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Livre

Électrotechnique des centrales électriques


  • Éditeur(s)
  • Date
    • impr. 2018
  • Notes
    • Électrotechnique des centrales électriques expose les principes de conception des systèmes électriques de puissance qui composent les centrales de production d’électricité. Ces systèmes sont, d’une part ceux qui permettent la production et l’évacuation de l’énergie électrique vers le réseau externe, et d’autre part ceux qui assurent la distribution d’énergie électrique au sein des centrales ; ils sont traditionnellement représentés par le schéma électrique général de la centrale.
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (XXII-470 p.) : ill. ; 24 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-7430-2351-5
  • Indice
    • 621.31 Énergie électrique (production, transport, distribution)
  • Quatrième de couverture
    • Électrotechnique des centrales électriques expose les principes de conception des systèmes électriques de puissance qui composent les centrales de production d'électricité. Ces systèmes sont, d'une part ceux qui permettent la production et l'évacuation de l'énergie électrique vers le réseau externe, et d'autre part ceux qui assurent la distribution d'énergie électrique au sein des centrales ; ils sont traditionnellement représentés par le schéma électrique général de la centrale. Leur fonctionnement peut être caractérisé par un ensemble de paramètres - tensions, courants, impédances, puissances - qui doivent être coordonnés de manière à former un tout cohérent. Cette notion de coordination est fondamentale et ses différents aspects sont abordés avec clarté et rigueur comme autant d'étapes du dimensionnement électrique d'une centrale : choix des niveaux de tension, calcul des courants de court-circuit, calcul des échanges de puissance entre la centrale et le réseau, coordination des tensions, fonctionnement statique et dynamique de l'interface entre la centrale et le réseau. D'autres aspects de la conception sont également abordés, comme le choix des protections électriques et la détermination de leurs valeurs de réglage.

      C'est tout l'intérêt et l'originalité de l'ouvrage de Christophe Schroeder que d'exposer une vue d'ensemble de la conception électrique des centrales. Il trouve également une résonance particulière dans le contexte relativement nouveau des réglementations européennes en matière de conditions d'accès aux réseaux électriques. Un autre mérite de ce livre réside dans l'illustration des procédés de calcul par de nombreux exemples d'application numérique.

      Les principes exposés s'appliquent essentiellement aux centrales de grande puissance mettant en oeuvre une transformation électromécanique de l'énergie avec groupe tournant.

      Cet ouvrage est destiné avant tout aux ingénieurs de bureaux d'ingénierie appelés à concevoir des projets de nouvelles centrales ou de rénovation des installations électriques de centrales existantes. Les élèves ingénieurs des filières spécialisées en électrotechnique pourront également y trouver un complément à l'enseignement reçu.


