Emploi des accumulateurs dans les distributions

Les accumulateurs conduisent à d'autres solutions de la distribution indirecte à courant continu. Ces appareils ont l'avantage sur les transformateurs de constituer des réservoirs d'énergie, au même titre que les gazomètres dans les usines à gaz. Ils permettent de tirer un meilleur parti de la puissance productrice de l'usine électrique et de diminuer l'importance des machines, attendu que celles-ci peuvent accumuler, par un travail constant et continu.

56 DISTRIBUTION DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE.

Ténergie consommée à certaines heures de la journée. Si Ton se reporte au diagramme de ia fig. 284, on voit que, dans le cas auquel se rapporte ce diagramme, les machines doivent fournir, à un moment donné, une puissance électrique de 120 kilowatts pendant le mois de décembre, alors que la charge moyenne de la journée ne dépasse pas 3 1,8 kilowatts. Si donc, on emploie des accumulateurs ayant j5 pour cent de rendement , il est possible de réduire au tiers la puissance productrice de l'usine, à la condition de faire fonctionner les machines pendant 24 heures.

D'un autre côté, les accumulateurs constituent une réserve utile et permettent de réduire les variations de tension dans le réseau de distribution, lorsque les machines présentent des irrégularités de vitesse ou des arrêts momentanés.

Ce qui empêche remploi des accumulateurs de se généraliser , c'est le prix élevé de ces appareils, ainsi que les soins que demande leur conduite. Cependant , les perfectionnements progressifs qu'on apporte à leur fabrication font espérer que les obstacles que rencontre leur développement iront en s'atténuant de jour en jour. Actuellement, des firmes importantes assument complètement l'entretien des accumulateurs, pendant une période de dix ans, au taux de 4 à 5 pour 100 du prix d'achat. Dans un grand nombre de stations électriques , une batterie d'accumulateurs est employée pour assurer Téclairage à partir de Tarrôt des machines , à minuit ou à une heure du matin, jusqu'à leur mise en marche au crépuscule.

Le chargement de ces accumulateurs exige une tension supérieure à celle du réseau. Divers moyens sont utilisés pour effectuer ce chargement pendant que les machines alimentent les lampes. On peut, à cet effet, grouper les éléments secondaires en deux séries mises en quantité. Une combinaison préférable consiste à employer un transformateur à courants continus dont le circuit primaire est relié aux dynamos et dont le secondaire est en série avec celle-ci et produit le supplément de voltage nécessaire pour charger tous les éléments en tension.

Il convient de faire remarquer que Tabsence d'accumulateurs n'empêche pas les usines électriques établies dans les villes d'assurer la fourniture du courant d'une manière absolument régulière. Grâce à l'emploi de dynamos associées en dérivation et mues par des machines indépendantes , ainsi qu'à la précaution de faire mar-

cher à vide un moteur et une dynamo de réserve, le personnel de ces usines est arrivé à éviter complètement tout arrêt, môme momentané, de la distribution.

505. — Emploi des accumulateurs dans les installations privées. — Mais si Ton atteint ce résultat dans les grandes usines qui possèdent un personnel exercé et une réserve importante , on ne peut espérer l'obtenir dans les petites installations privées, mues par un moteur souvent irrégulier soit par un défaut de système, soit parce quMl active en même temps des appareils à marche variable autres que la dynamo. Dans ce cas, l'emploi d'une batterie secondaire peut rendre de grands services.

Une disposition applicable dans une circonstance semblable est représenté par la fig. 291.

Fig. 291.

La dynamo D, excitée en dérivation, est pourvue d'un régulateur de champ magnétique formé par un rhéostat intercalé dans le circuit des inducteurs. Elle alimente les récepteurs R placés en dérivation ainsi que la batterie d'accumulateurs B.

Un disjoncteur automatique d a pour but de couper la communication entre la dynamo et les accumulateurs , lorsque par suite d'un ralentissement accidentel du moteur, ceux-ci sont exposés à se décharger dans la machine élecirique. A cet effet, un levier /, basculant autour d'un point O, réunit deux contacts c de manière à compléter le circuit. Le levier est terminé par une armature que

58 DISTRIBUTION DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE,

Ton applique à la maîn contre un électro-aimant traversé par le courant. Lorsque Tîntensité de ce dernier vient à tomber en dessous d'une valeur déterminée, le poids du levier arrache l'armature et le circuit est rompu.

