Postes à haute et très haute tensions

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1
D 4 572
6 - 1994
Postes à haute et très haute tensions
Dispositions constructives
par René BLANC
Ingénieur au Service Études du Centre d’Équipement
du Réseau de Transport d’Électricité de France
’article Postes à haute et très haute tensions fait l’objet de plusieurs
articles :
—
Rôle et structure [D 4 570] ;
—
Dispositions constructives [D 4 572] ;
—
Construction et équipements [D 4 574] ;
—
Installations de conduite et de contrôle [D 4 576] ;
—
Postes sous enveloppe métallique (PSEM) [D 4 590]
et, les sujets traités n’étant pas indépendants les uns des autres, le lecteur devra
assez souvent se reporter aux autres articles. Le renvois à ces articles seront
notés, au cours du texte, par le numéro de l’article.
1. Conditions auxquelles doit satisfaire la construction d’un poste D 4 572 - 2
1.1 Généralités ................................................................................................... — 2
1.2 Conditions de construction liées à la tension ........................................... — 2
1.2.1 Distances électriques minimales entre phase et masse
ou entre phases .................................................................................. — 2
1.2.2 Tenue sous pollution des isolateurs.................................................. — 3
1.3 Conditions de construction liées aux effets thermiques du courant....... — 4
1.3.1 Régime permanent............................................................................. — 4
1.3.2 Régime de surcharge d’une durée maximale de 20 min ................ — 5
1.3.3 Régime de court-circuit...................................................................... — 5
1.4 Conditions de construction liées à la sécurité du personnel d’exploitation — 5
1.4.1 Distances de base............................................................................... — 6
1.4.2 Distances de construction.................................................................. — 6
1.5 Conditions de construction liées aux contraintes mécaniques exercées
sur les ouvrages........................................................................................... — 8
1.5.1 Résistance mécanique des ouvrages : règles de référence ............ — 8
1.5.2 Hypothèses météorologiques............................................................ — 8
1.5.3 Hypothèses d’efforts appliqués aux structures................................ — 9
1.5.4 Conditions à respecter pour le dimensionnement des ouvrages... — 9
1.6 Conditions liées à l’exploitation ................................................................. — 9
2. Dispositions constructives types ........................................................ — 10
2.1 Disposition des phases et de leur équipement......................................... — 10
2.1.1 Disposition à phases séparées .......................................................... — 10
2.1.2 Dispositions à phases associées ....................................................... — 10
2.1.3 Disposition à phases mixtes.............................................................. — 10
2.2 Conditions technologiques de construction d’un poste........................... — 11
2.3 Réalisation des postes d’interconnexion à 400 kV.................................... — 11
2.4 Réalisation des postes à 225 kV d’interconnexion
ou d’alimentation régionale........................................................................ — 15
2.5 Réalisation de la partie à haute tension des postes
d’alimentation régionale............................................................................. — 15
2.6 Réalisation des postes de soutirage d’alimentation régionale................ — 16
2.7 Réalisation des postes d’alimentation des réseaux à moyenne tension — 16
2.7.1 Poste D (225 kV/MT) ........................................................................... — 18
2.7.2 Poste d (63 ou 90 kV/MT) ................................................................... — 19
Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. D 4 572
L

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1. Conditions auxquelles doit
satisfaire la construction
d’un poste
1.1 Généralités
Pour construire un poste à haute tension, il faut disposer et dimen-
sionner au mieux un certain nombre de composants permettant de
réaliser le schéma électrique adapté.
L’aménagement de ces composants doit répondre à certaines
conditions dictées par le double souci de la sécurité d’exploitation
et du moindre coût d’établissement ou d’exploitation. Ces conditions
de construction peuvent être décomposées en :
— conditions liées à la tension ;
— conditions liées aux effets thermiques du courant ;
— conditions liées à la sécurité du personnel d’exploitation ;
— conditions liées aux contraintes mécaniques exercées sur les
ouvrages ;
— conditions liées à l’exploitation.
1.2 Conditions de construction
liées à la tension
1.2.1 Distances électriques minimales
entre phase et masse ou entre phases
Chaque réseau est d’abord caractérisé par sa tension nominale U
n
et la tension la plus élevée pour le matériel, mais il faut aussi
considérer :
— la tension de tenue à fréquence industrielle U
Ti
;
— la tension de tenue aux chocs de foudre U
Tf
;
— la tension de tenue aux chocs de manœuvre U
Tm
, dans le cas
des réseaux français à 400 kV.