  • Tables des matières
      • Électrotechnique des centrales électriques

      • Christophe Schroeder

      • Lavoisier

      • Tec et Doc

      • PréfaceV
      • Avant-proposVII
      • RemerciementsXI
      • Chapitre 1
        Généralités sur les centrales et leur conception électrique - Définitions - notations adoptées1
      • 1. Classification et principes de fonctionnement des différents types de centrales1
      • 1.1. Classification des centrales1
      • 1.2. Centrales thermiques2
      • 1.3. Centrales nucléaires8
      • 1.4. Centrales hydroélectriques12
      • 1.5. Centrales éoliennes15
      • 1.6. Centrales géothermiques16
      • 1.7. Centrales photovoltaïques17
      • 1.8. Centrales de base, de semi-base et de pointe18
      • 1.9. Notion de tranche de puissance19
      • 2. Alimentation électrique d'une centrale20
      • 2.1. Nécessité d'une alimentation électrique - Auxiliaires20
      • 2.2. Exemple : auxiliaires d'une centrale thermique au charbon21
      • 2.3. Classification des auxiliaires25
      • 3. Notion de « réseau »26
      • 3.1. Définition - Classification des différents types de réseaux26
      • 3.2. Différents aspects du fonctionnement du système production-réseau-utilisateurs29
      • 4. Notations adoptées et conventions d'écriture30
      • 4.1. Abréviations et symboles utilisés - Écriture des nombres complexes30
      • 4.2. Représentation des systèmes triphasés32
      • 4.3. Rappels sur les transformations33
      • 4.4. Utilisation des valeurs réduites34
      • 4.5. Conventions de représentation des générateurs et des moteurs35
      • 5. Rappels sur les puissances en régime alternatif sinusoïdal36
      • 5.1. Expression de la puissance instantanée36
      • 5.2. Natures des puissances active et réactive37
      • 5.3. Puissance apparente - Puissance complexe38
      • 5.4. Cas des systèmes polyphasés38
      • 5.5. Impédance équivalente à un récepteur absorbant une puissance active et une puissance réactive données39
      • Chapitre 2
        Organisation générale du système de distribution électrique d'une centrale41
      • 1. Définition des différentes sources d'alimentation électrique de puissance41
      • 1.1. Liaison d'évacuation d'énergie41
      • 1.2. Définition des différents modes de soutirage42
      • 1.3. Source externe principale - Ilotage43
      • 1.4. Source externe auxiliaire44
      • 1.5. Source interne de secours45
      • 1.6. Conditions de dimensionnement45
      • 2. Architecture du système de distribution électrique46
      • 2.1. Désignation des niveaux de tension46
      • 2.2. Répartition des tableaux électriques selon les domaines de tension48
      • 2.3. Répartition des tableaux électriques selon leur fonction49
      • 3. Basculements entre sources externes52
      • 3.1. Nécessité de changements de sources - Types de basculement envisageables52
      • 3.2. Basculement provoqué par un ordre de l'opérateur, sans mise en parallèle des sources54
      • 3.3. Basculement provoqué par un ordre de l'opérateur, avec mise en parallèle des sources55
      • 3.4. Basculement provoqué par un ordre automatique avec « temps mort » imposé56
      • 3.5. Basculement provoqué par un ordre automatique avec contrôle angulaire56
      • 4. Sources de contrôle-commande58
      • 4.1. Notion de système de contrôle-commande58
      • 4.2. Alimentation électrique du système de contrôle-commande59
      • 4.3. Sources de contrôle-commande à courant continu60
      • 4.4. Sources de contrôle-commande à courant alternatif61
      • Chapitre 3
        Données et choix fondamentaux pour le dimensionnement65
      • 1. Choix des niveaux de tension65
      • 1.1. Valeurs de tension normalisées65
      • 1.2. Données extérieures imposées68
      • 1.3. Choix des niveaux de tension internes à la centrale71
      • 2. Bilan de puissance des auxiliaires73
      • 2.1. Généralités - Principe73
      • 2.2. Bilan de puissance d'un tableau73
      • 2.3. Bilan de puissance des auxiliaires75
      • 2.4. Expression des puissances pour les types usuels d'auxiliaires75
      • 2.5. Exemples d'application78
      • 3. Choix des symboles de couplage des transformateurs80
      • 3.1. Modes de couplage des enroulements et indices horaires80