Généralement, dans une installation semblable, la machine charge les accumulateurs lorsque les récepteurs sont inactifs ou fonctionnent en petit nombre. La batterie vient en aide à la dynamo lorsque les récepteurs sont tous en activité.

Ces conditions exigent que la tension aux récepteurs, indiquée par le voltmètre V, soit maintenue sensiblement constante. Or, comme la différence de potentiel exigée pour la charge des accumulateurs est supérieure à la tension aux récepteurs, on doit intercaler un rhéostat E destiné à provoquer au besoin un abaissement de tension de manière à assurer la constance des indications du voltmètre. Au lieu du rhéostat E , on peut également employer quelques couples secondaires en opposition par rapport à B.

Lorsque la batterie B concourt avec la dynamo à l'alimentation des récepteurs , il convient de retirer le rhéostat E du circuit et de modifier le nombre des éléments utilisés de la batterie de manière que le voltmètre V indique la tension normale et l'ampèremètre A' un courant de décharge approprié au type d'accumulateurs en usage. Pour opérer ce réglage, on se sert d'un commutateur à manette C , qui permet de retirer ou d'ajouter un certain nombre de couples. Pour empêcher que , pendant le passage du levier du commutateur d'un bloc au suivant, les couples ne soient mis en court-circuit, les blocs sont dédoublés et leurs deux parties convenablement reliées à l'aide de boudins de maillechortr qui, pendant la manœuvre, sont traversés par le courant des éléments commutés.

Il importe pour la conservation des accumulateurs que la charge de ces couples de réserve soit réglée attentivement à l'aide du densimètre. Sans cette précaution , il arrive que ces éléments sont ou trop chargés ou trop déchargés et qu'il se détériorent rapidement.

On évite complètement cet inconvénient en supprimant le commutateur C et en maintenant le nombre des éléments constant pendant la charge et la décharge. Le réglage de la tension s'opère alors à l'aide du rhéostat E et du régulateur du champ magnétique de la dynamo. Le courant qui traverse E est parfois assez considé-

rable, ce qui nécessite Temploi de résistances formées de bandes de nickeline.

L'importance donnée aux éléments B dépend de Teffet qu'on veut en obtenir. Si Ton désire que la batterie débite une notable fraction de l'énergie utilisée, il conviendra d'utiliser des éléments de grandes dimensions, ce qui entraînera une charge prolongée.

Parfois, on n'a recours à la batterie que pour masquer les irrégularités du moteur et donner au mécanicien le temps de régler les machines, lorsqu'il se produit des variations brusques dans les récepteurs. Dans ce cas , il suffit d'employer des éléments de faibles dimensions , maintenus constamment en charge et réglés de manière que, la résistance E étant supprimée, Tampèremètre A' indique un courant nul en marche normale. S'il se produit alors une variation dans les machines ou dans la consommation , les accumulateurs suppléent pendant quelque temps à la demande en débitant leur réserve d'énergie électrique. Avec un moteur irrégulier, tel qu'un moteur à gaz, les accumulateurs jouent le rôle d'un volant puissant pour masquer les variations de la tension de la dynamo. Toutefois , la régularisation n'est obtenue que si la batterie n'est pas surchargée; car la tension, qui peut atteindre 2,7 volts par élément pendant la charge, tombe brusquement à 2 volts environ à la décharge. Il convient donc, dans l'application en vue, de régler la tension aux accumulateurs de manière à ne pas dépasser 2,2 volts par élément.

506. — Autre disposition. — La disposition décrite au paragraphe précédent oblige à appliquer au circuit utile la même tension électrique qu'aux accumulateurs. Par la modification indiquée dans la fig. 292 , cette sujétion disparaît et l'on peut charger la batterie entière, tout en conservant aux récepteurs R une tension réduite marquée par un voltmètre V. Cette combinaison repose sur l'emploi d'un commutateur à deux leviers L, L' et à résistances intermédiaires non figurées. La dynamo D, dont la tension est marquée par un voltmètre V et le courant par un ampèremètre A', peut être reliée au levier L' ou aux récepteurs, à l'aide d'un commutateur I. Un disjoncteur automatique D empêche le courant de décharge des accumulateurs de traverser la dynamo. Dans le circuit des accumulateurs , on a indiqué un

ampèremètre A et un indicateur K destiné à marquer le sens du courant dans les couples secondaires. Les coupe-circuits C et C complètent l'installation.

