EP1747612A1 - Procede et installation d'alimentation en energie electrique - Google Patents

Procede et installation d'alimentation en energie electrique

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EP1747612A1
EP1747612A1 EP05770988A EP05770988A EP1747612A1 EP 1747612 A1 EP1747612 A1 EP 1747612A1 EP 05770988 A EP05770988 A EP 05770988A EP 05770988 A EP05770988 A EP 05770988A EP 1747612 A1 EP1747612 A1 EP 1747612A1
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EP
European Patent Office
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voltage
phase
capacitive
line
divider
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Withdrawn
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EP05770988A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guy Laurent
Guy Huard
Alain Schmitt
Franck Gaillard
Thierry Boucher
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Electricite de France SA
Original Assignee
Electricite de France SA
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers

Definitions

  • the present invention relates to the supply of electrical energy to distribution locations located near high voltage lines of a three-phase HTB network, that is to say a voltage level greater than 50 kV.
  • a source station is required a priori provided with a HTB / HVA transformer to transform the high voltage HTB into a medium voltage HVA ie a voltage whose value is between 1 kV and 50 kV.
  • HTB / HTA transformers available on the market provide a minimum power of 20 MVA, much too high in practice for the application considered, and are of a cost unsuitable for this application.
  • connection of such an area to the distribution network therefore involves extending an MV line passing nearby.
  • the investment required for the extension of this line is limited to a few kilometers of lines, a lightning arrester and a MV / LV distribution station.
  • the implementation of this method is justified economically when the MV line is close to the distribution site to be electrified. Otherwise, the additional cost of the extension becomes too great.
  • the occupants of areas not connected to the distribution network can use photovoltaic systems, which have the disadvantage to be expensive, or to generator sets, with problems of maintenance and refueling.
  • An object of the present invention is to allow these areas, at a reasonable cost, to benefit from electricity taken from a neighboring HTB line.
  • the invention proposes to supply a non-electrified rural area located near a three-phase high-voltage HTB line by drawing electrical power from this line.
  • the method according to the invention comprises the following steps: - connecting a capacitive voltage divider to a phase of the three-phase line to draw a bypass current on this phase , generating an MV medium voltage across the terminals of at least one capacitor of the capacitive divider; - convert the MV medium voltage to LV low voltage using an MV / LV transformer; and - supply the load with electric power obtained at low LV voltage.
  • the bypass current is typically of the order of 2 A to provide a maximum electrical power of the order of 45 kVA.
  • the electrical power to be drawn from the three-phase network is a function of the number of customer loads on the distribution site supplied from the bypass current.
  • the maximum electrical power is chosen to guarantee a certain stability in terms of voltage and to limit the cost of the installation.
  • Another aspect of the invention relates to a supply installation implementing the method described above.
  • This installation comprises: - a capacitive voltage divider connected to a phase of the three-phase line to draw a bypass current on this phase, generating a medium voltage HVA across the terminals of at least one capacitor of the capacitive divider; and - an MV / LV transformer to convert the MV medium voltage to a LV low voltage using, the electric power supplied to the load being obtained at the LV low voltage.
  • the supply installation comprises a capacitive voltage divider for deriving a bypass current from a phase of the three-phase network under a medium voltage HVA.
  • the power supply installation also includes an MV / LV transformer to transform the MV medium voltage into a low voltage supplied to the customer at the distribution site.
  • FIG. 1 schematically shows the supply installation 10 connected to a three-phase HTB line 12 in order to supply electrical power to a distribution site comprising one or more customer charges CC1, CC2.
  • the distance between the distribution site and the point of sampling on the three-phase network is typically less than 30 kilometers.
  • the installation 10 is located at the sampling point 11.
  • the installation 10 is connected to one of the phases of the line 12. It draws on this phase, at point 11, a bypass current Id whose intensity is for example of the order of 2 amperes.
  • the supply installation 10 comprises a capacitive voltage divider 20 mounted between the sampling point 11 and the earth. This divider receives the derivative current Id and transforms the HTB voltage of line 12 into an MV medium voltage.
  • the capacitive divider 20 includes two capacitors 13, 14 in series. Each of these capacitors 13, 14 can itself consist of a series of capacitor banks. The number and the capacity of each capacitor bank depend on the HTB voltage level of line 12 and on the desired MV voltage. This MV voltage is available across the capacitor 14, that is to say between the earth and the node 15 located between the two capacitors 13, 14.
