A. — TRANSPORT PAR COURANTS ALTERNATIFS POLYPHASÉS A TENSION CONSTANTE

Généralités. — Les courants alternatifs polyphasés ont, depuis 1891, lors de leur première apparition sous forme industrielle d’électricité de Francfort-sur-le-Mein, révolutionné les procédés de transport de l'énergie à distance.

En outre des difficultés de transformation de leurs éléments, tension et intensité, à l'aide de transformateurs dits statiques, c'est-à-dire ne comportant aucun organe en mouvement, ils se prêtent facilement à leur transformation en courant continu, à l'aide de commulatrices ou de permutatrices , les courants polyphasés et le courant continu ayant comme caractéristique commune que la puissance électrique mise en jeu à chaque instant est constante , tandis qu’elle est périodique dans les courants alternatifs simples. Cette périodicité impose l’obligation d’avoir recours à des procédés d’emmagasinement mécanique (volant) ou électrique (self-induction) pour transformer le courant alternatif simple en courant plus ou moins continu. En fait, cette transformation ne s’effectue jamais qu'à l'aidede moteurs-générateurs, et seulement lorsqu'on ne dispose pas de courants polyphasés.

En ce qui concerne le choix entre les courants diphasés ou triphasés, on préfère aujourd’hui généralement les courants triphasés qui, à puissance et tension égales, permettent d’économiser 25 pour 10U du cuivre de la canalisation.

Tensions. — Les tensions employées se sont élevées graduellement, en vue d’économiser le cuivre, avec la distance et la puissance à transporter.

TRANSPORT DR l/RNERf.IR ÉLECTRIQUE

Si l’Exposition de 1900‘n’a montré que des transports à 5 000 volts, c’est que les distances à franchir n'étaient pas suffisantes pour que l'on ait recours à des tensions supérieures et queles règlements de l’Exposition limitaient d’ailleurs cette tension. La plupart des alternateurs produisent d’ailleurs directement cette tension. Pour des tensions plus élevées, on préfère avoir recours à des transformateurs élévateurs disposés à l’usine. Cependant on obtient directement 15000 volts de tension composée avec les alternateurs Brown Boveri et C,e.

Fréquences. — Les fréquences ont une tendance à l’unification. On a renoncé, en général, aux fréquences supérieures à 61) périodes par seconde, fréquences pour lesquelles on ne sait pas encore, d’ailleurs, construire de commutatrices fonctionnant convenablement.

Les deux fréquences que l’on peut considérer comme normales sont : 50 périodes par seconde pour les installations mixtes comportant à la fois des moteurs et de l’éclairage en courants alternatifs. 25 périodes par seconde pour les installations de moteur ou de traction, soit directe, soit par l’intermédiaire de commutatrices, ces commutatrices alimentant également les circuits d’éclairage.

Formes des courants alternatifs. — La force électromotrice développée par un alternateur destiné au transport de l’énergie doit se rapprocher le plus possible de la sinusoïde, afin d'éviter les effets de résonance de la capacité de la ligne et de la self-induction des appareils d’utilisation. Ces effels de résonance produisent des surélévations énormes de tension très nuisibles à la conservation des isolants des câbles, des machines, des tableaux et des appareils de mesure.

Il semble résulter des relevés faits à V Exposition de 1900, par M. Dobkévitch avec l’oscillographe de M. Blondel, que bon nombre d’alternateurs donnent des courbes de tension qui s’éloignent beaucoup de la sinusoïde et pourraient, avec des tensions élevées et des câbles présentant un peu de capacité, donner naissance à des différences de potentiel dangereuses provoquées par des effets de résonance.

Alternateurs. — Nous ne dirons rien ici des alternateurs servant au transport de l’énergie dans l’Exposition. Ils sont décrits en détail dans le fascicule consacré aux générateurs électriques. Nous n’insisterons que sur les particularités relatives au transport lui-même, en dehors des machines et appareils utilisés dans ce transport et décrits dans les fascicules spéciaux (trans. formateurs, canalisation et appareillage, moteurs électriques, traction électrique, etc.).