      • 3.2. Exemples d'applications82
      • 3.3. Choix des symboles de couplage et des indices horaires85
      • 3.4. Vérification en courant continu de l'indice horaire d'un transformateur86
      • 3.5. Conséquences : ordre de succession des phases en tout point de l'installation87
      • 4. Choix des schémas de liaison à la terre90
      • 4.1. Définition et symboles utilisés90
      • 4.2. Schéma IT91
      • 4.3. Schéma TN95
      • 4.4. Schéma TT97
      • 4.5. Choix des schémas de liaison à la terre97
      • 5. Cas particulier des réseaux à neutre isolé - Risques de ferro-résonance99
      • 5.1. Introduction sur le phénomène de ferro-résonance99
      • 5.2. Indications théoriques100
      • 5.3. Exemple d'application : réseau HTA en sortie d'alternateur - Lien avec le schéma de liaison à la terre103
      • Chapitre 4
        Échanges de puissance entre la centrale et le réseau - Diagrammes U/Q105
      • 1. Définition et finalités d'une étude des domaines de fonctionnement U/Q en régime permanent105
      • 1.1. Définition105
      • 1.2. Finalités de l'étude106
      • 2. Limitations imposées par l'alternateur107
      • 2.1. Fonctionnement d'un alternateur en régime permanent synchrone - Diagramme de Blondel107
      • 2.2. Diagramme de marche d'un alternateur à entrefer constant109
      • 2.3. Diagramme de marche d'un alternateur à entrefer variable112
      • 2.4. Vue d'ensemble sur les caractéristiques de l'alternateur113
      • 3. Méthode d'étude des domaines de fonctionnement U/Q d'un groupe couplé au réseau115
      • 3.1. Principe de calcul115
      • 3.2. Notations116
      • 3.3. Relation entre la tension du réseau et la tension de l'alternateur117
      • 3.4. Équations de conservation des puissances120
      • 3.5. Élaboration et tracé des diagrammes U/Q122
      • 3.6. Conséquences dans le cas d'un transformateur principal muni d'un changeur de prises en charge123
      • 4. Exemple d'application numérique et de tracé de diagramme U/Q123
      • 4.1. Données numériques123
      • 4.2. Calcul d'un point de fonctionnement124
      • 4.3. Tracé de la totalité du diagramme pour la prise k = +2126
      • 4.4. Choix optimal de la prise de réglage sur le transformateur principal127
      • 5. Interprétation des diagrammes U/Q129
      • 5.1. Équipotentielles129
      • 5.2. Courbes d'équipuissance réactive130
      • 5.3. Autres constats remarquables132
      • Chapitre 5
        Calcul des courants de court-circuit135
      • 1. Objet, définitions et méthode135
      • 1.1. Objet135
      • 1.2. Définitions135
      • 1.3. Méthode136
      • 2. Représentation des éléments par leurs impédances équivalentes139
      • 2.1. Généralités et définitions139
      • 2.2. Réseau d'alimentation externe140
      • 2.3. Transformateurs140
      • 2.4. Lignes aériennes147
      • 2.5. Câbles149
      • 2.6. Moteurs asynchrones151
      • 2.7. Notion de court-circuit proche ou éloigné d'un alternateur153
      • 3. Expressions utilisées pour le calcul des courants de court-circuit153
      • 3.1. Expression du courant de court-circuit symétrique initial153
      • 3.2. Valeur de crête du courant de court-circuit158
      • 3.3. Composante continue des courants de court-circuit161
      • 3.4. Courant de court-circuit coupé162
      • 3.5. Courant de court-circuit permanent163
      • 3.6. Cas d'un court-circuit alimenté par plusieurs sources indépendantes163
      • 4. Cas élémentaire d'un court-circuit au niveau d'un tableau de distribution ou aux bornes d'un auxiliaire164
      • 4.1. Énoncé du problème164
      • 4.2. Détermination des courants de court-circuit au niveau du jeu de barres BT165
      • 4.3. Contribution des moteurs asynchrones171
      • 4.4. Détermination du courant de court-circuit aux bornes d'un auxiliaire174
      • 5. Courts-circuits alimentés par un alternateur179
      • 5.1. Rappels sur l'expression du courant de court-circuit triphasé aux bornes d'un alternateur à vide179
      • 5.2. Cas d'un alternateur fonctionnant en charge182
      • 5.3. Représentation d'un alternateur par une impédance équivalente184
      • 5.4. Valeur de crête du courant de court-circuit186
      • 5.5. Composante continue du courant de court-circuit188
