Architecture des réseaux de distribution électrique

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Architecture des réseaux de distribution électrique
Architecture des réseaux de distribution
électrique
Objectifs du cours:
- identifier le type de réseau HTA dans un contexte donné;
- décoder le schéma unifilaire d'un poste de distribution;
- comprendre dans les grandes lignes les enjeux futurs du transport de l'énergie électrique au
regard de l'efficacité énergétique et de la continuité de service.
I. Introduction à l'architecture
des réseaux de distribution
électrique
Le réseau électrique français est connu pour être
mondialement le plus fiable. Sur le site de RTE
(Réseau de transport d'électricité), onglet éCO2mix,
vous pouvez consulter la consommation en temps
réel (et sa prévision) de l'énergie électrique en France.
RTE et ENEDIS (réseau de distribution d'électrici-
té) publient en ligne très régulièrement, différents
rapports sur la consommation hivernale, l'état du
réseau, les smart-Grids, la production décentralisée
(énergie renouvelable) d'énergie, etc. Des vidéos
pédagogiques sur les sites Internet de RTE, ENEDIS
ou EDF expliquent clairement la production, le trans-
port et la distribution de l'énergie électrique jusqu'au
consommateur. Je vous invite à visiter ces sites pour
plus de détails.
Les ingénieurs EDF, ENEDIS ou RTE travaillant, entre
autres, dans des centres de dispatching surveillent le
réseau, ajustent la production et la consommation de
l'énergie électrique en permanence en France et dans
les pays voisins parce que le réseau est interconnecté.
En effet, l'électricité ne se stocke pas. Les techniciens
en France veillent à l'infrastructure du réseau. Ils sont
capables d'intervenir sur un site en cas de coupure
locale due à une mauvaise manœuvre ou une avarie
due aux intempéries ou autres.
II. Composition d’un réseau
électrique
Un réseau électrique est composé :
– d'une centrale de production d'énergie électrique
(usine électrique) ;
– de postes sources (station de départ) ;
– de ligne de transport aérien HTB ;
– de sous-station (de transformation HTB/HTA
extérieur) ;
– de ligne de distribution aérienne HTA ;
– de postes de livraisons HTA privés alimentant des
entreprises et du tertiaire (non représentés) ;
– de postes de distribution (transformateur) permet-
tant d'adapter la tension HTA en basse tension
(BT)vers abonné.
III. Domaines de tensions
en alternatif
Ce tableau synthétise les domaines de tension en
alternatif.
Tableau n°1 Domaines de tensions en alternatif
DOMAINE DE TENSION TENSION ALTERNATIVE EFFICACE UTILISATION
HTB U > 50 000 V Transport d’énergie électrique à longue distance et
international.
HTA 1 000 V < U ≤ 50 000 V
Transport d’énergie électrique distant, industries
lourdes, transport ferroviaire (SNCF, RATP).
Transport et distribution d’énergie électrique en local
: industrie, PME, services, commerces.
BT 50 V < U ≤ 1 000 V Utilisation d’énergie électrique : ménages, artisans,
ERP (Établissement recevant du public), etc.

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Remarque :
Ici, on donne les domaines de tensions en courant
alternatif mais je vous invite à vous documenter sur
les domaines de tensions en courant continu qui
sontaussiimportants notamment pour l'alimentation
des rames de métro parisien. RTE a installé et travaille
toujours sur les lignes HVDC (High voltage direct
current). Les câbles à courant continu haute tension
sont utilisés pour transporter l'énergie électrique à
très haute tension (>800000V) sur de très longues
(plus de 200km) ou moyennes distances avec un
minimum de pertes sans consommer de puissance
réactive pour le réseau d'interconnexion assurant le
transit de l'énergie électrique à nos voisins européens.
Ces câbles HVDC sont essentiellement sous-marins
(liaison France/Royaume-Uni).
IV. Les lignes HT et BT
Les lignes aériennes
Elles sont constituées d'un assemblage de trois
conducteurs supportés par des pylônes.
Fig. 1 Lignes haute tension dans la campagne d'Île-de-France © ©hassan
bensliman - stock.adobe.com
Fig. 2 Câble d'alimentation basse tension © ©Amphawan - stock.adobe.
com
Fig. 3 Maintenance d'une ligne électrique à très haute tension © Didier
Doceux - stock.adobe.com - tous droits reserves
Les pylônes portent différents types de noms comme :
«Trianon (arrêt nappe)», «Beaubourg (double
drapeau)», «Muguet», «treillis», etc.

