Cours Production Transport et Distributi

Lycée Qualifiant Technique Settat
Centre de Brevet de Technicien Supérieur
1er Année ESA
Cours : Production-Transport
et Distribution de L’énergie Electrique
Prof Mr : MAHFOUDI
Année scolaire 2013 / 2014
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Production d’énergie électrique
L’alimentation en énergie électrique comporte plusieurs étapes : production, transport, distribution et
utilisation de l’énergie.
L’énergie électrique est une énergie secondaire, elle est produite à partir d’énergies primaires (eau, vent,
soleil, pétrole, uranium).
I. Topologie du réseau national
On appelle réseau électrique l'ensemble des infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des
centrales de productio, vers les consommateurs d'électricité. A la sortie de la centrale, un premier poste de
transformation (élévateur) augmente la tension à 400 ou 800 KV. Ceci permet de minimiser les pertes
d’énergie pendant le transport. Près du point de livraison, un deuxième poste de transformation (abaisseur) fait
l’opération inverse: il abaisse la tension pour la mettre aux normes du réseau domestique ou industriel.
Pour satisfaire sa mission de service public, ONE se
doit de garantir une électricité de qualité à l'ensemble
de ses clients, tous les jours de l'année et en tout point
du territoire.
II. Types de centrale
Une centrale électrique fonctionne grâce à :
 un réservoir d’énergie dite primaire qui sera transformée en énergie mécanique,
 une turbine qui possède de l’énergie mécanique du fait de son mouvement de rotation (sauf
centrale éolienne),
 un alternateur qui convertit l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique.
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III. Centrale hydraulique
Dans les centrales hydrauliques, un courant d'eau (énergie cinétique) actionne les turbines. Pour capter la
force motrice de l'eau, on utilise soit la hauteur des chutes d'eau, soit le débit des fleuves et des rivières.
On classe les centrales hydrauliques en trois
catégories :
a- Les centrales de hautes chutes : elles sont caractérisées par une forte hauteur de chute h>200m. L'usine
est toujours située à une distance importante de la prise d'eau parfois plusieurs kilomètres.
Turbine utilisée : turbine Pelton
b- Les centrales moyennes chutes : elle sont caractérisées par une hauteur de chute comprise entre 30 et
200 m. L'usine se situe généralement au pied du barrage. Ce sont souvent des usines de retenues Turbine
utilisée : turbine Francis
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c- Les centrales hydrauliques basses chutes (ou au fil de l'eau) : elles sont caractérisées par un débit
très important mais avec une faible hauteur de chute. Turbine utilisée : turbine Kaplan
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IV. Centrale thermique classique
Dans les centrales thermiques : La chaleur produite dans la chaudière par la combustion du charbon,
gaz ou autre, vaporise de l'eau. Cette vapeur d'eau est alors transportée sous haute pression et sous haute
température vers une turbine. Sous la pression, les pales de la turbine se mettent à tourner. L'énergie
thermique est donc transformée en énergie mécanique. Celle-ci sera, par la suite, transformée à son tour en
énergie électrique via un alternateur. A la sortie de la turbine, la vapeur est retransformée en eau
(condensation) au contact de parois froides pour être renvoyée dans la chaudière où le cycle recommence.
V. Centrale thermique nucléaire
A l'intérieur du réacteur, l'uranium 235 est le siège d'une réaction nucléaire qui produit une grande quantité de
chaleur. Cette chaleur est continuellement évacuée hors du réacteur vers un échangeur de chaleur, grâce à un
fluide dit caloporteur. L'échangeur transfère la chaleur qui lui vient du réacteur à un circuit eau- vapeur
analogue à celui d'une centrale thermique classique. La vapeur produite sous forte pression entraîne une
turbine couplée à un alternateur, puis se condense dans un condenseur et est ensuite réinjectée dans
l'échangeur.
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Une simple pastille de combustible nucléaire peut alimenter une maison de taille moyenne pendant six
semaines.