      • 5.6. Courant de court-circuit coupé189
      • 5.7. Exemple d'application numérique189
      • 5.8. Courant de court-circuit permanent190
      • 5.9. Application : dimensionnement de l'impédance de limitation placée dans la connexion de neutre de l'alternateur191
      • 6. Courts-circuits sur la liaison d'évacuation d'énergie197
      • 6.1. Courts-circuits alimentés par l'alternateur seul197
      • 6.2. Courts-circuits alimentés par le réseau seul200
      • 6.3. Courts-circuits alimentés par l'alternateur et par le réseau201
      • 6.4. Exemple d'application numérique205
      • 7. Calcul des courants de court-circuit dans un réseau en charge215
      • 7.1. Principe de calcul215
      • 7.2. Premier exemple d'application : calcul des courants de court-circuit aux bornes d'un auxiliaire fonctionnant en charge219
      • 7.3. Second exemple d'application : calcul du courant de court-circuit aux bornes d'un alternateur représenté par son impédance équivalente avec prise en compte de la charge initiale223
      • 8. Lien entre le valeurs des courants de court-circuit et les caractéristiques de l'appareillage225
      • 8.1. Caractéristiques de l'appareillage225
      • 8.2. Valeurs d'intensités normalisées227
      • 8.3. Le cas particulier des disjoncteurs d'alternateur228
      • 9. Vue critique sur la détermination des courants de court-circuit229
      • 9.1. Considérations générales229
      • 9.2. Modélisation de la décroissance de la composante périodique230
      • 9.3. Modélisation de la décroissance de la composante continue231
      • 9.4. Modélisation des impédances équivalentes232
      • 10. Complément : modalités de l'essai en court-circuit permanent de l'alternateur233
      • 10.1. Objectifs et intérêt de l'essai en court-circuit permanent233
      • 10.2. Première méthode : court-circuit réalisé aux bornes de l'alternateur235
      • 10.3. Seconde méthode : court-circuit réalisé sur les conducteurs de liaison entre l'alternateur et le transformateur principal236
      • 10.4. Troisième méthode : court-circuit réalisé en aval du transformateur principal237
      • Chapitre 6
        Coordination des tensions241
      • 1. Formulation générale du problème241
      • 1.1. Introduction241
      • 1.2. Expression de la chute de tension243
      • 1.3. Coordination des tensions244
      • 1.4. Application de la coordination des tensions245
      • 2. Alimentation des auxiliaires HTA en régime établi246
      • 2.1. Coordination des tensions246
      • 2.2. Exemple d'application numérique247
      • 3. Détermination d'un changeur de prises en charge sur le transformateur de soutirage250
      • 3.1. Définitions250
      • 3.2. Détermination d'un changeur de prises en charge sur un transformateur de soutirage à un seul secondaire252
      • 3.3. Détermination d'un changeur de prises en charge sur un transformateur de soutirage à deux secondaires253
      • 4. Alimentation des auxiliaires BT en régime établi257
      • 5. Démarrage de l'auxiliaire le plus puissant258
      • 5.1. Exposé du problème258
      • 5.2. Représentation des différents éléments259
      • 5.3. Cas d'un transformateur d'alimentation à deux enroulements secondaires262
      • 5.4. Interprétation des résultats obtenus263
      • 5.5. Exemple d'application numérique265
      • 5.6. Procédés permettant de réduire la chute de tension au démarrage266
      • 6. Reprise en bloc des auxiliaires269
      • 6.1. Description du régime transitoire considéré - Critères fonctionnels associés269
      • 6.2. Indications sur la mise en équation269
      • 6.3. Indications sur l'interprétation des résultats obtenus271
      • 7. Application : prise en compte de la coordination des tensions dans le dimensionnement des liaisons électriques273
      • 7.1. Généralités : principes de dimensionnement des liaisons électriques273
      • 7.2. Dimensionnement vis-à-vis de l'échauffement admissible en régime permanent274
      • 7.3. Dimensionnement vis-à-vis de l'échauffement admissible en cas de court-circuit277
      • 7.4. Dimensionnement vis-à-vis de la chute de tension admissible279
      • 7.5. Exemple d'application numérique280
      • 8. Coordination de l'isolement283