Colonnes de commande. — Chaque groupe électrogène est relié au tableau de distribution en passant par un tableau de commande constitué par une colonne ou un kiosque. La colonne de commande porte, en général, les appareils de mesure, voltmètre, ampèremètre avec leurs appareils de transformation, un interrupteur à haute tension, et un volant agissant sur l’excitation de l’alternateur. La figure 8 représente, à titre d'exemple, la colonne de commande de l’alternateur des Ateliers d’Okrlikon.

Dispositions générales des tableaux à haute tension pour courants alternatifs triphasés. —

Un tableau pour courants alternatifs triphasés se compose, en général, de deux parties parallèles, constituées chacune par une série de panneaux individuels.

Lapartieantérieureest réservée auxalternateurs, la partie postérieureaux feeders ou aux conducteurs de transport. Ces deux parties sont reliées par trois conducteurs nus posés sur isolateurs en porcelaine et auxquels on donne respectivement les trois couleurs : bleu, blanc, rouge, afin de les distinguer et de faciliter les connexions. Ces trois conducteurs forment trois boucles fermées ; mais des interrupteurs à couteaux disposés entre les panneaux permettent d’effectuer une coupure de la boucle en un point quelconque et d’isoler ainsi à volonté de l’ensemble du réseau un organe quelconque, alternateur ou ligne, sans interrompre le circuit et sans arrêter le fonctionnement du transport, ün peut alors procéder sans danger aux réparations et modifications.

Fig. 8. — Colonne de commande et interrupteur pour courants triphasés à haute tension

des ateliers d’Oerlikon.

Chaque -panneau de dynamo comporte un interrupteur triple à haute tension, un ampèremètre sur l’une des phases ou quelquefois sur les trois phases, un voltmètre et un dispositif indicateur de phases pour permettre le couplage en parallèle. A la partie inférieure de ce panneau sont placés les organes de réglage de l’excitatrice, si celle-ci est montée en bout d’arbre de la dynamo, ou un rhéostat de réglage, si le circuit d’excitation est commun.

Chaque 'panneau de feeder comporte un interrupteur triple, trois ampèremètres, trois coupe-circuits, trois bobines de réaction sans fer et trois parafoudres.

Lorsqu’on emploie un panneau yénéral pour la mesure du courant total et de la puissance totale, la boucle est ouverte du côté opposé à celui où se trouve ce panneau général, afin que tout le courant et toute la puissance passent par ce panneau général.

TRANSPORT DE L’ENERf.IE ELECTRIQUE

Le but et les dispositions spéciales de ces appui cils ont été examinés à propos de l’appareillage et nous n’y reviendrons pas ici.

Les barresde connexion des différentes partiesd'un tableau se font généralement en cuivre; cependant les Ateliers d’Oerlikon emploient l’aluminium pour celte application.

Kiosque de commande de l’Elektricitâts Aktiengesellschaft, normale Schuckert und G0, de

Nuremberg. — Le kiosquede commande de l’alternateur à courants triphasés de la C’e Schuckert esl d’une forme analogue à celui du courant continu précédemment décrit.

L’un des panneaux en marbre porte un voltmètre, deux ampèremètres, deux dispositifs de réglage et trois interrupteurs bipolaires. Les transformateurs des appareils de mesure sont disposés à l’intérieur du kiosque.

Le premier dispositif de réglage commande les résistances d’excitation de l’alternateur disposées dans le sous-sol. Le second dispositif sert à faire démarrer et à régler un moteurgénérateur.

Ce moteur-générateur qui peut transformer les courants alternatifs simples diphasés ou triphasés en courant continu, et réciproquement, était utilisé pour transformer le courant continu à 220 volts distribué par le service général de l’Exposition en courant triphasé à 135 volts entre deux fils.

Un transformateur triphasé alimenté par l’alternateur à 5 000 volts fournissait également du courant secondaire à 135 volts. On pouvait ainsi, en utilisant ces deux courants triphasés alimentés par deux sources distinctes, montrer le fonctionnement du synchroniseur décrit un peu plus loin. Le deuxième panneau du kiosque porte un interrupteur à haute tension, un compteur, un interrupteur et deux fusibles.