Fig. 292.

207. — Système Monnier. — M. Monnier a étendu le système précédent aux distributions d'électricité urbaines. La station génératrice alimente un certain nombre de stations secondaires comportant chacune une batterie d'accumulateurs, les diverses batteries étant réunies en série. Chacune des batteries contribue , avec les dynamos, à alimenter un groupe de lampes raccordées par un réseau secondaire.

Les machines fonctionnent une partie de la journée, de deux heures à minuit , par exemple , sous un régime de courant constant. Lorsque la demande d'énergie est faible , les accumulateurs se chargent. Aux heures où la demande devient considérable, les couples secondaires s'unissent aux dynamos pour y satisfaire.

Chaque station possède deux commutateurs, l'un pour faire varier le nombre des éléments en charge, l'autre pour régler la tension appliquée au réseau secondaire. Ce dernier réglage peut également s'opérer par un rhéostat qui permet de faire varier la tension par fractions moindres que la force électromotrice d'un élément.

SYSTEMES INDIRECTS I)E DISTRIBUTION ELECTRIQUE. 6ï

Grâce à cette combinaison, on peut, avec un poids modéré d'accumulateurs et une puissance motrice moyenne, garantir un bon rendement à la distribution. Supposons, en effet, que les dynamos distribuent directement les deux tiers de Ténergie totale consommée en 24 heures et que les accumulateurs débitent le tiers restant pendant le nombre d'heures, d'ailleurs très restreint, où la demande s'élève beaucoup au-delà du débit moyen (voir fig. 284). En admettant que les couples aient un rendement de 70 pour 100, le rendement total de la transformation est

3X1+ jX 0,7 =0,9,

soit 90 pour 100.

L'application de ce système suppose, toutefois, que chaque section alimentée par une batterie d'accumulateurs consomme la môme quantité d'énergie. Or, celle ci varie non-seulement d'une section à une autre, mais encore d'un jour à l'autre dans une môme section. Comme toutes les batteries sont chargées en tension, il convient de prévoir un arrangement propre à proportionner l'cmmagasinement à la demande de chaque section. Lorsqu'une batterie a atteint la charge voulue, on peut, par exemple, la mettre hors circuit et réunir directement les conducteurs qui la relient aux dynamos. Celles ci sont alors réglées de manière à ramener leur courant à l'intensité normale.

Le système Monnier permet de développer l'énergie électrique sous une tension élevée , tout en maintenant une différence de potentiel modérée entre les conducteurs de chaque réseau secondaire. Ainsi, avec 4 groupes d'accumulateurs donnant 110 volts, on atteint, à la station génératrice, une tension d'environ 460 à 5oo volts, qui permet de desservir une agglomération assez étendue.

Cependant, il ne faut pas perdre de vue que si l'un des pôles du groupe de dynamos est mis accidentellement en contact avec la terre , les conducteurs reliés à l'autre pôle sont portés au potentiel maximum de 5oo volts, lequel est susceptible d'occasionner des secousses très pénibles à une personne touchant ces conducteurs et reposant sur un sol humide.

Afin de diminuer cet inconvénient , M. Monnier propose de relier à la terre un point situé vers le milieu du circuit des machines, en

02 DISTRIBUTION DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE.

sorte que les pôles de celles-ci ne puissent dépasser un potentiel égal à la moitié de la tension totale.

508. — Système Siemens et Halske. — Le secteur de Clichy utilise un système de distribution combiné par MM. Siemens et Halske, dans lequel les diverses batteries d'accumulateurs sont concentrées à l'usine productrice et concourent avec les dynamos à alimenter un réseau à 5 conducteurs, § 487. Chaque dynamo développe une tension supérieure à celle des batteries réunies en série, et les feeders intermédiaires sont branchés sur les fils de communication des diverses batteries. Celles-ci absorbent l'énergie des dynamos pendant une partie de la journée et leur viennent en aide lorsque la consommation dépasse le débit des machines.