  • the high voltage HTB of line 12, denoted V HTB is for example between 63 and 225 kV, while the medium voltage HVA, denoted V HTA , can be of the order of 10 to 30 kV.
  • the electrical power taken P is given by:
  • the relations (2) and (3) make it possible to size the capacitors 13, 14. Taking into account the line HTB (fixing E and ⁇ ) and the desired bypass current Id, the relation (3) provides the value of C- j , and for the MV voltage desired, the relation (2) provides the value of C 2 -
  • one or two types of standard capacitors may be used to meet the need for a maximum electrical power of 45 kVA for the most commonly encountered HTB lines, for example a 0.3 ⁇ F capacitor with maximum voltage and current. 36 kV and 5 A, possibly supplemented by a 0.6 ⁇ F capacitor with maximum voltage and current of 36 kV and 5 A.
  • Each battery 13, 14 will be composed of such a standard capacitor, or of several connected in series .
  • An inductive voltage transformer 24 has its primary connected to the terminals of the capacitor 14, that is to say between the earth and the node 15, to convert the MV voltage into a low LV voltage.
  • This LV voltage is delivered to the charges of customers CC1, CC2 at the place of distribution.
  • a tuning impedance Z a is advantageously provided between the primary of the transformer 24 and the node 15.
  • This tuning impedance Z a is an inductance whose function is to compensate to a certain extent for the capacitive reactance associated with the capacitor banks 13 , 14 and at the capacity of the MV line 22. It stabilizes the voltage over a limited intensity range, compatible with the maximum electrical power desired, which is typically 45 kVA.
  • the tuning impedance Z a thus makes it possible to improve the electric power factor, that is to say to limit the voltage-current phase shift. Its value is, for example, from 5 to 7 henrys, a value sufficient to maintain a certain voltage stability for an electrical power to be supplied comprised in a range from 0 to 45 kVA.
  • the secondary winding of the transformer 24 can have a central sampling point in addition to its two end terminals. It can thus supply two low LV voltages in phase opposition, in particular two low 230 V voltages 180 degrees out of phase.
  • the transformer 24 comprises means for adjusting the low voltage LV on the secondary, in particular voltage adjustment sockets (not shown) connected to the primary winding 5 of the transformer 24.
  • voltage adjustment sockets not shown
  • a priori the value of LV low voltage as a function of customer charges at the distribution location.
  • These voltage taps increase (respectively lower) the voltage on the primary of the transformer to increase (respectively to fix) the low LV voltage on the secondary of the transformer for example at a voltage threshold o of value 230 Volts.
  • the supply installation 10 further comprises devices 30-33 for protection against overvoltage, overload or overcurrent phenomena.
  • the installation 10 comprises (see also FIG. 2) a line disconnector 31, as well as a surge arrester 30 mounted between the sampling point 11 and the earth to protect the installation 10 against lightning.
  • An earthing switch 32 mounted between the capacitive divider 20 and the earth makes it possible to earth the capacitors 13, 14 in order to discharge them before intervention for work or maintenance for example.
  • the distribution site can also be protected against overvoltage, overcurrent or overload phenomena, for example by means of a low-voltage feeder circuit breaker (not shown).
  • the supply of the primary circuit 22 of the MV / LV transformer 24 can be underground.
  • it is an aerial circuit.
  • the broken lines represent fences which must be placed around the high and medium voltage parts of the installation 10 for safety.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention propose d'alimenter une zone rurale non électrifiée située à proximité d'une ligne triphasée (12) à haute tension HTB en soutirant de la puissance électrique à partir de cette ligne. Pour alimenter au moins une charge (ccl, cc2) en puissance électrique à partir de la ligne HTB, on raccorde un diviseur capacitif de tension (20) à une phase de la ligne riphasée pour prélever un courant de dérivation sur cette phase, générant une moyenne tension HTA aux bornes d'au moins un condensateur du diviseur capacitif. La moyenne tension HTA est convertie en une basse tension BT à l'aide d'un transformateur HTA/BT. La puissance électrique fournie à la charge est obtenue à la basse tension BT.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION D'ALIMENTATION EN ENERGIE ELECTRIQUE
La présente invention concerne l'alimentation en énergie électrique de lieux de distribution situés à proximité de lignes à haute tension d'un réseau triphasé HTB, c'est-à-dire de niveau de tension supérieur à 50 kV.