Le troisième panneau est consacré à l'annonce de la maison et le quatrième est une porte donnant accès dans le kiosque.

Connexions des appareils de mesure.— Pour ne pas amener de hautes tensions sur la face antérieure du tableau de distribution, la Société anonyme d’Electricité ci-devant Lahmeyeii et Cle emploie un dispositif représenté schématiquement [fig. 10). Ce dispositif consiste à séparer du circuit de chaque phase, à partir du point neutre de l’enroulement induit étoilé de l’alternateur un certain nombre de spires de l’induit, une bobine par exemple, et à relier le circuit ainsi formé au primaire d’un petit transformateur triphasé, dont le rapport de transformation est égal à l'unité et dont la puissance par rapport à la puissance de la dynamo, dans le même rapport que le nombre de spires connectées au transformateur, un nombre total de spires de chaque circuit. Le circuit secondaire de ce transformateur est monté en série avec les trois phases de l’alternateur, et le point neutre de cet alternateur est relié à la terre. Comme le rapport de transformation de ce transformateur est égal à l’unité, il en résulte que l'intensité du courant dans les deux enroulements du transformateur est exactement égale à l’intensité du courant de la machine, tandis que la tension dans chacun des enroulements n’est qu’une partie proportionnelle de celle de la dynamo.

tt-18

Si l'on insère dans le circuit primaire des transformateurs des appareils de mesure, l’ampèremètre donne directement l’intensité du courant de la machine, tandis que les voltmètres et les wattmètres indiquent une tension et une puissance proportionnelles à la tension et à la puissance de la dynamo. On étalonne ces deux derniers instruments de manière que le cadran indique directement la tension et la puissance réelles.

Mesures de précaution. — En cas d'accident à un alternateur, et pour éviter de couper le circuit inducteur, dont la self-induction énorme pourrait compromettre l’isolement de ce circuit inducteur, la maison Siemens et Halske, de Berlin, dispose sur le pupitre de manœuvre de la machine un commutateur spécial qui met en court-circuit les inducteurs de l’excitatrice excitée elle-même en série. On évite ainsi la tension énorme qui se produirait à la rupture, puisque le circuit inducteur reste fermé sur lui-même.

Ea plupart des dispositifs de sûreté, tels que disjoncteurs, coupe-circuits, parafoudres, etc., ont été décrits dans le fascicule consacré à l’appareillage, et nous n’y reviendrons pas.

Couplage des alternateurs en parallèle. — Par suite de la grande diversité des puissances, des services et des formes des courants produits par les alternateurs exposés, le service des installations a préféré ne pas coupler les alternateurs en parallèle, et combiner le tableau de distribution de façon à permettre l’alimentation de chaque feeder par plusieurs alternateurs différents. Le service de transport de l’énergie s’est ainsi fait par substitution d’une dynamo à une autre, sans aucun couplage.

De même, afin d’éviter les interruptions de service, chaque feeder était double et tronçonné en plusieurs parties, ce qui permettait, en cas d’accident, de remplacer un tronçon en mauvais état par un autre, et de faire la réparation sans interrompre le service. Les connexions convenables se faisaient par des boites de substitution convenablement réparties sur les feeders.

Synchroniseur de l’Elektricitâts Aktien Gesellschaft, vormals Schuckert und C". — Ce synchroniseur, dont le principe est représenté [fig. 11), est constitué par une série de lampes à incandescence disposées en cercle sur un panneau de marbre. Ces lampes sont couplées entre les deux circuits triphasés, de telle façon que le cercle se trouve divisé en trois parties brillantes et trois parties sombres. Les parties alternativement brillantes et sombres se déplacent sur le cercle et paraissent tourner avec lui dans un sens ou dans l’autre, suivant que la fréquence de l’un des courants est supérieure ou inférieure àjl'autre, et d’autant plus vite que l’écart

TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

des fréquences est plus grand. Lorsque le système parait immobile, c'est que le synchronisme est atteint, et le couplage se fait alors sans inconvénient.