Comme , dans cette combinaison, on a sous la main toutes les batteries réunies, on peut intervertir les connexions entre celles-ci et le réseau lorsqu'elles présentent des états de charge ou de décharge trop différents.

Des égalîsateurs répartissent uniformément la tension entre les divers circuits dérivés, § 487,

509. — Système King. — Au lieu de laisser, comme dans le système précédent, les récepteurs en relation avec le circuit de charge, il est possible d'isoler complètement les réseaux secondaires du circuit primaire , en disposant dans chaque centre de distribution deux batteries qui sont chargées à tour de rôle par la station génératrice. Les batteries en charge dans les diverses stations sont reliées en série et, comme elles sont isolées des récepteurs, le circuit primaire peut être parcouru par un courant de haute tension comme dans les distributions par transformateurs.

Pendant la plus grande partie de la journée, une des batteries de chaque groupe suffit pour alimenter les récepteurs correspondants. Aux heures où la demande dépasse notablement le débit moyen , on met les deux batteries en quantité.

Pour substituer l'une des batteries à l'autre dans le circuit de charge, on commence par mettre en parallèle avec la batterie en charge une résistance égale à la résistance apparente de cette batterie. On retire alors celle-ci pour la relier aux récepteurs en quantité avec la batterie déchargée. Cette dernière est ensuite mise en parallèle avec la résistance, puis celle-ci est enlevée du circuit de charge.

Ce système^ adopté au secteur Popp, de Paris, exige unequantié d^ accumulateurs beaucoup plus considérable que le système précédent, puisque c'est sur les couples secondaires que repose exclusivement l'alimentation des récepteurs. Le succès du système est donc lié aux frais occasionnés par les accumulateurs. En outre , comme ceux-ci ont à débiter toute l'énergie utilisée , le rendement est inférieur à celui des systèmes mixtes exposés précédemment.

M. King a étudié pour la distribution de Chelsea (Londres) ua système de commutateurs qui permet d'effectuer automati«> quement toutes les manœuvres nécessitées par la substitution des batteries dans le circuit de charge et leur réunion en quantité. Dans l'application à laquelle nous faisons allusion, le courant de charge a une tension de 2 000 volts environ. Pendant que les batteries sont mises en quantité, la station génératrice alimente , dans chaque centre de distribution, un transformateur à courant continu qui concourt avec les accumulateurs à renforcer le courant dans le réseau secondaire.

L'énergie nécessaire pour activer les appareils automatiques est empruntée à des couples mis en opposition dans les réseaux secondaires afin de régler la tension dans ces réseaux.

La fin de la charge d'une batterie est décélée par un couple témoin, dont une des plaques négatives est recouverte d'une cloche équilibrée dans laquelle s'accumule le gaz hydrogène. Lorsque la quantité de gaz dégagée correspond à la charge complète, la cloche bascule et met en jeu les commutateurs servant à la transposition des batteries.

COMPTEURS ELECTRIQUES.

510. — Dans une distribution d'eau ou de gaz, la quantité de fluide consommée par un abonné sert de base à l'établissement de la taxe. Dans une distribution électrique, la redevance doit être calculée d'après la quantité d'énergie utilisée.

Toutefois, comme dans la plupart des cas, la distribution s'effectue sous une tension sensiblement constante , l'énergie disponible est proportionnelle à la quantité d'électricité fournie. Il suffit

64 DISTRiBUnON DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE.

donc de disposer un appareil qui totalise cette quantité, pour obtenir une base de taxation convenable. Il résulte de là que la grande majorité des compteurs sont des mesureurs de quantité d'électricité ou des coulomb-mètres.

On remarquera que, si le rapport du coefficient de self-induction à la résistance des récepteurs est variable, le retard de phase du courant varie également. Par suite, Texpression de la puissance

électrique alternative cos ly, § 182, montre que, pour une

différence de potentiel efficace constante, l'énergie Tournie n'est plus alors proportionnelle à la quantité d'électricité débitée. Dans ce cas, les compteurs-waiimèires, seuls, donnent des indications correctes.