Les réacteurs nucléaires de l’Ontario utilisent des pastilles de combustible faites d’uranium naturel extrait au
Canada même. Ces pastilles sont insérées dans des tubes en alliage de zirconium, métal spécial extrêmement
résistant à la corrosion, d’environ 50 cm de longueur. Ces tubes sont ensuite fermés par soudage et regroupés
dans ce qu’on appelle une GRAPPE DE COMBUSTIBLE. Une seule de ces grappes de 50 cm peut produire
assez d’énergie pour alimenter 100 maisons pendant un an.
VI. Classement des sources d’énergie
Répartition de la production par source d’énergie Maroc 2012 :
Transport et distribution d’énergie électrique
I. Introduction
Pour être acheminée depuis les centres de production vers les consommateurs, l’électricité emprunte des
chemins successifs qui sont « comparables au réseau routier. »
Les différentes étapes de l’alimentation électrique sont :
 La production.
 Le réseau de grand transport.
 Le réseau de répartition.
 Les réseaux de distribution.
II. Différentes tensions
Les générateurs des centrales électriques fournissent généralement une tension comprise entre 5 et 20 kV.
Cette tension est élevée à une valeur de 400 kV afin d’être transportée vers les centrales de répartition
(dispatching) puis vers les lieux d’utilisation par les réseaux de transport et de distribution de l’énergie
électrique.
Tension
alternative
Ancienne dénomination
Type de ligne
Très Haute Tension
(THT)
400kV ou 225kV
Haute Tension
(HT)
90kV ou 63kV
Basse Tension (BT)
30kV, 20kV ou 15kV
400V, 230V
Tension
alternative
Nouvelle dénomination
Haute Tension B
(HTB)
Haute Tension A
(HTA)
Basse Tension B
Moyenne Tension
(MT)
Domaine
(BTB)
>50 000V
1kV <U< 50kV
500<U<1000
Basse Tension A
(BTA)
50<U<500V
Usage
Transport d’énergie
électrique à longue distance
et international
Transport d’énergie
électrique distant, industries
lourdes, transport ferroviaire
Transport et distribution
d’énergie électrique en
:
industries,
local
services, commerces
Distribution d’énergie
électrique : ménages, artisans
Le réseau national possède deux types de ligne :
 Les lignes de transport : tension supérieure à 20 kV
 Les lignes de distribution : tension inférieure à 20kV
III. Réseau national
Le réseau national est organisé en trois niveaux
III.1. Réseau de grand transport et d’interconnexion
Son rôle est de transporter l’électricité des principaux centres de production jusqu’aux zones de
consommation. Il permet aussi les échanges d’énergie avec les pays voisins. Pour assurer les transits sur
de telles distances, la Très Haute Tension (THT) est nécessaire afin de minimiser les pertes.
III.2. Réseau de répartition
A proximité des zones de consommation des postes de transformation abaissent la tension. Ce sont les
points de départ du réseau de répartition qui achemine un courant à Haute Tension (HT) vers les centres
distributeurs et les grands clients industriels. Il assure le transport régional et la répartition proprement dite.
III.3. Réseau de distribution
C’est au réseau de distribution qui amène l’électricité au client final (petites et moyenne industries,
particuliers) en moyenne tension (MT) puis en basse tension (BT).
III.4. Schéma général de la production, du transport et de la distribution.
PRODUCTION
Centrale
hydraulique
TRANSPORT
DISTRIBUTION
Sidérurgie
ONCF
Mines
400 kV
Poste d'interconnexion
Centrale
thermique
Livraison en
HTA (20 kV)
20 kV
Centrale
nucléaire
HTB / HTA
Transformateur 400 kV / 225 kV
400 kV
Transformation
HTA/BT
Réseau BT 230 / 400 V
IV. Transport en haute tension
Le réseau électrique national s'étend sur des milliers de kilomètres de lignes électriques. Ces lignes sont
constituées de câbles métalliques très longs qui sont des conducteurs électriques imparfaits. Ainsi, lorsque
des courants électriques de forte intensité traversent ces câbles, une partie de l'énergie transportée est
transformée en chaleur par effet joule et donc perdue. Afin de limiter ces pertes d'énergie, il est nécessaire
de diminuer l'intensité du courant donc d'augmenter la tension aux bornes de la ligne
L’énergie produite par les différents sites de production doit être acheminée sur tout le territoire. Cet
acheminement est réalisé par des lignes aériennes ou souterraines.
