucléaires qui était opérationnelle, une grande partie étant en maintenance ou en réparation. En octobre 18, les journaux titraient "La Belgique cherche des centrales électriques flottantes pour éviter le black-out..."
Les compteurs "intelligents" commencent tout juste à être implantés. C'est peut-être dans ce domaine que se justifie au mieux leur utilisation. Pas évident de gérer le réseau d'aujourd'hui, avec des dizaines de milliers de producteurs, une énergie si fluctuante. Dans les années qui viennent, des millions de producteurs s'ajouteront sans doute, en raccordant leur batterie de voiture électrique. Il n'y a qu'à espérer qu'il n'y aura pas de bug informatique....

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Re ,

Les régulations font que , on ne demandera jamais à un alternateur de produire plus que ce pourquoi il a été conçu :
Et même , peu importe ce qui se passe coté électrique , on n'augmentera JAMAIS la puissance maximum mécanique sur l'arbre d'entrée correspondant
à la puissance maximale électrique : la puissance mécanique étant bloquée , si la demande électrique est trop grande , il va commencer à ralentir pour prendre la différence
sur l'inertie de ses masses tournantes ( c'est bien pourquoi il ralentit , sinon , il ne ralentirait pas ) et arrivé à 47 Hz , il décroche du réseau .

[Benzki]

Bonjour, bien compris. J'aurais bien aimé connaitre le pourcentage de surcharge mécanique que peut connaitre l'arbre du générateur dès lors qu'il passe de 50 Hz à 47,5 Hz, mais c'est peut-être une information difficile à trouver.
On peut alors rebondir en élargissant le sujet initial, à savoir la connexion de panneaux photovoltaïques. Que se produit-il en cas de demande trop forte sur le réseau ? L'onduleur se déconnecte aussi ? Merci

[XK150]

Re ,
Il n'y a pas surcharge mécanique , elle reste la même : la surcharge électrique est prise sur l'inertie des masses tournantes qui fait ralentir l'alternateur .
Un alternateur du nucléaire à sa vitesse nominale , possède une énergie cinétique supérieure à celle d'un train de 1000 tonnes roulant à 200 km/h . C'est une partie de cette énergie
qui est convertie en électricité pendant la phase de ralentissement .

Pour l'instant , la régulation du réseau européen est à la charge des grosses machines et l'on ne demande rien aux petits producteurs ...
Le jour où il n'y aura plus de grosses machines ( .. bon , on n'en est pas là ) , ce sera un problème nouveau à régler : comment sera assurée la base de la stabilité de la fréquence ???

[penthode]

re ,

Une anecdote en illustration ....

En cas de situation tendue, les alternateurs décrochent du réseau à 47.5 Hz (47 Hz pour la France).
Le décrochage d'un alternateur provoque un report de charge sur les unités restantes, de nouveaux groupes se séparent du réseau. Ce mouvement de cascade est très rapide ; Il reste aux gestionnaires du réseau de se séparer volontairement et rapidement des régions en déficit par des délestages massifs pour tenter de préserver ce qui est encore à l'équilibre.

Le 12-01-1987, .... snip.

je me souviens du black-oui de 1978 !

un sacré foutoir

[JeanYves56]

Bonjour, bien compris. J'aurais bien aimé connaitre le pourcentage de surcharge mécanique que peut connaitre l'arbre du générateur dès lors qu'il passe de 50 Hz à 47,5 Hz, mais c'est peut-être une information difficile à trouver.
On peut alors rebondir en élargissant le sujet initial, à savoir la connexion de panneaux photovoltaïques. Que se produit-il en cas de demande trop forte sur le réseau ? L'onduleur se déconnecte aussi ? Merci

La charge corrrespond à l'intensité du courant , la fréquence est donnée par la vitesse de rotation de l'alternateur ,

[Benzki]

Pour l'instant , la régulation du réseau européen est à la charge des grosses machines et l'on ne demande rien aux petits producteurs ...

Oki. Et pour la fréquence des onduleurs, j'imagine qu'ils doivent s'accrocher en permanence à la fréquence existante ?

[XK150]

Oui , les onduleurs ont un étalon interne , ils lisent la fréquence secteur et s'auto-pilotent pour rester couplés .
En cas de décrochage , une procédure de re connection démarre au bout d'une minute environ .

[JeanYves56]

re ,

Il faut aussi qu'il soit en phase , je pense

[XK150]

re ,

Il faut aussi qu'il soit en phase , je pense

Oui , évidemment . Depuis le début de la discussion , si l'on cherche à être à la même fréquence , c'est pour être en phase .
Si nous mettons un oscillo sur le secteur , nous ne voyons qu ' un seul " 50 Hz " .

[JeanYves56]

Oui mais on peut etre à la meme fréquence et pas en phase !

[penthode]

dans ce cas , c'est le monstrueux court-jus

[Benzki]

Quelle complexité quand on pense aux réseaux maillés, à l'import/export entre pays ! Il faut que les sinusoïdes se superposent exactement. C'est grâce à l'électronique de puissance qu'on y parvient ?

[penthode]

tout ça marchait bien dés les années 20's bien avant l'électronique.

mais nos ancêtres maîtrisaient très bien les machines tournantes , voir les cours de l'époque !

[XK150]

Quelle complexité quand on pense aux réseaux maillés, à l'import/export entre pays ! Il faut que les sinusoïdes se superposent exactement. C'est grâce à l'électronique de puissance qu'on y parvient ?

Non , ce n'est pas si difficile et pas besoin d'électronique car un alternateur couplé sur un réseau ( comme le réseau " européen " ) tend naturellement à le rester ( à condition de ne pas être complètement en dehors de ses caractéristiques ) , l'ensemble des machines tendant à faire suivre celle qui s'écarterait en fréquence .
Sans cet effet , ce serait effectivement totalement impossible de maintenir le couplage .

