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1- SYSTEMES DE PRODUCTION DE TRANSPORT ET DE
DISTRIBUTION
1-1 Economie générale du système
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Electrotechnique
Transport de l’énergie électrique
Objectif : Comprendre les moyens de transport de l’électricité en insistant sur les ordres de
grandeur des puissances produites et transportées et des différents paramètres électriques.
1. INTRODUCTION :
Chaque fois qu’on allume une lampe électrique, il faut simultanément produire
et transporter l’énergie au lieu d’utilisation : l’électricité ne peut pas se stocker.
L’une des raisons principales du succès de l’électricité tient à ce qu’elle est
facilement transportable.
En effet, Les centrales qui produisent de l’énergie électrique sont implantées
selon des conditions :
-
Géographique (centrales hydrauliques)
D’approvisionnement du combustible (centrales thermiques…)
D’alimentation en eau de refroidissement (centrales thermiques …)
Quant aux consommateurs d’énergie, ils sont répartis sur tout le territoire et
souvent éloignés des grands centres de production d’énergie. Ce qui impose le
transport de l’énergie électrique.
2. LE TRANSPORT DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Le Réseau de Transport d’Electricité est géré par une entité indépendante
d’EDF.
Le gestionnaire du Réseau de Transport d’Electricité (RTE) exploite, entretient
et développe le réseau public de transport d’électricité haute tension (90 000 Volts et
63 000 Volts) et très haute tension (400 000 Volts et 225 000 Volts).
Ce réseau est situé en amont des réseaux publics de distribution (20 000 Volts, 400
Volts et 230 Volts), qui relèvent des gestionnaires de réseaux de distribution (GRD).
Le Réseau de Transport d’Electricité est garant de l’ajustement à tout moment
de la production à la consommation, de la sûreté de fonctionnement du système
électrique, de l’entretien et de l’ingénierie du développement du réseau public de
transport d’électricité.
Le RTE met le réseau au service des clients qui l'utilisent, moyennant la
perception d'une rétribution calculée sur la base des tarifs d'accès.
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Transport de l’énergie électrique
Le réseau de RTE transporte le courant électrique par des liaisons de différentes
tensions : 400 000 volts, 225 000 volts, 150 000 volts, 90 000 volts et 63 000 volts. Ces
liaisons aboutissent à des postes équipés de transformateurs permettant à l'énergie
électrique de transiter entre les différents niveaux de tension.
Les réseaux de transport
- Relie les centrales entre elles
- Interconnexion entre les pays
Autoroute à énergie
d’Europe
HTB 400 kV
Route régionale
express
HTB 225 KV
- Dessert les régions
- Répartit les puissances au
niveau régional.
- Dessert les consommateurs
Route
de moyennes puissances
départementale
- Connecte les postes de
HTB 63 KV et 90kV
distribution
Les clients
Ces réseaux concernent peu de clients
- Puissances distribuées supérieures à
1000 MW.
- 600 grands clients industriels comme
la SNCF, la RATP, ou les industries
chimiques, sidérurgique et
métallurgiques.
- Ces réseaux ne concernent que les
clients gros consommateurs
- P  100 MW
- P  40 MW
- grosses industries (laminage, chimie)
- postes sources EDF.
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Transport de l’énergie électrique
Nécessité de la très haute tension :
L’un des grands intérêts de l’énergie électrique est de se transporter seule ;
toutefois, une partie de l’énergie transportée se dissipe en chaleur, par effet Joule,
dans la résistance de la ligne.
Notions d’électrotechnique :
Expression de la puissance électrique fournie par un alternateur :
S = UI3
En triphasé :
avec S : puissance apparente en
Volts Ampères (VA)
U : Tension en volts (V)
I : Intensité en ampères (A)
Pj = rt x I2
Expression des pertes en ligne :
avec Pj : pertes par effet joule en ligne
en watts (W)
rt : Résistance de la ligne en ohms ()
I : Intensité en ligne en ampères (A)
En triphasé, les pertes en ligne sont à multiplier par 3 pour tenir compte des
trois conducteurs :
Pj = 3 x rt x I2
En remplaçant I par sa valeur :
on obtient : Pj
I =S/(U3)
= 3 x rt
x (S/U3)² soit
Pj = rt x S²/U²
avec S : puissance à transporter
U : tension au départ de la ligne
Conclusion :
Les pertes en lignes sont inversement proportionnelles au
carré de la tension … Une solution simple pour réduire les pertes
est donc d’élever la tension d’où l’utilisation de la Haute Tension.
Tableau des résistances linéiques des conducteurs en cuivre nus.
Section (en mm2)
120
185
300
500
800
Résistance (en /km)
0,153
0,0991
0,0601
0,0366
0,0221
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3. L’INTERCONNEXION :
L’interconnexion permet :
-
Des échanges d’énergie entre les régions.
En cas de défaut sur une ligne, ou dans une centrale, l’alimentation
par une autre ligne.
Des échanges vers les pays voisins.
L’énergie électrique n’étant pas stockable, il faut une adéquation
permanente entre la production et la consommation. Le transport a une double
obligation : acheminer l’énergie aux niveaux régional et collecter l’énergie
produite par les différentes centrales.
