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1 / 18 De la centrale à votre prise L’électricité produite dans la centrale de gauche arrive presque aussitôt à la lampe de la maison de droite. Les étiquettes donnent la tension et le courant à chaque étape, et les perles orange montrent le courant qui oscille, ralenti 60 fois. Les boutons du haut ouvrent huit autres scènes.
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01 De la centrale à votre prise L’électricité produite dans la centrale de gauche arrive presque aussitôt à la lampe de la maison de droite. Les étiquettes donnent la tension et le courant à chaque étape, et les perles orange montrent le courant qui oscille, ralenti 60 fois. Les boutons du haut ouvrent huit autres scènes.
02 L’alternateur tourne 3600 fois par minute La vapeur fait tourner la turbine, et l’alternateur monté sur le même arbre tourne avec elle. Un alternateur bipolaire doit faire 60 tours par seconde pour produire 60 Hz. Dans le modèle, il délivre 22 kV, donc envoyer 500 MW demande environ 13 100 ampères.
03 Le transformateur élévateur augmente la tension Dans la cuve, la bobine basse tension compte 5 grosses spires et la bobine haute tension 78 spires fines. La tension augmente selon le rapport de spires (de 22 kV à 345 kV, soit 1 : 15,7) et le courant diminue dans le même rapport. Déplacez le curseur de tension et les spires de la bobine de droite changent avec lui.
04 Même puissance, tension plus basse À 345 kV, les 500 MW demandent 837 A et perdent 6,3 MW (1,26 %) dans la ligne de 3 ohms. Le curseur est maintenant sur 154 kV : le courant est de 1875 A et les pertes de 31,6 MW, cinq fois plus, donc les câbles chauffent et pendent plus bas. À 22,9 kV, les pertes dépasseraient la puissance elle-même. Une ligne plus longue ou un câble plus fin augmente la résistance, et les pertes avec elle.
05 Le poste abaisse la tension à 22,9 kV Un transformateur abaisse 345 kV à 22,9 kV, et des disjoncteurs l’envoient sur de nombreux départs. En Corée, le trajet passe en général par un palier de plus à 154 kV ; le modèle l’omet. Un départ transporte ici 6,25 MW sous environ 158 A.
06 Le transformateur sur poteau fait 220 V Les trois câbles du départ sont à 22,9 kV les uns des autres, mais chacun est à 13,2 kV du câble neutre en dessous. Le boîtier cylindrique sur le poteau se branche entre un câble et le neutre et abaisse 13 200 V à 220 V, soit un rapport de spires de 60 : 1.
07 220 V à 60 Hz dans le mur La tension à la prise oscille entre +311 V et −311 V, 60 fois par seconde, et 220 V en est la valeur efficace (rms). Les règles coréennes admettent de 198 à 242 V. Le graphique du tableau de mesures montre trois périodes, soit 50 millisecondes.
08 Quand la demande dépasse l’offre, la fréquence baisse La demande vient de passer à 560 MW alors que l’alternateur est encore réglé à 500 MW. La puissance manquante est prélevée sur le rotor en rotation, qui ralentit, et la fréquence descend à environ 59,6 Hz. Le régulateur de vitesse ouvre les vannes et la fréquence se stabilise à 59,825 Hz. Activez l’AGC pour la ramener à 60 Hz.
09 Certaines centrales tournent, d’autres non Les centrales à charbon, nucléaires, à gaz et hydrauliques font tourner de lourds alternateurs en phase avec le réseau, et les roues d’acier montrent l’énergie que chacune stocke dans sa rotation (la constante d’inertie H, en secondes). L’éolien, le solaire et les batteries se raccordent par des onduleurs et n’en ajoutent aucune. Augmentez la part des onduleurs et la fréquence chute plus vite après la perte d’un groupe.
10 Une journée d’été La demande est la plus faible avant l’aube et la plus forte l’après-midi. Le record de la Corée est de 97,1 GW, atteint le 20 août 2024. Avec 30 GW de solaire, les colonnes de midi deviennent en partie jaunes, et la montée la plus raide se déplace vers les heures autour du coucher du soleil.
11 La courbe en canard Par une douce journée de printemps avec 60 GW de solaire, la demande laissée aux autres centrales s’affaisse à midi et grimpe fortement après le coucher du soleil. Le gestionnaire du réseau californien a surnommé cette forme un canard. Le gaz et l’hydraulique doivent couvrir cette hausse du soir en quelques heures.
12 Un groupe déclenche Un groupe de 1400 MW vient de se déconnecter d’un réseau de 80 GW. Pendant les premières secondes, seule la masse tournante de chaque machine tient la fréquence ; puis les régulateurs ajoutent de la réserve, et dans le modèle la fréquence atteint son minimum près de 59,67 Hz environ 8 secondes plus tard. Ajoutez des batteries pour la garder au-dessus de 59,8 Hz.
13 À l’intérieur du transformateur Le circuit magnétique est empilé en fines tôles d’acier pour que les courants de Foucault restent faibles. Chaque colonne porte une bobine basse tension à l’intérieur d’une bobine haute tension, le tout dans l’huile qui transporte la chaleur vers les radiateurs. Dans le modèle, un transformateur de 1000 MVA à 80 % de charge perd environ 3,1 MW, soit un rendement d’environ 99,6 %.