De nombreuses zones géographiques ne sont pas électrifiées, en particulier des zones rurales à faible densité de population dans des pays en développement. Ce sont souvent des zones où l'économie ne permet pas de faire de gros investissements dans une infrastructure de production ou de distribution d'électricité. D'ailleurs, le besoin en énergie électrique n'y est généralement pas très important.
La majorité des pays en développement sont traversés par des de lignes HTB. Il est dommage de ne pas pouvoir s'en servir pour alimenter des zones peuplées qui les bordent sans avoir à mettre en place une infrastructure relativement lourde.
Il faut a priori un poste source pourvu d'un transformateur HTB/HTA pour transformer la haute tension HTB en une moyenne tension HTA c'est à dire une tension dont la valeur est comprise entre 1 kV et 50 kV. Or les transformateurs HTB/HTA disponibles sur le marché fournissent une puissance minimale de 20 MVA, beaucoup trop élevée en pratique pour l'application considérée, et sont d'un coût inadapté à cette application.
Le raccordement d'une telle zone au réseau de distribution suppose alors de prolonger une ligne HTA passant à proximité. L'investissement nécessaire pour le prolongement de cette ligne est limité à quelques kilomètres de lignes, un parafoudre et un poste de distribution HTA/BT. La mise en œuvre de cette méthode se justifie économiquement lorsque la ligne HTA est proche du lieu de distribution à électrifier. Sinon, le surcoût du prolongement devient trop important.
Les occupants des zones non raccordées au réseau de distribution peuvent avoir recours à des systèmes photovoltaïques, qui ont l'inconvénient d'être coûteux, ou à des groupes électrogènes, avec des problèmes de maintenance et de ravitaillement en carburant.
Un but de la présente invention est de permettre de faire profiter ces zones, à un coût raisonnable, d'électricité prélevée sur une ligne HTB avoisinante.
L'invention propose d'alimenter une zone rurale non électrifiée située à proximité d'une ligne triphasée à haute tension HTB en soutirant de la puissance électrique à partir de cette ligne. Pour alimenter au moins une charge en puissance électrique à partir de la ligne HTB, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes: - raccorder un diviseur capacitif de tension à une phase de la ligne triphasée pour prélever un courant de dérivation sur cette phase, générant une moyenne tension HTA aux bornes d'au moins un condensateur du diviseur capacitif; - convertir la moyenne tension HTA en une basse tension BT à l'aide d'un transformateur HTA/BT; et - fournir à la charge de la puissance électrique obtenue en basse tension BT.
Il est économiquement très avantageux d'utiliser un diviseur capacitif de tension pour transformer une haute tension HTB en une moyenne tension HTA à la place d'un transformateur HTB/HTA, beaucoup plus coûteux.
Le courant de dérivation est typiquement de l'ordre de 2 A pour fournir une puissance électrique maximale de l'ordre de 45 kVA. Bien entendu, la puissance électrique à soutirer du réseau triphasé est fonction du nombre de charges de client sur le lieu de distribution alimenté à partir du courant de dérivation. La puissance électrique maximale est choisie pour garantir une certaine stabilité en termes de tension et pour limiter le coût de l'installation.
Le procédé procure un avantage économique significatif lorsque la ligne HTB est distante d'au plus 30 kilomètres du lieu de distribution à électrifier. Un autre aspect de l'invention se rapporte à une installation d'alimentation mettant en œuvre le procédé précédemment décrit. Cette installation comporte: - un diviseur capacitif de tension relié à une phase de la ligne triphasée pour prélever un courant de dérivation sur cette phase, générant une moyenne tension HTA aux bornes d'au moins un condensateur du diviseur capacitif; et - un transformateur HTA/BT pour convertir la moyenne tension HTA en une basse tension BT à l'aide, la puissance électrique fournie à la charge étant obtenue à la basse tension BT.
Dans un mode de réalisation, l'installation d'alimentation comprend un diviseur capacitif de tension pour dériver un courant de dérivation à partir d'une phase du réseau triphasé sous une moyenne tension HTA.
L'installation d'alimentation comprend en outre un transformateur HTA/BT pour transformer la moyenne tension HTA en une basse tension délivrée à la charge client du lieu de distribution.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma électrique d'un exemple d'installation selon l'invention; et - la figure 2 est une vue d'un mode de réalisation de l'installation.
