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Réf : NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Date d’approbation : 26/01/2015 Date d’applicabilité : 26/01/2015 Monitoring du réseau électrique Date de fin de validité : Pages : 11 Destinataire(s) : Participants au Concours Rédacteur(s) : F-X. SARDOU Vérificateur(s) : V. COLLET-BILLON Copie(s) : Membres du Comité de Sélection et du Jury du Concours Approbateur(s) : V. COLLET-BILLON Accessibilité : Libre Résumé : Dans le cadre du concours d’idées objet de l’action 10 du Plan « Réseaux Electriques Intelligents », ce document décrit les besoins de RTE en termes de solutions innovantes de monitoring, ainsi que les contraintes liées à l’environnement du réseau électrique. SOMMAIRE 1. Introduction.................................................................................................................... 2 2. Le réseau de transport d’électricité français ................................................................... 3 3. Contexte ........................................................................................................................ 4 4. Besoin ........................................................................................................................... 5 5. Contraintes .................................................................................................................... 6 6. Phénomènes à observer ................................................................................................ 8 6.1 6.2 Sur les matériels .............................................................................................. 8 Sur l’environnement des matériels ..................................................................... 8 Annexe 1 : Les phénomènes à observer ............................................................................... 9 Direction de la R&D et de l'innovation COEUR DEFENSE 100 ESPLANADE DU GENERAL DE GAULLE - TOUR B 92932 - PARIS LA DEFENSE CEDEX www.rte-france.com 05-09-00-COUR NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 2/11 - Monitoring du réseau électrique - 1. Introduction Dans le cadre de l’action 10 « Organiser un concours d’idées pour l’émergence et le déploiement de solutions innovantes portées par des jeunes pousses » de la Feuille de route du Plan « Réseaux Electriques Intelligents » (démarche « Nouvelle France industrielle » du Ministère de l’Economie et des Finances), RTE est à la recherche de solutions innovantes pour développer des moyens d’observation des ouvrages électriques et de leur environnement technique, en vue d’alimenter des outils d’aide à la décision dans les domaines de l’exploitation, de la maintenance et de la gestion des actifs. Dans ce concours, RTE s’intéresse à l’instrumentation on-line, c’est-à-dire celle installée de façon permanente sur des ouvrages en service, ou dans leur environnement proche. Les ouvrages visés sont les ouvrages existants. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 3/11 - Monitoring du réseau électrique - 2. Le réseau de transport d’électricité français L’entreprise RTE, ainsi que les principes de fonctionnement et d’architecture du réseau électrique qu’elle gère, sont notamment décrits sur le site institutionnel de RTE : http://www.rte-france.com Voir notamment le document de vulgarisation « Les chemins de l’électricité » : http://www.rte-france.com/uploads/media/pdf_zip/nos-activit-s/chemins_electricite_vf.pdf On a l’habitude de découper les ouvrages à haute tension en trois grandes familles : Les postes remplissent la fonction de nœud électrique du réseau, et de transformation entre niveaux de tension. On y trouve des sectionneurs, des disjoncteurs, des transformateurs de puissance, des réducteurs de mesures (transformateurs de courant et de tension). Dans les postes aériens, l’air est utilisé comme isolant. Des structures, elles aussi isolantes, en verre ou en céramique, assurent la distance entre les pièces sous tension et celles au potentiel de la terre. Dans les postes urbains sous enveloppe métallique, pour des raisons de compacité l’isolant est l’hexafluorure de soufre (SF6) : à l’exception des transformateurs de puissance, les matériels sont placés dans des caissons métalliques remplis de SF6. Les liaisons aériennes sont constituées de supports pour la plupart métalliques (les pylônes « treillis »), et de conducteurs nus à base d’alliages d’aluminium. Certains types de câbles sont renforcés mécaniquement par des âmes en acier ou en carbone. Des isolateurs permettent de maintenir la distance entre conducteurs et supports. La continuité électrique et la tenue mécanique entre les différents morceaux de câble nécessaires pour une liaison complète sont assurées par des manchons métalliques. Les liaisons souterraines sont constituées de câbles, dont l’âme conductrice est en cuivre ou aluminium. L’isolant est soit en matériau synthétique, soit, pour les plus anciens, à base d’huile et de papier. Le courant transporté est un courant alternatif (fréquence de 50 Hz), sauf pour certaines liaisons de grande longueur, généralement dans le cadre d’interconnexions transfrontalières (par exemple France-Angleterre, bientôt France-Espagne et France-Italie). Des stations de conversion sont alors installées entre