Ces grandeurs sont définies pour l’isolement entre phase et masse,
à l’exception du réseau à 400 kV pour lequel elles sont également
définies pour l’isolement entre phases.
Nota : le lecteur pourra utilement se reporter dans ce traité à l’article Lignes et postes
Choix et coordination des isolements [D 4 750].
Les valeurs retenues pour le dimensionnement des réseaux
français, précisées dans le tableau 1 , sont conformes aux normes
NF C 10-100 et UTE C 10-100 qui résultent de la publication 71 de
la CEI. (0)
Ces grandeurs caractérisent certaines contraintes qui s’appliquent
aux matériels ; elles permettent aussi de déterminer les distances
d’isolement dans l’air qui serviront pour le dimensionnement des
ouvrages.
Pour les tensions nominales utilisées en France, le tableau 1 donne
les valeurs des différentes tensions ( U
Ti
, U
Tf
, U
Tm
) qui sont rete-
nues pour déterminer les distances minimales d’isolement dans l’air.
On calcule au moyen des formules suivantes les distances
d’isolement minimales d dans l’air soit entre phase et masse, soit
entre phases, pour supporter les tensions de tenue :
U
Tf
= 0,96 (360 – 150 k ) d
Notations et Symboles
Symbole Définition
A, B, C phases
BO jeu de barres omnibus
BR bâtiment de relayage
c clôture
CB circuit bouchon
CC condensateur de couplage
CD câble de descente
CI colonne isolante
D disjoncteur
G grille M T
L ligne (L1, L 2 ou L3)
NMALT neutre mise à la terre
p piste de circulation
P poteau d’ancrage
Pa parafoudre
PA portique d’ancrage
PI poteau intermédiaire
r route
SAp sectionneur d’aiguillage pantographe
SAc sectionneur d’aiguillage à deux colonnes
SB sectionneur de barres
SC sectionneur de couplage
SI sectionneur d’isolement
SL sectionneur de ligne
SLT sectionneur de ligne et de mise à la terre de la
ligne
SS sectionneur de sectionnement
STL sectionneur de mise à la terre de la ligne
T tringle de manœuvre
T
A
et T
B
tronçons
TC transformateur de courant
TCM transformateur combiné de mesure
TCT transformateur condensateur de tension
Tr transformateur de puissance (Tr1, Tr2 ou Tr3)
TT transformateur de tension
– – – – câble de garde
●
jeu de barres
Dans tous les schémas de poste (figures 7 à 20 ), nous avons utilisé les
mêmes notations.
Les cotes sont exprimées en mètres min indique la valeur minimale
Tableau 1 – Caractéristiques d’isolement
des postes à isolement dans l’air (1)
Tension
composée
nominale
du réseau
Tension
composée
la plus élevée
pour le matériel
Tension
de tenue
de fréquence
industrielle
phase-masse
U
Ti
Tension
de tenue
aux chocs
de foudre
phase-masse
U
Tf
Tension
de tenue
aux chocs
de manœuvre
phase-masse
U
Tm
(kV) (kV) (kV) (kV) (kV)
63 72,5 140 325
90 100 185 450
225 245 460 1 050
400 420 520 1 425 1 050
630 (2) 1 425 (2) 1 575 (2)
(1) D’après les normes NF C 10-100 et UTE C 10-100.
(2) Valeurs de tension entre phases.
UTi 0,94k 3
400
18/ d () +
--------------------------
=
UTm 0,88k 3
400
18/ d () +
--------------------------
=

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Les tensions sont exprimées en kilovolts et les distances en mètres.
Le paramètre k , appelé facteur d’intervalle, est lié à la géométrie des
électrodes délimitant l’intervalle d’air.
Les exemples suivants indiquent les valeurs de k habituellement
considérées :
— pour l’intervalle pointe sous tension-plan, k = 1 ;
— pour l’intervalle conducteur-sol, k = 1,10 ;
— pour l’intervalle conducteur-structure métallique, k = 1,32 ;
— pour l’intervalle conducteur-conducteur, k = 1,58.