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Fig. 4 Types de pylônes à très haute tension © Adobe stock
Les lignes HT doivent être à plus de 6mètres du sol.
Les lignes souterraines
Ces lignes sont constituées de câbles protégés par un
fourreau enfoui dans le sol.
Sur les lignes 225000V, on réalise des tronçons dont
la longueur va jusqu'à 15km.
Pour les lignes 90 000et 63 000V, les tronçons les
plus longs mesurent jusqu'à 30km.
Il faut noter que le coût d'installation et de mainte-
nance d'un câble souterrain est plus élevé que celui
d'une ligne aérienne; le temps de réparation sur un
tronçon défectueux est plus long. Néanmoins, l'ache-
minement en milieu urbain d'une ligne souterraine
est moins encombrant et moins sensible aux intem-
péries que celui d'une ligne aérienne.
Fig. 5 Câble électrique haute tension souterrain © ©Snap2Art - stock.
adobe.com
Les fabricants et fournisseurs de câbles tels que
Nexans par exemple sont spécialisés dans ce
domaine. La fabrication et la qualité des câbles
doivent respecter la norme NFC33-226. L'âme des
conducteurs des câbles souterrains est généralement
en aluminium mais peut-être aussi en cuivre. Les trois
conducteurs de phases sont assemblés en torsade.

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V. Structure générale des
réseaux de distribution
a. Simple dérivation ou «antenne» - aérien
Fig. 6 Réseau en simple dérivation ou « antenne » - aérien © Skill and You
C'est la structure la plus économique. On la trouve
en zone rurale.
Inconvénients :
– toute défaillance du matériel se traduit par une
rupture de l'alimentation sur tout ou partie de
l'installation;
– toute maintenance nécessitant un travail hors
tension implique également une coupure d'ali-
mentation, qui doit être programmée pour mini-
miser la gêne des utilisateurs.
Fig. 7 Circuit électrique surchargé provoquant un court-circuit ©
©Nightman1965 - stock.adobe.com
b. Boucle ouverte ou «coupure d'artère»
- souterrain
Fig. 8 Réseau en boucle ouverte ou « coupure d’artère » - souterrain © Skill
and You
Elle permet d'assurer la continuité de l'alimentation
(continuité de service) de tous les points de distribu-
tion en cas de défaillance ou de travaux de mainte-
nance sur un tronçon défectueux. En effet, en cas
de défaillance ou de travaux de maintenance sur un
tronçon défectueux, on isole la partie problématique
en ouvrant les interrupteurs-sectionneurs de part et
d'autre du défaut puis on ferme l'interrupteur-sec-
tionneur initialement ouvert afin que chaque point
de livraison BT soit alimenté par les deux arrivées HT.
Inconvénients :
– undispositif coûteux ;
– untemps de maintenance long parce que les points
de livraison peuvent se situer à plusieurs kilomètres
entre eux.

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c. Double dérivation - souterrain
Fig. 9 Réseau en double dérivation - souterrain © Skill and You
Elle permet d'augmenter la continuité d'alimentation
de tous les points de distribution en cas de défaillance
d'un appareillage ou de travaux de maintenance sur
un tronçon défectueux.
Inconvénients :
– le PASA (Permutateur automatique de source
d'alimentation) qui permet la commutation auto-
matique des sources en cas de défaut afin d'assurer
la continuité de service est un dispositif de commu-
tation des sources onéreux ;
– temps de maintenance long.
Fig. 10 Permutateur automatique de source d’alimentation © ©franz12 -
stock.adobe.com
VI. Structure des postes
de distribution
L'alimentation des postes de distribution varie selon
qu'il s'agit d'un poste de répartition ou de livraison
et, dans ce dernier cas, selon le type de schéma de
raccordement au réseau HTA (coupure d'artère,
simple dérivation, double dérivation). Dès que la
puissance demandée atteint 50kVA, les entreprises
industrielles ou tertiaires sont alimentées en haute
tension 20kV (HTA). L'étendue de leur site les amène
généralement à réaliser un réseau interne HTA.
Remarque :
Les plus gros consommateurs d'énergie électrique
(SNCF, sidérurgie…) sont alimentés à des tensions
supérieures à 20kV (90kV ou plus ; on entre dans le
domaine HTB).