les zones à courant continu et les zones à courant alternatif. Eléments de volumétrie : Près de 2.700 Postes électriques Plus de 1.200 Transformateurs de puissance 40.000 Sectionneurs 12.000 Disjoncteurs 100.500 km de lignes électriques aériennes 300.000 Pylônes 4.300 km de liaisons souterraines http://www.audeladeslignes.com/carte-identite-chiffree-reseau-transport-electricite-2-24737 Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 4/11 - Monitoring du réseau électrique - 3. Contexte Le réseau français de transport d’électricité a été rendu observable pour répondre à ses besoins d’exploitation. Il dispose ainsi de mesures de tension et de courant sur tous les nœuds du réseau. Par ailleurs, des informations de synthèse de type « tout ou rien » donnent des indications sur la disponibilité des composants ou sur leur comportement à la sollicitation. En dehors de cela, peu d’informations sont mises à la disposition de l’exploitant ou du mainteneur pour connaître l’état des matériels, et les contraintes qu’ils subissent du fait de leur utilisation ou de leur environnement. Sur la base des informations à sa disposition, RTE bâtit des doctrines d’exploitation et de maintenance visant à ne solliciter le matériel que dans des limites acceptables en termes de sécurité et de durée de vie. Etendre le panel de ces informations peut aider, directement ou par modélisation, à mieux connaître l’état des matériels et leur espérance de durée de vie, et à développer la maintenance prédictive. Ceci permettra de réduire à leur juste valeur les marges prises dans la construction des doctrines, et partant, d’optimiser l’utilisation des matériels constituant le réseau électrique : celui-ci peut être utilisé plus près de ses limites, à un niveau de risque équivalent. Le domaine du monitoring connaît depuis plusieurs années de fortes avancées technologiques. La miniaturisation, la capacité à transmettre l’information et à consommer moins d’énergie progressent constamment et représentent autant d’atouts pour le développement de l’instrumentation dans les processus industriels, mais aussi dans des applications destinées au grand public. Jusqu’à présent le réseau de transport d’électricité n’a que peu bénéficié de ces avancées technologiques. Les principaux matériels du réseau de transport ayant une durée de vie longue, de l’ordre de plusieurs dizaines d’années, l’arrivée de matériels plus « intelligents » du fait du seul renouvellement prendra beaucoup de temps. Les capteurs de nouvelle génération, de plus en plus faciles à intégrer, représentent des opportunités pour accélérer le processus et apporter de l’intelligence aux ouvrages existants, à condition qu’ils puissent être exploités dans l’environnement contraint des postes et lignes électriques de RTE. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 5/11 - Monitoring du réseau électrique - 4. Besoin Les solutions innovantes proposées devront contribuer à un ou plusieurs des domaines d’application suivants : 1. capter des grandeurs et phénomènes physiques du réseau électrique et de son environnement (voir chapitre 6 et annexe 1), 2. traiter des mesures et les transformer en données exploitables, à valeur ajoutée pour RTE (voir chapitre 6 et annexe 1), 3. transmettre des données issues de capteurs installés sur tous types d’ouvrages du réseau électrique (dans les postes, ou sur les lignes aériennes ou souterraines), 4. adapter les composants du monitoring aux contraintes et à l’environnement du réseau électrique tel que décrit au chapitre 5 ci-dessous, 5. alimenter en énergie les capteurs et autres composants de la chaîne de monitoring. Nota : Si le Participant se positionne sur le domaine d’application n°1, il peut proposer d’observer d’autres phénomènes que ceux listés en annexe 1, moyennant d’en démontrer l’intérêt pour RTE dans le Dossier de participation. Les outils d’aide à la décision en matière d’exploitation, de maintenance et de gestion d’actifs ne font pas partie du périmètre du Concours. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 6/11 - Monitoring du réseau électrique - 5. Contraintes Monitorer le réseau de transport d’électricité implique l’adaptation des produits industriels1 à un certain nombre de contraintes physiques, climatiques et organisationnelles. On peut citer notamment : Contexte électrique : - En fonctionnement permanent, la fréquence et la tension des matériels de réseau restent proches de leurs valeurs nominales : 50 Hz pour la fréquence, 63 kV, 90 kV, 225 kV ou 420 kV pour la tension. L’intensité peut varier de 0 A à une valeur maximale, prédéfinie en fonction de l’ouvrage, allant de quelques centaines à quelques milliers d’ampère. - En cas de défaut d’isolement d’un ouvrage, l’intensité peut atteindre des valeurs largement plus élevées (jusqu’à 63 kA pour une tension de 420 kV). - Des impacts de foudre sur nos ouvrages, ou à proximité immédiate, se traduisent par l’apparition d’une onde de tension sur les lignes électriques touchées, pouvant se propager sur les postes et induire également des perturbations sur les composants basse tension. - Des ondes électriques, ou surtensions de manœuvres, sont créées à chaque manœuvre d’appareils haute tension. - Les champs électromagnétiques créés par le courant électrique passant sur les liaisons