Indicateurs de terre.- — La Compagnie française Thomson-Houston emploie deux électromètres à deux paires de quadrants. Une des paires de quadrants de chaque électromètre est reliée à la terre par une résistance en graphite d’environ fi 000 ohms. Les deux autres quadrants de chaque électromètre sont en communication chacun avec un des conducteurs de la

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Transformateur

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Fig. 11. — Synchroniseur de la Société Schuekert.

ligne, de façon que l’un de ces conducteurs se trouve en relation avec un quadrant de chaque électromètre, et les deux autres avec un seul quadrant de l’un des deux électromètres.

Tableaux de commutatrices. — L’énergie électrique, transportée sous forme de courants alternatifs à 5 000 volts, est transformée en courant continu à la tension de 250 volts ou 500 volts, à l’aide de transformateurs et de commutatrices reliées à un tableau sur lequel se font les connexions nécessaires, et composé de deux parties, l’une réservée aux courants alternatifs, l’autre au courant continu.

Nous signalerons, à titre d’exemple, le dispositif adopté par la Compagnie française Thomson-Houston [fig. 12).

Les courants triphasîs à a 0 ‘0 volts s ml abaissés à 310 valu i l'.ii le de trois transformateurs a courants alternatifs simples, à refroidissement d’air à l’aide d’un ventilateur actionné par un petit moteur alimenté par la commutatrice. Sur les trois circuits secondaires des trans-

Triphasé Sooo volts

I Coupe Circuit H >

Continu Soo volts

Fig. 12. — Schéma de démontage de la commutatrice de la Compagnie française Thomson -Houston.

formateurs sont intercalées trois bobines de self-induction, qui ont pour objet de régler la tension aux bornes de la commutatrice par variation du courant en quadrature.

Fig. 13. — Rhéostat à relai de la Compagnie française Thomson-Houston.

Sur le panneau des courants alternatifs sont disposés les coupe-circuits et l'interrupteur tripolaire de la haute tension et les mêmes appareils pour la basse tension. L’interrupteur tri-

TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 6-21

polaire est à deux directions pour faciliter le démarrage par les courants alternatifs, à défaut d'accumulateurs.

Pour démarrer, les circuits inducteurs de la commutatrice sont ouverts, et l’interrupteur tripolaire disposé pour n’envoyer aux bagues de la commutatrice qu’une partie de la tension totale produite par les transformateurs ( fig. 12).

Lorsque la commutatrice est démarrée, on relève successivement les trois interrupteurs de façon à mettre la tension totale sur la commutatrice, et on supprime les bobines correspondantes du compensateur de démarrage qui s’opère avec un courant égal à la moitié du courant de pleine charge. La commutatrice amenée au voisinage du synchronisme s’accorde elle-même. Il suffit alors de fermer l’interrupteur de sectionnement des inducteurs et régler l’excitation par le rhéostat de champ.

Le petit moteur à courant continu, actionnant le ventilateur des transformateurs, est mis en marche à l’aide d’un rhéostat de démarrage à relais représenté figure 13.

Démarrage des commutatrices Alioth. — La Société d’Applications industrielles (Procédés Alioth et Cie, de Bâle), exposait deux commutatrices, l'une diphasée de 300 k\v, éclairant l’Esplanade des Invalides, l’autre hexaphasée, de 300 kw éclairant le Grand Palais.

La commutatrice de 200 kw était alimentée par deux transformateurs à courants alternatifs simples. Le démarrage se faisait parle courant continu, à l’aide d’un moteur asynchrone à courants diphasés alimenté par des transformateurs et accouplé directement à une génératrice à courant continu, par un manchon élastique. La commutatrice relevée à ce générateur démarre ce courant continu et elle est reliée aux courants diphasés comme moteur synchrone, dès que le synchronisme et la concordance des deux phases sont obtenus.

La commutatrice de 200 kw démarre de même par le courant d’une petite génératrice à 300 volls, accouplée directement à un moteur asynchrone à courants triphasés.