La figure 1 montre schématiquement l'installation d'alimentation 10 raccordée à une ligne triphasée HTB 12 afin d'alimenter en puissance électrique un lieu de distribution comprenant une ou plusieurs charges de clients CC1, CC2. La distance entre le lieu de distribution et le point 11 de prélèvement sur le réseau triphasé est typiquement inférieure à 30 kilomètres. L'installation 10 est située au niveau du point de prélèvement 11.
L'installation 10 est connectée à l'une des phases de la ligne 12. Elle prélève sur cette phase, au point 11 , un courant de dérivation Id dont l'intensité est par exemple de l'ordre de 2 Ampères.
L'installation d'alimentation 10 comprend un diviseur capacitif de tension 20 monté entre le point de prélèvement 11 et la terre. Ce diviseur reçoit le courant dérivé Id et transforme la tension HTB de la ligne 12 en une moyenne tension HTA.
Le diviseur capacitif 20 comprend deux condensateurs 13, 14 en série. Chacun de ces condensateurs 13, 14 peut consister lui même en une batterie de condensateurs en série. Le nombre et la capacité de chaque batterie de condensateurs dépendent du niveau de tension HTB de la ligne 12 et de la tension HTA souhaitée. Cette tension HTA est disponible aux bornes du condensateur 14, c'est-à-dire entre la terre et le nœud 15 situé entre les deux condensateurs 13, 14.
La haute tension HTB de la ligne 12, notée VHTB, est par exemple comprise entre 63 et 225 kV, alors que la moyenne tension HTA, notée VHTA, peut être de l'ordre de 10 à 30 kV. La puissance électrique prélevée P est donnée par:
P = VHTA χ |d (1)
En notant E = VHTB />/3 la tension phase-terre sur la ligne 12, C1 et
C2 les capacités respectives des batteries de condensateurs 13 et 14, et ω la pulsation du courant alternatif (par exemple ω ≈ 2π * 50 Hz), la moyenne tension HTA et le courant de dérivation Id sont donnés par:
Id = C, x E x ω (3)
Les relations (2) et (3) permettent de dimensionner les condensateurs 13, 14. Compte tenu de la ligne HTB (fixant E et ω) et du courant de dérivation souhaité Id, la relation (3) fournit la valeur de C-j, et pour la tension HTA souhaitée, la relation (2) fournit la valeur de C2-
En pratique, on pourra utiliser un ou deux types de condensateurs standard pour répondre au besoin d'une puissance électrique maximum de 45 kVA pour les lignes HTB les plus couramment rencontrées, par exemple un condensateur de 0,3 μF ayant des tension et intensité maximum de 36 kV et 5 A, éventuellement complété par un condensateur de 0,6 μF ayant des tension et intensité maximum de 36 kV et 5 A. Chaque batterie 13, 14 sera composée d'un tel condensateur standard, ou de plusieurs montés en série.
Un transformateur inductif de tension 24 a son primaire relié aux bornes du condensateur 14, c'est-à-dire entre la terre et le nœud 15, pour convertir la tension HTA en une basse tension BT. Cette tension BT est délivrée aux charges des clients CC1, CC2 sur le lieu de distribution. Pour réduire les coûts de développement de l'installation d'alimentation 10, le transformateur 24 peut avantageusement être un transformateur monophasé standard 33 kV/2 x 230 V à 50 Hz, convenant pour une moyenne tension HTA de VHτA =33 kV/V3.
Une impédance d'accord Za est avantageusement prévue entre le primaire du transformateur 24 et le nœud 15. Cette impédance d'accord Za est une inductance dont la fonction est de compenser dans une certaine mesure la réactance capacitive associée aux batteries de condensateurs 13, 14 et à la capacité de la ligne HTA 22. Elle stabilise la tension sur une plage d'intensité limitée, compatible avec la puissance électrique maximale souhaitée, laquelle est typiquement de 45 kVA. L'impédance d'accord Za permet ainsi d'améliorer le facteur de puissance électrique, c'est-à-dire de limiter le déphasage tension- courant. Sa valeur est par exemple de 5 à 7 henrys, valeur suffisante pour conserver une certaine stabilité en tension pour une puissance électrique à fournir comprise dans une plage allant de 0 à 45 kVA.