Cette double obligation impose l’interconnexion, c’est à dire l’installation
d’une sorte de maille à l’échelle de la France, sur laquelle se raccordent les
lignes qui amènent le courant et celles qui le distribuent.
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Les postes d’interconnexion
Les postes d’interconnexion assurent la continuité ou la coupure aux différents
nœuds de l’interconnexion.
Certains postes regroupent également des transformateurs permettant le
passage entre les paliers de tension (par exemple 225 kV/400 kV)
L’ouverture ou la fermeture d’un circuit est effectuée par un disjoncteur
télécommandé de grande puissance (plusieurs milliers de kA) avec soufflage de l'arc.
Ces deux autotransformateurs triphasés équipent le poste d’interconnexion de Villevaudé (région
parisienne). D’une puissance unitaire de 300 000 kVA, ils assurent la liaison entre les réseaux de tension
225 kV et 400 kV.
3 transformateurs triphasés équipent l’un des postes de Cholet (rond point de la Séguinière) , 5 lignes
d’arrivée 225 kV.
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4. SURVEILLANCE DU RESEAU:
(l’aiguillage de l’électricité)
Il faut qu’à chaque instant la puissance demandée par 25 millions
d’abonnés soit égale à la puissance fournie.
C’est la demande de la clientèle qui commande la production des
centrales. Pour cela, EDF doit tenir compte des positions respectives des
centrales et des lieux de consommation d’énergie, ainsi que des moyens de
transport du réseau d’énergie.
Dispatchings
Les dispatchings travaillent sur des prévisions annuelles, hebdomadaires
et journalières. Ils établissent, à partir des consommations de l’année
précédente, la courbe de charge prévisionnelle, heure par heure, pour le
lendemain. Cette gestion d’énergie est effectuée par un ordinateur central qui
communique avec des terminaux régionaux afin d’optimiser en permanence
l’exploitation du réseau national.
Le centre national de coordination est installé à Paris et sept centres
régionaux situés à Paris, Lille, Nancy, Lyon, Marseille, Toulouse et Nantes
permettent de gérer les mouvements d’énergie 24 Heures sur 24.
Les dispatchings assurent les fonctions suivantes :
-
établissement des programmes de production des centrales ;
contrôle des échanges avec les fournisseurs d’énergie autre que
l’EDF.
Surveillance et commande de fonctionnement du réseau dans les
limites géographiques de leur responsabilité ;
Transmission des informations de démarrage ou d’arrêt des
Centrales.
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5. LONGUEUR DES LIGNES :
La longueur totale des circuits est de 99 542 km. La répartition de ces longueurs
(exprimées en km), par niveau de tension, est la suivante :
Longueur (km) des circuits
400 kV
225 kV
150 kV
90 kV
63 kV
Total
Aérien
21 006
25 416
1 064
15 063
33 772
96 321
2
903
1
391
1 924
3 221
21 008
26 319
1 065
15 454
35 696
99 542
Souterrain
Total
(donnée en 2005)
Le réseau de RTE est interconnecté avec les 9 réseaux électriques de nos
voisins européens. Le nombre des liaisons d'échange, par pays et par niveau de
tension, est le suivant :
Nombre de
270kV
400 kV
liaisons
CC *
Allemagne
4
Andorre
Belgique
2
Grande
4
Bretagne*
Espagne
2
Italie
3
Jersey
Luxembourg
Suisse
5
Total
4
16
* liaisons à courant continu
225 kV
150 kV
90 kV
63 kV
Total
2
6
1
6
2
1
2
4
2
1
2
1
2
6
13
1
4
2
1
2
6
6
5
2
1
14
45
Les centrales de production d'électricité raccordées au réseau de RTE
représentent une puissance maximale de 110 760 méga watts, avec 86 460 méga
watts d'origine thermique (fuel, gaz, charbon, et nucléaire) et 24 300 méga watts
d'origine hydraulique.
Celui-ci permet également aux consommateurs éligibles français de
s'alimenter auprès des autres producteurs européens. Ce réseau permet aussi
d'évacuer de la puissance produite en France vers d'autres pays.
Il permet enfin de faire transiter l'électricité entre les pays limitrophes.
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Constitution et implantation des lignes électriques.
-
les lignes aériennes
Les lignes aériennes sont tracées à partir de
bandes de 100 m de largueur au sol mais leur
emprise au sol est de 70 à 80 m2 tous les 500 m
à chaque support. Le support est un poteau
béton par exemple jusqu’à 63 kV et un pylône à
plusieurs circuits pour les tensions supérieures.
Ils appartiennent à différents types (Beaubourg,
Trianon, Chat et Muguet). Ces lignes peuvent
comporter deux circuits triphasés (deux ternes)
et 2 câbles de garde placés au-dessus jouant le
rôle de parafoudre.