14 Isolateurs, faisceaux et flèche Une chaîne de 345 kV de 20 assiettes de verre tient le câble à 2,9 m de l’acier. Quatre conducteurs par phase gardent le champ en surface près de 10 kV/cm, bien en dessous des 21,6 kV/cm où l’effet couronne commence par beau temps. Chauffez le câble à 80 °C et la flèche de la portée de 400 m passe de 10,5 m à environ 13,6 m.
15 765 kV sous la pluie À 765 kV, la chaîne compte 40 assiettes et mesure 5,8 m. La pluie abaisse le seuil de l’effet couronne à environ 14,5 kV/cm, et même six conducteurs par phase donnent 15 kV/cm : la ligne mouillée luit et crépite. C’est pourquoi les lignes à très haute tension portent de gros faisceaux et ronronnent pourtant par temps humide.
16 Du courant continu sous la mer La première liaison de Jeju transporte du 180 kV continu depuis Haenam depuis 1998. Un câble alternatif aussi long dépenserait une grande part de sa capacité à charger sa propre capacité électrique ; dans ce modèle, un câble alternatif de 154 kV est saturé à environ 150 km. À terre, le continu devient rentable ici à partir d’environ 700 km, à cause du coût des stations de conversion.
17 Un défaut, puis un autre Un défaut met hors service la ligne Intérieur–Ville. Sa puissance se reporte sur les autres chemins, la ligne Intérieur–Barrage dépasse sa limite et, environ 18 secondes plus tard, sa protection la fait déclencher. Puis la ligne suivante tombe. Appuyez à temps sur « Délester 10 % », comme le font les exploitants, et la cascade s’arrête.
18 Le tableau électrique de votre maison Chaque circuit a son propre disjoncteur. Allumez ensemble la bouilloire, le micro-ondes, le cuiseur de riz et la friteuse à air chaud : le disjoncteur de cuisine de 20 A déclenche au bout d’un moment. Le disjoncteur différentiel compare le courant qui part au courant qui revient et déclenche à 30 mA. Appuyez sur son bouton de test jaune : il doit tomber aussitôt.
Centrale électrique Salle des turbines, chaufferie et cheminée. Activez « Voir l’intérieur » pour observer la turbine et l’alternateur. Turbine et alternateur Turbine à vapeur et alternateur sur un même arbre. Les repères rouges montrent la rotation, 60 fois plus lente que celle d’une vraie machine bipolaire à 3600 tr/min. Transformateur élévateur Cuve remplie d’huile avec ailettes de refroidissement. Traversées basse tension sur le côté, hautes traversées haute tension sur le dessus. Circuit magnétique et enroulements Cinq grosses spires sur une colonne du circuit magnétique, de nombreuses fines spires sur l’autre. Le rapport du nombre de spires fixe la tension. Pylône de 345 kV Treillis d’acier portant deux circuits triphasés, avec deux câbles de garde au sommet pour capter la foudre. Chaînes d’isolateurs Chaînes d’assiettes en porcelaine qui tiennent les câbles à distance de l’acier. Plus la tension est élevée, plus la chaîne doit être longue. Conducteurs Câbles d’aluminium à âme d’acier. Dans le modèle, ils rougeoient et pendent plus bas à mesure que la chaleur I²R augmente. Transformateur de poste Abaisse 345 kV à 22,9 kV pour les départs de distribution. Disjoncteurs et jeu de barres En cas de défaut, les disjoncteurs ouvrent un départ en une fraction de seconde. Départ de 22,9 kV Trois câbles de phase sur la traverse et un câble neutre en dessous, sur des poteaux en béton. Transformateur sur poteau Branché entre une phase et le neutre : 13,2 kV en entrée, 220 V en sortie. Maison et compteur Le branchement venu du poteau arrive au compteur, sur le mur. Prise Deux trous ronds avec des contacts de terre sur le côté. 220 V à 60 Hz. Centrale à charbon Chaufferie, salle des turbines, cheminée à bandes et dépôt de charbon couvert. Sa turbine à vapeur ajoute une grande masse tournante. Centrale nucléaire Bâtiment de confinement à dôme à côté de la salle des turbines. Elle fonctionne presque toujours près de la pleine puissance. Cycle combiné au gaz Deux turbines à gaz dont les gaz d’échappement chauds produisent de la vapeur dans les chaudières derrière elles, et un réservoir de GNL. Démarrage rapide. Centrale hydroélectrique Barrage voûte, lac, deux conduites forcées et l’usine au pied du barrage. Parc éolien Trois éoliennes. Les rotors tournent, mais les génératrices se raccordent au réseau par des onduleurs : le réseau ne ressent aucune masse tournante. Parc solaire Rangées de panneaux inclinés sur des structures et un onduleur. Aucune pièce mobile. Stockage par batteries Conteneurs de cellules lithium-ion avec convertisseurs de puissance. Ils répondent en une fraction de seconde. Demande heure par heure 24 colonnes, une par heure. Bleu : la demande que le dispatcheur doit satisfaire. Jaune