ARCHITECTURE DES CIRCUITS

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'électricité) 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 transport 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) permettant 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).
Fig. 2 Câble d'alimentation basse tension © ©Amphawan - stock.adobe.
com
IV. Les lignes HT et BT
Les lignes aériennes
Elles sont constituées d'un assemblage de trois
conducteurs supportés par des pylônes.
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.
Fig. 1 Lignes haute tension dans la campagne d'Île-de-France © ©hassan
bensliman - stock.adobe.com
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Architecture des réseaux de distribution électrique
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 maintenance 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'acheminement en milieu urbain d'une ligne souterraine
est moins encombrant et moins sensible aux intempéries 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
b. Boucle ouverte ou « coupure d'artère »
- souterrain
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'alimentation, qui doit être programmée pour minimiser la gêne des utilisateurs.
Fig. 7 Circuit électrique surchargé provoquant un court-circuit ©
©Nightman1965 - stock.adobe.com
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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 distribution en cas de défaillance ou de travaux de maintenance 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-sectionneur 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.
Architecture des réseaux de distribution électrique
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 automatique des sources en cas de défaut afin d'assurer
la continuité de service est un dispositif de commutation des sources onéreux ;
–– temps de maintenance long.
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).
Fig. 10 Permutateur automatique de source d’alimentation © ©franz12 stock.adobe.com
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Fig. 11 Exemple de structure d’un poste de livraison HT/BT © Skill and You
Le transformateur HTA/BT est un transformateur de
distribution triphasé transformant les 20 000 V côté
HT en 400 V entre deux phases côté BT. On ne voit
pas le transformateur sur la Figure 11. Il est placé
derrière les cellules en préfabriqués. Voici à quoi
ressemble ce transformateur.
Fig. 12 Transformateur triphasé (2500 kVA) © teptong - stock.adobe.com Copyright by Matee Nuserm
Remarque :
La cellule de protection HT assurant la protection de
la ligne HT alimentant le transformateur se fait par
fusibles si le courant en ligne côté HTA n'excède pas
45 A (Ampère).
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VII. Conclusion sur
l'architecture des réseaux
de distribution électrique
Les domaines de tensions et l'architecture des réseaux
vus dans ce cours sont essentiels pour comprendre
d'où vient l'énergie dans une installation. Nous ne
pouvons pas approfondir tous les champs : du dimensionnement à l'installation des cellules. En effet, ces
parties nécessitent beaucoup de calculs et de documentations techniques.