Par application des formules précédentes, la plus grande des
valeurs de d définit pour chaque tension nominale la distance élec-
trique minimale entre phase et masse DM ou entre phases .
Le tableau 2
donne les valeurs retenues pour le dimensionnement
des ouvrages français. Ces valeurs sont légèrement supérieures à
celles indiquées dans les normes NF C 10-100 et UTE C 10-100. (0)
1.2.2 Tenue sous pollution des isolateurs
1.2.2.1 Ligne de fuite unitaire de l’isolateur
La tenue sous pollution d’un isolateur caractérise la possibilité qu’il
a de tenir, en milieu pollué, les contraintes électriques qui appa-
raissent sur le réseau.
On caractérise la pollution d’un site par un degré de pollution
saline équivalente S , exprimée en kilogrammes de sel par mètre cube
d’eau. Quatre classes de pollution sont ainsi définies et, dans
chacune d’elles, on impose à l’isolateur une longueur de ligne de
fuite minimale unitaire , exprimée en centimètres par kilovolt
de la tension composée la plus élevée du réseau (tableaux 3
et 4 ).(0)
Le tableau 3 définit, pour chaque réseau, la longueur minimale
de ligne de fuite L
min
des supports isolants en fonction de la classe
de pollution.
Pour plus de précisions concernant la classe de pollution, on se
reportera au tableau 4 qui indique quelques exemples d’environne-
ment caractéristiques avec leurs niveaux de pollution et la salinité
équivalente.
La longueur minimale de ligne de fuite doit être corrigée en fonc-
tion du diamètre moyen ∅
m
de l’isolateur. La valeur du coefficient
multiplicateur f est donnée dans le tableau 5 . Le diamètre moyen
se calcule comme indiqué sur la figure 1 .
1.2.2.2 Conformité de l’isolateur
La conformité d’un isolateur doit être établie par les mesures
indiquées dans les publications CEI 815 et CEI 507. Ces mesures
concernent les paramètres du profil de l’isolateur et sa position en
service.
Ces paramètres sont déduits de l’expérience en service et des
essais en laboratoire.
Ce sont, pour le profil de l’isolateur (figure 2 ) :
— la distance minimale d (ou C , les deux notations sont
normalisées) entre ailettes ;
— le rapport S / P entre le pas et la profondeur de l’ailette ;
— le rapport entre la longueur de la ligne de fuite entre
deux ailettes et d ;
— la différence de profondeur P
1
– P
2
entre deux ailettes
alternées ;
— l’angle d’inclinaison α des ailettes ;
— le facteur de profil :
avec longueur de ligne de fuite mesurée entre les deux
extrémités de S .
Concernant la position de l’isolateur , on fait intervenir le facteur
de ligne de fuite C
f
:
C
f
= L / S
t
avec L ligne de fuite totale de l’isolateur,
S
t
distance d’arc ; c’est la plus courte distance extérieure à
l’isolateur dans l’air (hauteur linéaire de l’isolateur sans
tenir compte de son développé).
Pour être conforme au niveau de pollution :
(0)
Tableau 2 – Distances électriques minimales
Tension
composée
nominale
du réseau
Tension
composée
la plus élevée
pour le matériel
Distance
minimale
entre phase
et masse DM
Distance
minimale
entre phases
(kV) (kV) (m) (m)
63 72,5 0,66 0,76
90 100 0,92 1,06
225 245 2,14 2,47
400 420 2,90 (1) 4,00
3,50 (2)
(1) Pour un intervalle conducteur-structure métallique.
(2) Pour un intervalle pointe sous tension-plan.
Tableau 3 – Longueur minimale de la ligne de fuite
des supports isolants
Tension composée nominale
du réseau .............................(kV) 63 90 225 400
Tension composée la plus élevée
pour le matériel ...................(kV) 72,5 100 245 420
Classe de
pollution (1)
(cm/kV)
L
min
(cm)
1 1,6 116 160 392 672
2 2,0 145 200 490 840
3 2,5 181 250 613 1 050
4 3,1 225 310 760 1 302
(1) Tableau 4 .
min
min
Figure 1 – Calcul du diamètre moyen ∅
m
d’un isolateur
dd⁄
Pf2PS+
d
-------------------=pour des ailettes régulières
Pf
2P12P2S++
d
---------------------------------------= pour des ailettes alternées
d
Cf3,5 pour la pollution 1 et 2
Cf4 pour la pollution 3

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(0)
Le tableau 6 donne les mesures de conformité pour les
paramètres de profil de l’isolateur.
