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1.
Réseau à haute tension
Le transport de l’énergie se fait via un réseau de transport électrique en partant d’une centrale jusqu’aux
consommateurs. Ce transport s’effectue par des lignes à haute tension. Ces lignes à haute tension permettent de
transporter de l’énergie électrique sur de longues distances (plusieurs centaines de kilomètres). Ces lignes se
décomposent en trois catégories :
a)
Les réseaux de transport :
Les réseaux de transport sont à « très haute tension » (150 à 800 kV). Leur but est de réduire les chutes de
tensions en lignes, les pertes en lignes et d’améliorer la stabilité des réseaux.
i.
Pertes de tension en lignes et pertes de puissance en lignes.
Les pertes de puissance en lignes sont dues principalement par l’effet joule. Ces pertes ne
dépendent que de deux paramètres : la résistance et le courant
P=RI2 (en France, ces pertes sont estimé à 2,5% de la consommation globale, soit 13TWh par
an).
La résistance des lignes à haute tension n'est influencée que par la résistivité des matériaux et de
la section des câbles, il est plus facile de modifier le courant transporté en augmentant la tension
des lignes, à puissance équivalente. De plus, la diminution de l’intensité permet de réduire les
chutes de tensions en lignes car plus le courant appelé est important et plus la tension à
l’extrémité de la ligne diminue.
ii.
Stabilité des réseaux.
Il existe deux types de stabilité de réseaux :
-La stabilité en fréquence.
-La stabilité en tension.
Les réseaux de transport transportent de grandes puissances et doivent donc être interconnectés,
afin de n’avoir aucune coupure du réseau en cas de défaillance. Il faut donc constamment les
contrôler. Le réseau étant alimenté par plusieurs générateurs, il faut donc contrôler constamment
la fréquence des réseaux car la perte d’un générateur provoquerait une baisse de fréquence. Ainsi,
le contrôle de la tension permet de ne pas provoquer une destruction prématurée du matériel avec
une tension élevée. Une tension trop faible entrainerait une augmentation du courant, donc une
augmentation des pertes Joule avec des risques de surintensité et de destruction du matériel.
2.
b)
Les réseaux de répartitions :
Ce sont des réseaux à « haute tension » (30 à 150 kV). Ils sont destinés à assurer la distribution
d’électricité à l’échelle régionale. L’énergie y est injectée principalement par les réseaux de transport via
des transformateurs, mais aussi par des centrales électriques de moyenne puissance (environ 100 MW).
c)
Les réseaux de distribution :
Ils ont pour but d’alimenter l’ensemble des consommateurs.
Poste électrique
Tous ces réseaux sont reliés entre eux par des postes électriques. On distingue quatre types de poste électrique :
-Les postes de sortie de centrale qui servent à relier les centrales au réseau.
-Les postes d’interconnexions qui servent à interconnecter plusieurs lignes électriques.
-Les postes élévateurs qui servent à augmenter la tension à l’aide de transformateur.
-Les postes de distribution qui diminuent le niveau de tension afin de le distribuer aux consommateurs.
(L’implantation de ces postes électriques posent deux problème qui ne peuvent être résolus ou difficilement : le bruit et
l’esthétisme.)
Les éléments d’un poste se distinguent en deux parties :
-Les éléments primaires qui sont l’équipement haute-tension.
- Les éléments secondaires qui sont les équipements basse tension. (Non-traité).
Les éléments primaires regroupent des transformateurs, des disjoncteurs, des sectionneurs, des jeu de barre et des
batteries de condensateurs.
a)
b)
Transformateurs :
Les transformateurs utilisés dans les postes électriques sont de quatre types :
-Les transformateurs électriques. Ces transformateurs permettent de convertir les valeurs de tensions et de
courants délivrés par le réseau en un système de tensions et de courants de valeurs différentes.