IV.1. Lignes aériennes
A haute et très haute tension, les lignes de transport sont aériennes dans leur grande majorité. Elles sont
constituées de conducteurs nus en alliage d’aluminium et de supports (pylônes). Leur diamètre augmente
avec la puissance à transporter.
Tension kV
225
400
Distance entre phases (m)
6
10
Distance du sol (m)
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Elles sont composées de câbles; elles transportent essentiellement du courant alternatif triphasé. On
regroupe en général deux circuits sur une seule ligne
IV.2. Lignes Souterraines
Les liaisons souterraines nécessitent des câbles de fabrication plus complexe. Ils sont constitués d’une
partie conductrice centrale en cuivre ou en aluminium, l’âme du câble, entourée d’une gaine isolante en
matière synthétique.
En MT, ces câbles sont enterrés dans de simples tranchées. En HT et THT, c’est un peu plus compliqué.
Toutefois le recours aux liaisons souterraines entraîne un coût d’investissement qui est 3 à 5 fois
supérieur à l’aérien en HT et 5 à 7 fois en THT.
V. Mouvements d’énergie
Il faut qu'à chaque instant la puissance demandée par les abonnés soit égale à la puissance fournie par
ONE. Il faut aussi à chaque instant que l'énergie livrée soit :
- à une fréquence fixe,
- à une tension fixe,
- à une puissance variable
V.1. Variation de la demande d'énergie
Au cours d’une journée de 24 heures, la consommation d’électricité suit l’activité du pays. Elle varie
également en fonction des jours de la semaine et des saisons
V.2. Centres de répartition (Dispatching national)
C'est là que des opérateurs spécialisés surveillent et pilotent
le réseau électrique, 24 heures sur 24. Pour cela, ils sont à
l'écoute du réseau afin d'ajuster les offres de production aux
demandes de consommation.
V.3. Postes d’interconnexion
V.3.1. Fonction
Ils assurent la liaison entre les centrales de
production d'énergie électrique et le réseau
de transport et d'interconnexion.
Des transformateurs de puissance permettent
des échanges d'énergie entre réseaux et
différentes tensions.
Tp : transformateur de potentiel
S1 : sectionneur de ligne
Tc : transformateur de courant
D1 : disjoncteur
S2-S3 : sectionneurs de liaison avec les 2 jeux de
barres
V.3.2. Structure
S2
Arrivée 1
400KV
Arrivée 2
400KV
S1
Tc
S3
D1
Tp
Tc
Tp
Départ
225KV
T1
225/400KV
Départ
150KV
T2
150/400KV
2 jeux de barres
VI. Réseau de distribution d ‘énergie MT/BT
A partir de postes sources alimentés par le réseau de transport, O.N.E distribue l'énergie en moyenne tension
(MT) 20 kV, mais il existe encore des réseaux en 5, 10, 15 kV ou en 24 ou 30 kV.
On distingue deux types de réseaux moyenne tension : - réseau aérien surtout en zone rurale
- réseau souterrain en zone urbaine
VI.1. Réseau en zone rurale
Ce sont essentiellement des lignes aériennes assez longues, assurant une distribution avec une faible
puissance à des utilisateurs très dispersés.
VI.2. Réseau en zone urbaine
I1 s'agit surtout de câbles souterrains, qui ne sont pas influencés
par les intempéries (orage par exemple). La puissance installée
est beaucoup plus importante par unité de surface.
VI.2.1. Alimentation en simple dérivation ou en antenne
À partir d'un poste-source alimenté par le réseau de transport
d'énergie, une artère principale du 20 kV dessert des postes de
transformation 20kV/400V disposés en multiples dérivations
comme une grappe.