Pylône « Muguet » ligne 400 kV et
225 kV
Hauteur : 54 m en 400 kV
Hauteur : 42 m en 225 kV
Poteau béton
Pylône type « Trianon » 2 circuits 400kV
Hauteur : 31 à 43,5 m
Pylône « Beaubourg » ligne 400 kV
entre Cordemais et la martyre
Hauteur : 37 à 61 m
Pylône « Chat » ligne 225 kV
Hauteur : 35 m
Chaque conducteur de ligne est constitué de 1 ou 2
câbles associés suspendus à l’isolateur. Le câble
est toronné (cuivre ou aluminium) sur une âme
d’acier porteuse. L’isolateur est une chaîne de 14 à
19 éléments de 25 cm de diamètre dont la charge
de rupture peut atteindre 15 tonnes.
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Les lignes souterraines
Les problèmes d’esthétique pourraient être résolus avec les lignes
souterraines, malheureusement elles présentent de nombreux inconvénients :
-
Pour un transport à 400 kV
Il est techniquement très complexe et très coûteux d’enfouir les lignes 400 kV :



L'enfouissement entraîne une déperdition de l'énergie transportée. Pour y
remédier, il faudrait construire tous les 15 à 20 kilomètres des postes
compensant cette perte d'énergie, qui couvriraient chacun une superficie de
plusieurs hectares.
Pour obtenir l’équivalent d’une ligne aérienne 400 000 volts, plusieurs câbles
en parallèle seraient nécessaires, soit la largeur d’une véritable autoroute
électrique de 20 mètres de large dont le coût serait de 10 à 20 fois supérieur à
celui d’une ligne aérienne, selon que l'on envisage les techniques futures ou
actuelles d'enfouissement.
En cas d’incident majeur, la détection, l’identification et surtout la réparation
sur des câbles souterrains est beaucoup plus complexe.
-
Pour un transport en 225 kV, 90 et 63 kV :
L’enfouissement est techniquement maîtrisé et mis en œuvre :


Pour les lignes 225 kV, on réalise des tronçons dont la longueur va jusqu'à 15
km.
Pour la HTA (90 et 63 kV), les tronçons les plus longs mesurent jusqu'à 30
km.
Cependant, la généralisation d’une telle solution n’est pas envisageable. En effet, les
contraintes économiques sont lourdes et la nature du sol ne le permet pas toujours.
De plus, il faudrait créer des stations de compensation tous les 25 à 30 km pour les
lignes 225 kV et tous les 50 à 70 km pour la HTA (90 et 63 kV), ce qui nécessiterait
une emprise au sol conséquente. Enfin, la mise en souterrain entraîne des
interventions plus longues et plus contraignantes en cas d’incident.
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6. PERTURBATIONS ET PROTECTIONS.
Les lignes de transport d’énergie peuvent être soumises à deux types de
perturbations :
-
Les surintensités
Les surtensions
6-1 Les surintensités
Il existe deux causes de surintensités.
a. Les surcharges
Lorsque l’intensité transportée dépasse la valeur nominale pour laquelle
la ligne est conçue, on dit qu’il y a surcharge. Cela peut se produire
lorsque la consommation est trop importante ; dans ce cas il faut
délester en coupant des départs alimentés par celle-ci.
b. Les courts-circuits.
Un court-circuit est un bouclage accidentel de deux conducteurs (fil
tombé à terre, branche d’arbre tombée sur la ligne, …) entre le
récepteur et la source. L’intensité du courant n’est limitée que par la
résistance de la ligne. La valeur du courant de court-circuit est très
grande : elle s’exprime en kiloampères (kA).
Les lignes sont protégées par des disjoncteurs ou des fusibles qui
coupent la ou les lignes en défaut.
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6-2 Les surtensions
Sur les lignes aériennes, elles sont surtout dues à des coups de foudre. On les appelle
surtensions d’origine atmosphérique. Une onde de choc est créée, produisant une
surtension locale de 0,004 à 0,005 seconde qui peut atteindre 5 millions de volts et qui
se propage à 300 000 km/s, entraînant le claquage de tous les isolants.
Les lignes
aériennes sont protégées par des parafoudres qui évacuent les
surtensions à la terre.
Parafoudre
TCM : Transformateur de mesure
courant et Tension
Arrivée du 90kV en souterrain
A RETENIR
-
Le transport de l’énergie électrique permet de relier le plus
économiquement possible l’utilisateur de l’électricité avec les
centrales de production.
-
La très haute tension (HTB) est utilisée pour diminuer les pertes
d’énergie dans les lignes. Les pertes en ligne sont inversement
proportionnelles au carré de la tension. Les tensions
employées sont 400 kV, 225 kV, 90 kV, 63 kV
-
L’interconnexion des lignes est nécessaire pour assurer la
continuité de service, les échanges entre régions et avec les
pays voisins.
-
A chaque instant, la puissance produite doit être égale à la
puissance consommée, car l’électricité ne se stocke pas. Pour
équilibrer en permanence la demande avec la fourniture, les
dispatchings établissent les programmes de fonctionnement des
centrales et surveillent la charge des lignes.
-
Les principales perturbations sont dues aux surcharges et surtout
aux coups de foudre. Dans ce cas, on installe des parafoudres
aux extrémités des lignes.