au-dessus : ce que fournit le solaire. Niveau de l’offre Une plaque de verre verte à la hauteur de l’offre du nucléaire, du charbon, de l’hydraulique, des autres centrales et du gaz mis en marche. Ville Ses fenêtres s’allument après le coucher du soleil, quand la demande se déplace vers les logements. Fréquencemètre Aiguille sur un cadran de 58 à 62 Hz. Le vert est la plage normale, de 59,8 à 60,2 Hz ; le rouge est sous 59,0 Hz, où commence le délestage dans le modèle. Groupes en service Groupes turbine-alternateur qui restent connectés. Leurs rotors tiennent la fréquence pendant les premières secondes, puis leurs régulateurs ajoutent de la puissance prélevée sur la réserve. Le groupe qui déclenche Un groupe de 1400 MW, à peu près un grand réacteur nucléaire (valeur du modèle). Appuyez sur « Déclencher un groupe » et il se déconnecte du réseau. Batterie pour la fréquence Elle devient verte pendant la décharge. Dans le modèle, elle atteint sa pleine puissance en 0,2 s environ. Blocs de charge Trois groupes de bâtiments. Chaque palier de sous-fréquence (59,0, 58,8 et 58,6 Hz) en éteint un groupe. Circuit magnétique feuilleté Trois colonnes et deux culasses empilées en fines tôles d’acier, en gradins pour que la section soit presque ronde. Le flux magnétique y circule. Enroulement basse tension La bobine intérieure : quelques spires de cuivre épais où passe le courant intense. Enroulement haute tension La bobine extérieure, un empilement de galettes comptant de nombreuses spires de cuivre plus fin, séparées par du papier isolant. Cuve et conservateur La cuve d’acier, ouverte en coupe à l’avant, et le conservateur au-dessus, qui laisse l’huile se dilater en chauffant. Huile isolante De l’huile minérale remplit la cuve. Elle isole les enroulements et transporte leur chaleur vers les radiateurs. Radiateurs Panneaux minces de chaque côté. L’huile chaude y descend en se refroidissant. Traversées Colonnes de porcelaine qui font sortir les conducteurs par le couvercle : hautes pour la haute tension, courtes pour la basse. Changeur de prises Commute entre les prises de l’enroulement pour ajuster la tension de sortie de quelques pour cent. Pylône et traverse Treillis d’acier galvanisé. La traverse tient une phase bien à l’écart du corps du pylône. Chaîne d’isolateurs Assiettes de verre en chaîne, d’environ 146 mm chacune. Le modèle en utilise 10 pour 154 kV, 20 pour 345 kV et 40 pour 765 kV. Faisceau de conducteurs Plusieurs câbles par phase maintenus à 45 cm les uns des autres par des entretoises (modèle). Plus il y a de câbles, plus le champ à la surface de chacun diminue. Effet couronne Quand le champ à la surface du câble dépasse la rigidité diélectrique de l’air, l’air luit en violet, crépite et gaspille de l’énergie. Stations de conversion Des halls de valves à chaque extrémité transforment l’alternatif en continu et inversement. Un poste alternatif se trouve d’un côté et une inductance de lissage continu de l’autre. Valves Empilements de modules de valves à semi-conducteurs dans les halls. Activez « Voir l’intérieur » pour regarder à travers les murs. Câble sous-marin Conducteur de cuivre, isolant papier, gaine de plomb et armure d’acier, posé au fond de la mer. Le tronçon coupé montre les couches. Île Des éoliennes et une ville. Avec une liaison à double sens, l’île peut importer la nuit et exporter son surplus d’éolien. Centrales électriques Côte (3000 MW), Intérieur (2000 MW) et le barrage (1000 MW). Quand le réseau se scinde, les centrales de chaque morceau se partagent la charge qu’elles peuvent atteindre. Villes Cinq villes et une zone industrielle. Leurs fenêtres s’assombrissent en proportion de la charge qui ne peut pas être desservie. Lignes de transport Douze lignes colorées selon leur charge. Cliquez sur l’une pour la faire déclencher. La puissance se répartit entre les chemins parallèles en proportion inverse de leur réactance (flux de puissance continu). Coffret du tableau Un boîtier métallique dans le mur, avec une porte. Dans une vraie maison, l’intérieur reste derrière un capot. Barres omnibus Une barre de cuivre qui alimente chaque disjoncteur, la barre bleue du neutre et la barre vert-jaune de la terre. Disjoncteurs Disjoncteur de branchement (40 A dans le modèle), disjoncteur différentiel avec bouton de test jaune et cinq disjoncteurs divisionnaires. Cliquez sur un levier déclenché pour le réenclencher. Câblage et terre Les câbles de chaque circuit montent vers les pièces et le fil de terre descend jusqu’à un piquet de cuivre dans le sol. Appareils Cliquez sur l’un d’eux pour l’allumer ou l’éteindre. Un voyant vert indique qu’il est alimenté.