1.3 Conditions de construction liées
aux effets thermiques du courant
Le passage du courant dans les conducteurs en câble ou en tube
(connexions de lignes ou jeux de barres) provoque un effet
thermique ayant pour conséquences :
— un allongement des conducteurs ;
— une perte des caractéristiques de tenue mécanique des
conducteurs ;
— un vieillissement des contacts électriques.
Il convient donc de dimensionner les conducteurs et les contacts
de façon à limiter l’échauffement dans les trois régimes de
fonctionnement électrique du poste.
1.3.1 Régime permanent
Il est caractérisé par le courant qui traverse les câbles ou les tubes
pendant une durée illimitée. Afin de limiter la perte des caractéris-
tiques de tenue mécanique des conducteurs à 10 % de la valeur de
rupture, la température de fonctionnement doit être inférieure à
85 oC pour les câbles et 95 oC pour les tubes.
Tableau 4 – Niveaux de pollution
Classe
de
pollution
Longueur de ligne
de fuite minimale
unitaire Exemples d’environnements Salinité
équivalente S (3)
(cm/kV) (kg/m3)
1
faible 1,6
Zones sans industries et avec une faible densité d’habitations équipées d’installations de
chauffage
S < 7
Zones avec une faible densité d’industries ou d’habitations avec installations de chauffage
mais soumises fréquemment aux vents et/ou aux pluies
Régions agricoles (1)
Régions montagneuses
Toutes ces zones doivent être situées à des distances d’au moins 10 à 20 km de la mer (2)
et ne doivent pas être exposées aux vents venant directement de la mer
2
moyen 2,0
Zones avec industries ne produisant pas de fumées particulièrement polluantes et/ou avec
une densité moyenne d’habitations équipées d’installations de chauffage
Zones à forte densité d’habitations et/ou d’industries mais soumises fréquemment aux
vents et à des chutes de pluies
Zones exposées au vent de mer, mais pas trop proches de la côte [distances d’au moins
quelques kilomètres (2)]
3
fort 2,5
Zones à forte densité d’industries et banlieues de grandes villes avec une forte densité
d’installations de chauffage polluantes
Zones situées près de la mer ou en tout cas exposées à des vents relativement forts venant
de la mer
4
très fort 3,1
Zones généralement peu étendues, soumises à des poussières conductrices et à des
fumées industrielles produisant des dépôts conducteurs particulièrement épais
Zones généralement peu étendues, très proches de la côte et exposées aux embruns et aux
vents très forts et polluants venant de la mer
Zones désertiques caractérisées par de longues périodes sans pluie, exposées aux vents
forts transportant du sable et du sel soumises à une condensation régulière
(1) L’utilisation d’engrais répandus par pulvérisation ou le brûlage des terres moissonnées peuvent conduire à un niveau de pollution plus élevé à cause de la dis-
persion par le vent.
(2) Les distances au rivage dépendent de la topographie de la zone côtière et des conditions extrêmes de vent.
(3) Cette salinité est donnée seulement à titre indicatif.
min
7S20<
20 S80<
S80
Tableau 5 – Valeur du coefficient multiplicateur f
de la longueur minimale de ligne de fuite en fonction
du diamètre ∅m de l’isolateur
∅m.................. cm < 30 30 et 50 > 50
f............................ 1 1,1 1,2
Figure 2 – Caractéristiques de profil de l’isolateur

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(0)
La température des conducteurs est calculée, pour un courant
permanent donné, au moyen de la formule développée en [D 4 574].
Pour ce calcul, les températures ambiantes sont celles observées
dans les pays considérés. En France métropolitaine, elles sont
prises respectivement égales à :
• 30 oC en été ;
• 15 oC en hiver 1 ou 5 oC en hiver 2 (selon la période de l’hiver
considérée).
1.3.2 Régime de surcharge
d’une durée maximale de 20 min
Il est caractérisé par un courant qui peut traverser les câbles ou
les tubes pendant une durée inférieure ou égale à 20 min après un
fonctionnement en régime permanent maximal. Cette durée, retenue
pour les réseaux français, permet aux exploitants d’effectuer les
manœuvres nécessaires pour revenir à une situation normale du
réseau après avaries.