      • 8.1. Définition283
      • 8.2. Valeurs normalisées284
      • 8.3. Surtensions représentatives288
      • 8.4. Dispositifs de protection contre les surtensions290
      • 8.5. Notion connexe : niveaux de pollution des isolateurs292
      • 9. Vue critique sur la coordination des tensions294
      • 9.1. Critique des méthodes applicables aux régimes permanents294
      • 9.2. Critique des méthodes applicables aux régimes transitoires295
      • Chapitre 7
        Protections électriques297
      • 1. Principes généraux297
      • 1.1. Rôle et constitution d'un système de protections électriques297
      • 1.2. Modes de détection des défauts299
      • 1.3. Effets produits par les protections électriques300
      • 1.4. Spécification des transformateurs de courant301
      • 1.5. Spécification des transformateurs de potentiel304
      • 1.6. Principe des protections différentielles307
      • 2. Protection des alternateurs311
      • 2.1. Protection contre les défauts à la masse311
      • 2.2. Protection contre les défauts entre phases et entre conducteurs d'une même phase313
      • 2.3. Protection de surintensité du stator314
      • 2.4. Protections à maximum et à minimum de tension315
      • 2.5. Protections à minimum et à maximum de fréquence316
      • 2.6. Protection de déséquilibre317
      • 2.7. Protection contre les ruptures de synchronisme319
      • 2.8. Protection contre les pertes d'excitation325
      • 2.9. Protection à retour de puissance active327
      • 3. Protection des transformateurs327
      • 3.1. Protection contre les défauts entre phases327
      • 3.2. Protection contre les défauts à la masse330
      • 3.3. Protection à maximum de courant homopolaire dans le neutre330
      • 3.4. Problème du courant d'enclenchement331
      • 4. Protection des moteurs électriques337
      • 4.1. Protection contre les défauts monophasés à la terre337
      • 4.2. Protection contre les défauts entre phases337
      • 4.3. Protection contre les défauts du rotor338
      • 4.4. Protection contre les surcharges338
      • 4.5. Protection contre les démarrages trop longs et le blocage du rotor339
      • 4.6. Protections spécifiques aux moteurs synchrones340
      • 4.7. Autres protections341
      • 5. Désignation normalisée des fonctions de protection341
      • 6. Sélectivité des protections343
      • 6.1. Définition343
      • 6.2. Sélectivité ampèremétrique343
      • 6.3. Sélectivité chronométrique344
      • 6.4. Sélectivité logique345
      • 7. Réglage et coordination des protections associées au système de distribution électrique - 1re partie : protections de phases346
      • 7.1. Nature des défauts envisageables346
      • 7.2. Départs de type « disjoncteurs » alimentant des moteurs347
      • 7.3. Départs de type « contacteur-fusibles » alimentant des moteurs348
      • 7.4. Départs de type « contacteur-fusibles » alimentant des transformateurs350
      • 7.5. Départs de type « disjoncteurs » alimentant des transformateurs353
      • 7.6. Réglage des protections équipant les arrivées des tableaux354
      • 7.7. Protections liées à la tension356
      • 7.8. Protections contre les phénomènes de perte de phase357
      • 8. Réglage et coordination des protections associées au système de distribution électrique - 2e partie : protections homopolaires359
      • 8.1. Généralités359
      • 8.2. Cas d'un réseau dont le point neutre est raccordé à la terre à travers une résistance de limitation360
      • 8.3. Calcul des courants capacitifs364
      • 8.4. Exemples de réglages365
      • 8.5. Protection homopolaire dans le neutre du transformateur de soutirage367
      • 8.6. Conséquences sur le dimensionnement de la résistance de mise à la terre du neutre368
      • Chapitre 8
        Phénomènes déterminant le fonctionnement des groupes de production couplés à un réseau371
      • 1. Propriétés des liaisons entre eux points à potentiel tenu371
      • 1.1. Définitions371
      • 1.2. Chute de tension371
      • 1.3. Expressions des puissances actives et réactives372
      • 1.4. Interprétation des résultats obtenus373
      • 2. Stabilité statique374
      • 2.1. Fonctionnement d'un groupe à excitation constante raccordé à un réseau infini - Définition de la stabilité statique374