La maison Siemens et Halske, de Vienne, fait démarrer la commutatrice exposée à l’aide d'un petit moteur asynchrone disposé en bout d’arbre de cette commutatrice et ayant deux pôles de moins que celle-ci. On peut donc facilement atteindre graduellement le synchronisme et le maintenir en introduisant des résistances variables dans le rotor. Ce moteur asynchrone est de faible puissance, car il ne doit que démarrer la commutatrice à vide, et son régime peut être forcé, car il ne travaille que quelques instants à chaque démarrage.

Démarrage des groupes moteur-générateur de la plate-forme mobile. — La plate-forme mobile de l'Exposition était actionnée par des moteurs série à courant continu, alimentés par de puissantes génératrices à potentiel constant, mues elles-mêmes par des moteurs asynchrones à cage d'écureuil de la Société industrielle d’Electricité (Procédés Westinghouse). Ces moteurs étaient alimentés par des courants alternatifs triphasés de 3 000 volts, fréquence 23 périodes par seconde, provenant de l’usine des Moulineaux.

Le démarrage de ce groupe moteur-générateur était fait d’une façon toute spéciale, la sousstation ne possédant pas de batterie d’accumulateurs. Pour effectuer ce démarrage, le poste de transformation disposait d’une commutatrice que l’on amenait au synchronisme en l’actionnant par un moteur asynchrone ayant deux pôles de moins, ce qui permet d’amener la commutatrice à une vitesse un peu supérieure à celle du synchronisme. On supprime le courant alternatif, et on laisse tomber la vitesse jusqu'au synchronisme et à la coïncidence de phases que l’on constate avec un indicateur de phases relié à la commutatrice, d'une part, et aux transformateurs du réseau à haute tension, d’autre part. On couple au moment opportun, etla commutatriceproduit alors un courant continu que l’on envoie dans la génératrice actionnée parle moteur asynchrone à cage d’écureuil, dont l’inducteur (stator) est isolé. Lorsque le moteur asynchrone a atteint la vitesse angulaire correspondant au synchronisme, vitesse que l’on observe à l’aide d’un tachymètre, on relie l’inducteur du moteur asynchrone au réseau. A partir de ce moment, le

L’ÉLECTIIICITÉ A L’EXPOSITION

moteur asynchrone actionne la dynamo à courant continu que l’on sépare de la commutalrice, et la dynamo ainsi lancée est prête à faire fonctionner la plate-forme mobile.

Démarrage de la plaie-forme. — Le démarrage de cette plate-forme présente des particularités intéressantes. La dynamo tournant à vitesse angulaire constante sous l’action du moteur asynchrone, on ferme le circuit des moteurs sur la dynamo non excitée et on excite progressivement cette dynamo pendant qu’un électricien manœuvre les balais pour ne pas avoir d’étincelles. On arrive ainsi à produire le démarrage avec 200 volts seulement et un courant de 800 ampères, soit 160 kilowatts, alors que la plate-forme en dépense normalement environ 200. Le démarrage se produit donc avec une puissance plus faible que la puissance normale. Ce fait, paradoxal en apparence, est dû à ce que le démarrage se produit sans résistances intercalées E'itres que les résistances d’excitation. Une fois la plate-forme lancée, on continue à augmenter l’excitation jusqu’à ce que la différence de potentiel aux bornes de la dynamo atteigne environ 500 volts.

L’inertie de la plate-forme lancée à pleine vitesse est telle que son mouvement se continue pendant environ 54 à 55 secondes après l’interruption du courant qui l’actionne.

L’induit du moteur à courant triphasé et celui de la dynamo qu’il actionne tournent pendant 10 minutes après l’interruption du courant moteur et du courant d’excitation.

L’emploi d’un moteur à cage d’écureuil présentant un faible glissement se justifie, dans l’espèce, parla nécessité d’avoir une vitesse aussi uniforme que possible, malgré les variations accidentelles de la puissance absorbée par la plate-forme et le chemin de fer électrique. Un moteur synchrone aurait décroché un premier obstacle, une commutatrice également, tandis qu’un moteur asynchrone donne un coup de collier, ralentit, mais ne décroche pas, à moins que la résistance dure assez longtemps pour amener un abaissement très notable de la vitesse angulaire.