La température de fonctionnement est limitée à 100 oC pour les
câbles et à 110 oC pour les tubes, les températures initiales étant
respectivement de 85 et 95 oC au début du régime de surcharge.
1.3.3 Régime de court-circuit
Il est caractérisé par un courant de court-circuit qui traverse le câble
ou le tube pendant une durée égale au temps de fonctionnement
des protections contre les courts-circuits et les défauts d’isolement.
La température des tubes et des câbles ne doit pas dépasser 220 oC
à partir de températures initiales égales à 100 oC pour les câbles
et 110 oC pour les tubes, correspondant à la limite du régime de
surcharge pendant 20 minutes.
Le passage d’un courant de défaut important, mais pendant un
temps très court, dans une connexion provoque une élévation de
la température de celle-ci que l’on calcule en régime adiabatique en
fonction du produit I2t, I étant la valeur du courant de défaut
(cf. [D 4 574]).
1.4 Conditions de construction
liées à la sécurité du personnel
d’exploitation
Il convient de préciser que les distances de construction des
ouvrages relèvent de trois types de considérations :
— la tenue électrique qui est définie par la tenue aux surtensions
atmosphériques et la tenue aux surtensions de manœuvre, dans le
cadre de la coordination de l’isolement (tableau 1), les distances
entre phase et masse et entre phases qui en découlent (tableau 2)
déterminant l’encombrement minimal de l’ouvrage ;
— les méthodes d’entretien liées à l’outillage et aux modes
opératoires ; les distances de travail évoluent en fonction des
moyens d’intervention ; elles déterminent en grande partie
l’encombrement des ouvrages ;
— le domaine réglementaire (arrêté interministériel du
2 avril 1991, UTE C 18-510) révisable périodiquement et incluant,
entre autres, les évolutions techniques dans les modes opératoires.
La nécessité, pour le personnel d’exploitation et d’entretien, de
pouvoir circuler et d’intervenir dans le cadre de ses attributions, en
n’importe quel point du poste et en toute circonstance, a conduit à
définir des distances dites de sécurité.
Une personne travaillant ou circulant à proximité des pièces sous
tension ne doit pas engager soit la distance minimale d’approche
DMA, soit la distance minimale entre phase et masse DM (§ 1.2.1)
de l’échelon de tension considéré.
Les indications suivantes concernent les travaux conventionnels,
c’est-à-dire sur ouvrages hors tension mais à proximité de pièces
pouvant être sous tension, effectués par du personnel habilité
(exploitant ou organisme d’état) ou non habilité surveillé par du
personnel habilité.
Nota : en ce qui concerne les travaux sous tension, le lecteur se reportera, dans ce traité,
à l’article Travaux sous tension [D 4 140].
On suppose une structure classique d’ouvrage avec des moyens
standards d’intervention.
Des dispositions constructives particulières (écran à demeure,
disjoncteur débrochable, etc.) ou des moyens spécifiques d’inter-
vention peuvent être de nature à lever certaines de ces contraintes
de distance.
Tableau 6 – Mesures de conformité pour les paramètres de profil de l’isolateur
Paramètre Profil déclaré conforme sans justification
particulière
Profil devant être
soumis à l’accord (1) Profil refusé
Distance minimale entre ailettes C C < 20 mm
Rapport du pas à la profondeur de l’ailette
Rapport de la ligne de fuite entre ailettes à la distance C
Différence (P1 – P2) entre profondeur de 2 ailettes
Angle d’inclinaison des ailettes
Facteur de profil Pf : pour pollution 1 ou 2
Pf > 0,8
pour pollution 3
Pf > 0,7
(1) L’accord sera prononcé soit sur des références d’exploitation du produit en réseau, soit après essais sous pollution artificielle réalisés selon les publications
CEI 815 et 507.
C30 mm
20 mm
C 30
mm <
S
P
-----
S
P
----- 0,8
0,65 S
P
----- 0,8<
S
P
----- 0,65<
d
C
------- d
C
------- 44d
C
------- 5<d
C
------- 5
P1P2
–15 mm P1P215
mm –
α5°
Pf2PS+
d
-------------------=pour ailettes régulières
Pf
2P12P2S++
d
---------------------------------------= pour ailettes alternées
Pf0,8
Pf0,7