[Benzki]

Bonjour,

Non , ce n'est pas si difficile et pas besoin d'électronique car un alternateur couplé sur un réseau ( comme le réseau " européen " ) tend naturellement à le rester ( à condition de ne pas être complètement en dehors de ses caractéristiques ) , l'ensemble des machines tendant à faire suivre celle qui s'écarterait en fréquence .

Intéressant ça ! Puis-je savoir par quel mécanisme la fréquence des différents alternateurs reste identique ? Merci

[yvon l]

Bonjour,
Une machine synchrone (alternateur) est le siège d’un champ magnétique tournant lorsque les bobines de son stator sont alimentées (ou raccordées) par un réseau triphasé. Le rotor (aimant ou électroaimant) de la machine est «accroché» à ce champs tournant qui l’entraîne à la même vitesse. On peut prendre comme image, une série d’élastiques tendues entre le champ tournant et les pôles du rotor .A la tension des élastiques correspond un couple mécanique. Si on fournit de l’énergie mécanique au rotor grâce à une turbine le couple augmente (les élastiqus se tendent ) . Le décalage (angulaire) entre le champ tournant et le rotor augmente (les élastiques se tendent) . Cela à pour conséquence d’augmenter le transfert d’énergie mécanique vers le réseau électrique. Bref, le fait d’augmenter la puissance mécanique de la turbine revient à injecter une même puissance électrique dite active dans le réseau (la vitesse reste constante). La puissance apportée au réseau par la turbine est limitée par les caractéristiques de la machine (et de l’importance de l’alimentation du rotor). Si la puissance devient trop grande, il y a décrochage (les élastiques casses)( et ici provoquer une déconnexion du réseau avec risque de passage en sur-vitesse...).

[yvon l]

De plus, cet apport de puissance ne peut pas modifier la fréquence du réseau qui reste fixée par les autres alternateurs couplés de la même façon sur le réseau ( si la puissance apportée est relativement négligeable par rapport à la somme des puissances injectée sur le réseau par les autres alternateurs)
Si non réduire la puissance injectée par les autres alternateurs...

[JeanYves56]

re ,

Il existe des appareillages pour synchroniser les alternateurs entre eux .

[XK150]

re ,

Il existe des appareillages pour synchroniser les alternateurs entre eux .

Oui , mais ils ne servent uniquement au moment du couplage .

[XK150]

Bonjour,
Une machine synchrone (alternateur) est le siège d’un champ magnétique tournant lorsque les bobines de son stator sont alimentées (ou raccordées) par un réseau triphasé. Le rotor (aimant ou électroaimant) de la machine est «accroché» à ce champs tournant qui l’entraîne à la même vitesse. On peut prendre comme image, une série d’élastiques tendues entre le champ tournant et les pôles du rotor .A la tension des élastiques correspond un couple mécanique. Si on fournit de l’énergie mécanique au rotor grâce à une turbine le couple augmente (les élastiqus se tendent ) . Le décalage (angulaire) entre le champ tournant et le rotor augmente (les élastiques se tendent) . Cela à pour conséquence d’augmenter le transfert d’énergie mécanique vers le réseau électrique. Bref, le fait d’augmenter la puissance mécanique de la turbine revient à injecter une même puissance électrique dite active dans le réseau (la vitesse reste constante). La puissance apportée au réseau par la turbine est limitée par les caractéristiques de la machine (et de l’importance de l’alimentation du rotor). Si la puissance devient trop grande, il y a décrochage (les élastiques casses)( et ici provoquer une déconnexion du réseau avec risque de passage en sur-vitesse...).

Merci pour l'aide yvon 1 , car j'aurai eu du mal à le rédiger aussi bien . Ce point est toujours difficile à vulgariser pour moi .

[XK150]

@ yvon1 ,

Vous expliquez la stabilité du réseau en triphasé . Mais si je ne me trompe pas , la stabilité serait tout aussi bien assurée de la même façon sur un hypothétique réseau monophasé ?

[penthode]

rien ne s'y oppose

les principes restent les mêmes

[yvon l]

@ yvon1 ,

Vous expliquez la stabilité du réseau en triphasé . Mais si je ne me trompe pas , la stabilité serait tout aussi bien assurée de la même façon sur un hypothétique réseau monophasé ?

Le courant dans la bobine d’une machine synchrone monopolaire alimentée par un réseau monophasé produit un champ alternatif qui peut se décomposer en 2 champs tournants en sens inverse à la même vitesse. ( décomposition d’un flux alternatif de position fixe en 2 flux tournants en sens contraire (valeur maximale de moitié). Le rotor est alors accroché à l’un des 2 champs tournants ( au choix). En pratique moins efficace du point de vue volume que la machine triphasée correspondante.

[Benzki]

Il existe des appareillages pour synchroniser les alternateurs entre eux .

Puis-je savoir en gros comment fonctionnent ces appareillages ? Merci

[XK150]

Les appareils ne synchronisent pas , ils permettent de coupler un alternateur solitaire sur un réseau existant quand tout est strictement en phase , à la même vitesse , sinon flash !!!!
Même si les procédures sont automatisées sur les grosses machines modernes , rien n'empêche de le faire " à la main " .

En théorie , paragraphe 3 , un bête jeu de lampes suffit , on couple à l'extinction : https://www.maxicours.com/se/cours/b...-alternateurs/

[XK150]

C'est à vous de régler l'alternateur solitaire pour obtenir les conditions de couplage nécessaires ( ordre des phases , vitesse et tension ) .