L'enroulement secondaire du transformateur 24 peut avoir un point de prélèvement central en plus de ses deux bornes d'extrémité. Il peut ainsi fournir deux basses tensions BT en opposition de phase, en particulier deux basses tensions de 230 V déphasées de 180 degrés.
Avantageusement, le transformateur 24 comprend des moyens pour ajuster la basse tension BT sur le secondaire, en particulier des prises d'ajustement de tension (non représentées) connectées à l'enroulement 5 primaire du transformateur 24. En effet, il convient de fixer a priori la valeur de la basse tension BT en fonction des charges des clients du lieu de distribution. Ces prises de tension augmentent (respectivement abaissent) la tension sur le primaire du transformateur pour augmenter (respectivement pour fixer) la basse tension BT sur le secondaire du transformateur par exemple à un seuil o de tension de valeur 230 Volts.
L'installation d'alimentation 10 comprend en outre des dispositifs 30-33 de protection contre des phénomènes de surtension, de surcharge ou de surintensité. L'installation 10 comprend (voir aussi figure 2) un sectionneur de ligne 31 , ainsi qu'un parafoudre 30 monté entre le point de prélèvement 11 et la 5 terre pour protéger l'installation 10 contre la foudre.
Un sectionneur de terre 32 monté entre le diviseur capacitif 20 et la terre permet de mettre à la terre les condensateurs 13, 14 afin de les décharger avant une intervention pour travaux ou maintenance par exemple.
De façon classique, le lieu de distribution peut aussi être protégé contre des phénomènes de surtension, surintensité ou surcharge, par exemple au moyen d'un disjoncteur de départ basse tension (non représenté).
Comme le montre la figure 2, l'alimentation du circuit primaire 22 du transformateur HTA/BT 24 peut être souterraine. En variante (22* sur la figure 2), c'est un circuit aérien. Sur cette figure, les traits interrompus représentent des clôtures qu'on doit placer autour des parties haute et moyenne tensions de l'installation 10 pour la sécurité.
Lorsque plusieurs installations d'alimentation du genre décrit ci-dessus sont raccordées à la même ligne HTB triphasée, il est préférable de les répartir sur les trois phases afin de minimiser le déséquilibre produit. S'il n'y a qu'une seule installation, le déséquilibre sera en général suffisamment faible pour ne pas perturber le réseau, dès lors que la puissance prélevée reste relativement faible.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé pour alimenter au moins une charge (CC1. CC2) en puissance électrique à partir d'une ligne triphasée (12) à haute tension HTB, comprenant les étapes suivantes: - raccorder un diviseur capacitif de tension (20) à une phase de la ligne triphasée pour prélever un courant de dérivation (Id) sur cette phase, générant une moyenne tension HTA aux bornes d'au moins un condensateur du diviseur capacitif; - convertir la moyenne tension HTA en une basse tension BT à l'aide d'un transformateur HTA/BT (24); et - fournir à la charge de la puissance électrique obtenue à la basse tension BT.
2. Procédé d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel on réalise le diviseur capacitif de tension (20) en assemblant des condensateurs standard.
3. Procédé d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une inductance d'accord est montée entre le diviseur capacitif de tension (20) et le transformateur HTA/BT (24).
4. Procédé d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la charge (CC1 , CC2) est distante d'au plus 30 kilomètres du point (11) de raccordement du diviseur capacitif de tension (20) à la ligne triphasée (12).
5. Installation d'alimentation (10) pour fournir de la puissance électrique à au moins une charge (CC1, CC2) à proximité d'une ligne triphasée (12) à haute tension HTB, comprenant : - un diviseur capacitif de tension (20) relié à une phase de la ligne triphasée pour prélever un courant de dérivation (Id) sur cette phase, générant une moyenne tension HTA aux bornes d'au moins un condensateur du diviseur capacitif; et - un transformateur HTA/BT (24) pour convertir la moyenne tension HTA en une basse tension BT à l'aide, la puissance électrique fournie à la charge étant obtenue à la basse tension BT.
6. Installation selon la revendication 5, comprenant en outre une inductance d'accord montée entre le diviseur capacitif de tension (20) et le transformateur HTA/BT (24).
7. Installation selon la revendication 5 ou 6, comprenant en outre un sectionneur de ligne (31).
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant en outre un parafoudre (30).
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, comprenant en outre un sectionneur (32) de mise à la terre du diviseur capacitif de tension (20).
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