Remarque : Un défaut sur le réseau peut provoquer une
coupure de courant chez tous les abonnés alimentés par l’artère
principale
VI.2.2. Alimentation en coupure d’artère,
« réseau en boucle »
Tous les postes HTA/BT sont branchés en dérivation
Sur une boucle ouverte en un point dit point de coupure,
proche du milieu de la boucle.
Tous les appareils de coupure de l’artère sont fermés, sauf
un.
Avantage : En cas de défaut sur une partie de la boucle, on
peut isoler cette partie, et alimenter tous les postes.
Ce type de réseau est surtout réalisé en souterrain.
VI.2.3. Alimentation en double dérivation
Chaque poste est alimenté par deux câbles avec
permutation automatique en cas de manque de tension
sur l'une des deux arrivées, ce qui permet d'assurer une
grande continuité de l'alimentation.
Cette disposition est surtout utilisée en souterrain et
dans les grandes villes.
VII. Poste de transformation HTA/BT (poste de livraison)
Un poste de transformation reçoit l’énergie en 20kV et la transforme en 400V, la puissance du
transformateur est fonction du nombre d’abonné et de la puissance demandée individuellement.
En fonction des besoins en énergie de l’utilisateur, la puissance installée chez le client varie de 3 à
36 kVA pour le domestique et de 36 à 250 kVA pour les professionnels.
VII.1. Conception générale d’un poste de transformation.
Le poste de livraison comporte essentiellement de l'appareillage et un ou plusieurs transformateurs afin
d'assurer les fonctions suivantes :
 dérivation du courant sur le réseau;
 protection du transformateur cote HT;
 transformation HT/BT;
 protection du transformateur cote BT;
 comptage d'énergie.
Toutes les masses métalliques du poste sont reliées à la terre. Pour l'intervention dans le poste, les
arrivées doivent êtres sectionnées et les câbles reliés entre eux mis à la terre.
VII.2. Différents types de postes de livraison
VII.2.1. Poste sur poteau
Le transformateur et l'appareillage sont fixes sur le poteau, l'alimentation est aérienne, le départ s'effectue
en aérien ou en souterrain.
 Protection : Cote haute tension, protection contre la foudre par éclateur. Cote basse tension, un
disjoncteur protège le transformateur contre les surintensités.
 Raccordement : Le transformateur est alimente en aérien, le départ BT s'effectue soit en aérien soit
en souterrain.
VII.2.2. Postes préfabriqués monoblocs
Ces postes peuvent être soit en bas de poteau soit sur une plate-forme extérieure. Le raccordement
s'effectue par câble soit au réseau aérien, soit au réseau souterrain.
Le tableau BT comporte un interrupteur avec fusibles ou un disjoncteur avec coupure visible. La
puissance du transformateur est comprise entre 100 kVA et 1000 kVA.
Conception générale
Poste sur poteau
Poste préfabriqué
VII.2.3. Postes d’intérieur.
L'installation d'un poste de livraison en intérieur se justifie
lorsqu'on doit protéger l'appareillage HT et BT du poste
contre les fortes variations de température, ou dans le cas de
puissances importantes.
On distingue les postes dont l'appareillage HT est sous
enveloppe métallique, des postes équipés d'appareillage HT
sans enveloppe; le matériel, dans ce dernier cas, est dit
(ouvert).
Les postes avec cellules préfabriquées métalliques sont réalisés
avec des cellules remplissant chacune une fonction.
Exemple :
 cellule d'arrivée;
 cellule de protection HT;
 cellule de protection BT (fusible + interrupteur);
 cellule de protection BT (disjoncteur);
 cellule de départ BT, etc.
Ces cellules sont juxtaposées à la demande et permettent de réaliser n'importe quelle disposition de poste
de livraison.
Cellule de
protection
et de
répartition
Assemblage de
cellules
préfabriquées
ayant chacune
un rôle
déterminé
Cellule de
raccordement au
réseau HTA
Cellule de comptage
et de protection
HTA
Les postes avec cellules préfabriquées métalliques ont pratiquement remplacé tous les postes maçonnés
avec appareillage ouvert; ils présentent l'avantage d'une meilleure sécurité, et d'une mise en place rapide.