      • 2.2. Fonctionnement d'un groupe à tension constante raccordé à un réseau infini378
      • 2.3. Fonctionnement d'un groupe raccordé à un réseau infini à travers une liaison d'évacuation d'énergie380
      • 2.4. Exemple d'application numérique385
      • 2.5. Cas d'un alternateur à entrefer variable386
      • 2.6. Cas d'un réseau multi-machines393
      • 3. Réglage de la tension393
      • 3.1. Définitions393
      • 3.2. Régulateur élémentaire de tension393
      • 3.3. Dispositifs stabilisateurs394
      • 3.4. Dispositifs de limitation d'angle interne396
      • 3.5. Réglages secondaire et tertiaire de tension396
      • 4. Réglage de la fréquence398
      • 4.1. De la nécessité de régler la fréquence398
      • 4.2. Autoréglage du réseau399
      • 4.3. Réglage primaire de vitesse400
      • 4.4. Cas d'un réseau multi-machines404
      • 4.5. Réglage secondaire fréquence - puissance - principes405
      • 4.6. Mise en oeuvre du réglage secondaire fréquence-puissance408
      • 4.7. Résumé des paramètres et des lois de réglage de la fréquence412
      • 5. Stabilité transitoire413
      • 5.1. Définition - Introduction au problème posé413
      • 5.2. Équation générale du mouvement du rotor - Problèmes associés413
      • 5.3. Indications sur les approches analytiques417
      • 5.4. Formulation de la condition de stabilité transitoire418
      • 5.5. Première application : augmentation brusque de l'impédance de liaison d'un groupe de production au réseau425
      • 5.6. Seconde application : court-circuit proche d'un groupe de production427
      • 5.7. Extension au cas d'un réseau multi-groupes430
      • 5.8. Remarques sur les facteurs favorisant la stabilité transitoire430
      • 6. Indications sur le rôle des groupes de production dans la reconstitution d'un réseau en cas d'incident de grande ampleur431
      • 7. Démarrage autonome d'une tranche (black-start)433
      • 8. Complément : démarrage des turbines à combustion433
      • 8.1. Introduction au problème posé - Solutions envisageables433
      • 8.2. Principe du démarrage par convertisseur statique de fréquence434
      • 8.3. Conséquences sur le schéma HTA en sortie d'alternateur438
      • Chapitre 9
        Dimensionnement des circuits à courant continu439
      • 1. Introduction439
      • 2. Paramètres de dimensionnement439
      • 2.1. Choix des niveaux de tension et définition des domaines de variation de la tension439
      • 2.2. Bilan de puissance des auxiliaires alimentés par un tableau à courant continu440
      • 3. Choix des schémas de liaison à la terre441
      • 3.1. Généralités441
      • 3.2. Schéma IT441
      • 3.3. Schéma TN442
      • 3.4. Schéma TT444
      • 4. Principes de fonctionnement des sources à courant continu444
      • 5. Coordination des tensions446
      • 5.1. Coordination des tensions aux bornes des utilisateurs, de la batterie d'accumulateurs et des redresseurs-chargeurs446
      • 5.2. Dimensionnement des liaisons à courant continu448
      • 5.3. Coordination de l'isolement449
      • 6. Paramètres de dimensionnement des batteries d'accumulateurs450
      • 7. Paramètres de dimensionnement des redresseurs-chargeurs452
      • 8. Calcul des courants de court-circuit453
      • 8.1. Principes453
      • 8.2. Contribution de la batterie d'accumulateurs au court-circuit453
      • 8.3. Contribution du redresseur-chargeur454
      • 8.4. Courant de court-circuit résultant en un point quelconque du réseau455
      • 9. Caractéristiques de l'appareillage de coupure456
      • 10. Protections électriques457
      • 10.1. Nature des défauts envisageables457
      • 10.2. Protections ampèremétriques457
      • 10.3. Protections relatives à la tension459
      • 10.4. Appareillage de contrôle de l'isolement des réseaux isolés de la terre460
      • Chapitre 10
        Synthèse - Comment concevoir une centrale de production électrique, la raccorder au réseau et l'exploiter : les grandes étapes resumées461
      • Index des symboles et abréviations467
      • Liste des normes citées469
      • Bibliographie471

  • Origine de la notice:
    • FR-751131015 ;
    • BPI
  • Disponible - 621.31 SCH

    Niveau 3 - Techniques