à haute tension peuvent générer des perturbations sur les mesures réalisées par un capteur à proximité, sur les transmissions de données,... - Les phénomènes ci-dessus engendrent des contraintes électromagnétiques sur l’ensemble des composants, haute et basse tension, du réseau électrique (cf. norme IEC/61000 « Compatibilité électromagnétique (CEM) »). Contexte sécurité / environnement : - les équipements peuvent être installés soit dans des bâtiments techniques, soit à l’extérieur. Ils sont alors soumis à différentes conditions climatiques et environnementales : humidité, intempéries, température, vent,... - présence dans les postes de personnels travaillant à proximité. - l’intégrité de l’enveloppe des appareils HT dans les postes ne doit pas être mise en cause. - vibrations sur les organes du réseau électrique. - présence d’animaux (oiseaux, rongeurs). 1 La solution innovante proposée par le Participant ne respecte pas forcément l’ensemble de ces contraintes en phase de développement, mais devra les prendre en compte dans la perspective de devenir une solution industrielle implémentable sur le réseau de transport d’électricité. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 7/11 - Monitoring du réseau électrique - Contexte organisation : - accessibilité souvent difficile des liaisons : éloignement, hauteur pour les lignes aériennes ; enfouissement pour les liaisons souterraines. - réseau « en service » : la mise en place d’une solution ne doit pas remettre en cause la sûreté de l’alimentation électrique. La mise hors service d’un ouvrage tient donc de l’exception. Contexte télécommunications / alimentation électrique : - Réseau de télécommunication non accessible de manière filaire sur les liaisons, rarement à proximité des organes dans les postes électriques : ceux-ci disposent d’un accès IP vers le réseau d’entreprise, cet accès peut être situé uniquement dans le bâtiment industriel. L’utilisation de communication sans fil est techniquement possible dans les postes. - Des fibres optiques sont installées le long de la plupart des lignes aériennes, ainsi que sur les nouveaux projets de câbles souterrains. - Alimentation électrique basse tension inexistante sur les liaisons, rarement à proximité des organes dans les postes électriques : ceux-ci disposent dans le bâtiment industriel et dans les bâtiments de relayage d’une alimentation continue sécurisée et d’une alimentation alternative. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice : 1 Page : 8/11 - Monitoring du réseau électrique - 6. Phénomènes à observer L’annexe 1 donne la liste, identifiée à ce jour par RTE, des composants et phénomènes à observer sur les liaisons aériennes et souterraines, et dans les postes électriques. 6.1 Sur les matériels Tous les composants du réseau assurent au moins l’une des trois fonctions : - conduire le courant - tenir l’isolement - tenir mécaniquement Tout ce qui peut renseigner sur l’altération de l’une de ces fonctions touche à la maintenance ou à la durée de vie. Les phénomènes observables prennent des formes très variées selon la fonction que l’on observe et les matériaux utilisés. Par exemple, la dégradation de la fonction d’isolement se manifeste de façon différente selon que l’isolant est de l’air, du papier et de l’huile, ou du SF6. Concernant les liaisons électriques, les jonctions de câbles souterrains et les manchons aériens sont des points particulièrement sensibles aux défauts, sièges les plus probables de problèmes d’isolement, corrosion, échauffement... Au-delà des trois fonctions principales citées ci-dessus, certains composants de poste comportent des pièces mobiles, qui sont inévitablement sujettes à usure. Il s’agit notamment des disjoncteurs, capables de couper des courants de forte amplitude, des sectionneurs, aiguilleurs à faible pouvoir de coupure, ou encore des régleurs en charge des transformateurs. 6.2 Sur l’environnement des matériels Les données d’environnement sont également des éléments pertinents pour évaluer la durée de vie des matériels. En particulier, les données météorologiques ne sont disponibles qu’à des mailles de l’ordre de 2,5 km : la connaissance de ces données au plus près des appareils peut s’avérer intéressante, notamment pour exploiter des composants au plus près de leurs limites. S’agissant des câbles souterrains, connaître les caractéristiques thermiques et hygrométriques des sols est déterminant pour optimiser la gestion des capacités de transport : les températures du conducteur et de l’isolant doivent être maîtrisées car elles ont un impact sur le vieillissement du câble. Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice :1 Date d’approbation : 26/01/2015 Page : 9/11 Monitoring du réseau électrique Annexe 1 : Les phénomènes à observer Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice :1 Date d’approbation : 26/01/2015 Page : 10/11 Monitoring du réseau électrique Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE) NT-RD-DR&DI-14-00069 Indice :1 Date d’approbation : 26/01/2015 Page : 11/11 Monitoring du réseau électrique FIN DU DOCUMENT Copyright RTE. Ce document est la propriété de RTE. Toute communication, reproduction, publication même partielle est interdite sauf autorisation écrite du Gestionnaire du Réseau de Transport d'Electricité (RTE)