511. — Compteur Edison. — Dans l'hypothèse d'un courant continu, le voltamètre est tout naturellement indiqué, puisque le dépôt électrolyiique est proportionnel à la quantité d'électricité

Fig. lîjî.

qui a traversé cet appareil. M. Edison a employé un voltamètre à sulfate de zinc et à électrodes de zinc. Afin d'éviter l'introduction d'une résistance trop considérable dans le circuit principal , le

courant qui alimente les récepteurs traverse une bande de maillechort R. Les voltamètres V, V sont dérivés sur cette bande; chacun d'eux est en série avec une bobine de fil de cuivre r r'. La résistance d'un voltamètre et de la bobine additionnelle est calculée de manière que Télectrolyie soit traversé par la millième partie du courant d'alimentation. Le but des bobines r r' est de compenser les variations de résistance de l'élecirolyte. Lorsque la température change, la résistance du liquide varie en sens inverse de celle du cuivre, et des mesures sont prises pour qu'il y ait une exacte compensation. Afin d'empêcher la congélation du liquide, une bilame B ferme le circuit d'une lampe L, lorsque la température descend trop fortement. La lampe reste allumée jusqu'à ce que la chaleur qu'elle dégage ait ramené la bilame dans la position normale. Chaque mois, un contrôleur retire un des voltamètres qu'il porte à l'usine afin de vérifier l'accroissement de poids de la cathode; pendant ce temps , l'autre voltamètre totalise le courant utilisé par l'abonné.

L'appareil est peu coûteux et fonctionne d'une manière satisfaisante. Il permet de totaliser le débit d'un courant continu variant du simple au décuple , avec une approximation de 2 à 3 pour cent. Cette erreur n'est pas supérieure à celle des compteurs à eau ou à gaz. L'appareil ne s'applique évidemment pas aux courants alternatifs.

512. — Compteurs Aron. — Plusieurs distributions électriques utilisent un compteur reposant sur un principe découvert par MM. Ayrton et Perry. Le balancier d'une horloge est terminé par un aimant qui oscille au-dessus d'une bobine traversée par le courant. Celui-ci peut être orienté dans la bobine de manière à agir en sens inverse ou dans le même sens que la gravité et, par suite, à retarder ou à accélérer le mouvement du balancier. Il en résulte un retard ou une avance de l'horloge en rapport avec l'intensité du courant et le temps pendant lequel ce dernier a passé.

Comme la variation est faible, M. Aron a imaginé une disposition ingénieuse pour l'enregistrer avec exactitude. Le compteur contient deux horloges identiques, Tune pourvue d'un balancier ordinaire , l'autre du balancier magnétique. Les mécanismes de ces horloges sont reliés par un train d'engrenages différentiels qui totalise les

66 DISTRIBUTION DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE.

différences de vitesse des deux mouvements sur une série de cadrans analogue à celle des compteurs à eau et à gaz. Les changements de

température agissant également sur les deux balanciers n'influencent pas sensiblement le compteur. On voit dans un coin de la boîte un fll à plomb servant à mettre l'appareil de niveau.

Les indications de l'instrument dépendent de la permanence du magnétisme du balancier de droite. Un courant intense, provoqué

COMPTEURS ELECTRIQUES.

par exemple par un court-circuit momentané dans l'installation, suffit parfois pour modifier profondément Taimantation du barreau.

Lorsqu'il s'agit de totaliser Pénergie absorbée par un circuit ou simplement de desservir une distribution par courants alternatifs , on adopte une combinaison reposant sur le principe du wattmètre, fig. 295. La bobine fixe, formée de gros fil et parcourue par le courant utilisé, est placée horizontalement. A l'intérieur de cette bobine oscille une bobine de fil fin supportée par le balancier de droite à l'aide d'un étrier et reliée aux points d'entrée et de sortie du circuit desservant les récepteurs. La variation d'allure des deux mouvements d'horlogerie est proportionnelle à l'action mutuelle des deux bobines, c'est à dire à la puissance moyenne multipliée par le temps.

Des expériences, faites par M. Kapp sur un compteur Aron pour courants continus de 25 ampères, montrent que la constante de l'instrument ne varie que de o,5 pour 100 en dehors de la constante moyenne, lorsque le courant passe de o,65 à 25 ampères , la puissance absorbée par l'appareil étant au maximum de 9 watts.

Le compteur pour courants alternatifs présente des constantes différentes suivant la période du courant, à cause de la self-induction de la bobine en dérivation. M. Kapp a reconnu que l'erreur maxima est alors de i,25 pour 100.