-Les transformateurs de courant. Ces transformateurs permettent de mesurer la valeur du courant traversant le
réseau. En général, ces transformateurs sont composés d’un faible nombre de spires au primaire et beaucoup au
secondaire, ce qui permet d’avoir des rapports de transformation élevés (par exemple 400A/1A). Grâce à ces
transformateurs, il n’est pas nécessaire d’utiliser des appareils de mesures calibrés pour de fortes intensités.
-Les transformateurs de tension. Tout comme le transformateur de courant, les transformateurs de tension
permettent de mesurer la valeur de la tension du réseau grâce à un rapport de transformation élevé. (exemple :
400kV/100V). Il existe trois technologies afin de créer un transformateur de tension. La technologie
« transformateur inductif » de tension : il s'agit en fait d'un transformateur assez classique, mais prévu pour ne
délivrer qu'une très faible puissance au secondaire. La technologie transformateur capacitif de tension, qui
fonctionne sur le principe du pont capacitif diviseur de tension associé à un transformateur classique et une
impédance pour réduire l'impédance de sortie du dispositif. La dernière technologie utilisé est la technologie
optique qui est basé sur l’effet Pockels (cette effet entraine la création de cellule de Pockels grâce à un champ
magnétique parcourant un cristal non symétrique tel que la niobiate de lithium. Ces cellules se comportent ensuite
comme des condensateurs).
-Les autotransformateurs ont la même fonction que les transformateurs électriques standards. La différence
provient du fait qu’il n’y a pas d’isolation entre le primaire et le secondaire. Le courant alimentant le
transformateur parcours la totalité du primaire et une dérivation en un point donné qui détermine la sortie du
secondaire.
Disjoncteurs à haute tension :
Les disjoncteurs à haute tension sont destinés à établir, supporter ou interrompre sous sa tension assignée dans des
conditions normales (connecter ou déconnecter une ligne au réseau) et dans des conditions anormale (court-circuit
ou la foudre). Le disjoncteur est le seul appareil à pouvoir couper un courant de court-circuit, il est donc l’élément
de protection principale de tout réseau à haute tension. Le principe de fonctionnement d’un disjoncteur est de
séparer des contacts dans un gaz (air, SF6,…) ou un milieu isolant (huile, ou vide) {En règle général, on utilise des
disjoncteurs à gaz pour les tensions de 72,5kV à 800kV}. Le courant continue à circuler entre les contacts grâce à
un arc électrique. Le pouvoir de coupure des disjoncteurs à haute tension est compris entre 25kA et 63kA en
général.
c)
Sectionneur à haute tension :
La fonction principale d’un sectionneur est de pouvoir isoler un élément du réseau électrique afin qu’un opérateur
puisse effectuer une opération de maintenance sans risque de choc électrique. Les sectionneurs doivent posséder
une isolation entre leurs bornes garantissant une isolation même en cas de surtension, ils doivent pouvoir être
cadenasser et leur position doit pouvoir être identifiée de façon claire. Ils doivent aussi pouvoir supporter des
courant de court-circuit entre 25kA et 63kA.
d)
Jeu de barre :
Les jeu de barre sont généralement des barres plates ou des tubes creux en cuivre ou en aluminium (les plus grand
jeu de barre peuvent atteindre un diamètre de 120mm et une section de 1000mm²). En haute tension, les jeu de
barre peuvent être « posés » sur des isolants, dans ce cas se sont des tubes. Ils peuvent être « tendus », c'est-à-dire
que les jeu de barre sont flexibles et suspendus par des chaînes isolantes à des structures métalliques. Les jeu de
barre permettent de relier les différents composants d’un poste électrique, ce qui les rend très important mais aussi
très fragiles. En effet, si un jeu de barre est soumis à un court-circuit, c’est le poste entier qui est mis hors tension.
Généralement, plusieurs jeu de barre connectés en parallèle permettent d’empêcher ce problème et permet de faire
la maintenance d’un jeu de barre sans mettre le poste entier hors tension.