5. CALCUL D`UNE LIAISON SOUTERRAINE

5. CALCUL D'UNE LIAISON SOUTERRAINE

Transport et Distribution de l'Énergie Electrique – Manuel de travaux pratiques
Page 5.2
5. CALCUL D'UNE LIAISON SOUTERRAINE ............................................................................... 1
5.1. Introduction ........................................................................................................ 3
5.2. Méthode générale de calcul................................................................................ 4
5.2.1. Données nécessaires................................................................................... 4
A. Point de vue technique ............................................................................... 4
B. Point de vue économique ........................................................................... 4
5.2.2. Critères techniques ..................................................................................... 5
A. Courant nominal......................................................................................... 5
B. Courant de court-circuit ............................................................................. 6
C. Chute de tension......................................................................................... 6
5.2.3. Critère de stabilité ...................................................................................... 7
5.2.4. Critère économique .................................................................................... 8
5.2.5. Disposition des câbles .............................................................................. 10
5.3. Exercice résolu ................................................................................................. 11
5.3.1. Enoncé...................................................................................................... 11
5.3.2. Résolution................................................................................................. 13
A. Critères techniques ................................................................................... 13
B. Critère économique .................................................................................. 15
C. Conclusion................................................................................................ 17
D. Réponse à un échelon de courant ............................................................. 17
E. Réponse à un régime cyclique de courant................................................ 18
5.4. Exercices proposés ........................................................................................... 20
5.4.1. Enoncé n°1 ............................................................................................... 20
5.4.2. Enoncé n°2 ............................................................................................... 21
5.5. Annexes............................................................................................................ 22
A. Tables Techniques.................................................................................... 22
B. Compléments de théorie........................................................................... 28

Transport et Distribution de l'Énergie Electrique – Manuel de travaux pratiques
Page 5.3
5.1. Introduction
Cette section reprend la méthode générale permettant le choix d'un câble souterrain
(type, section) suivant certains critères techniques et économiques, pour une liaison triphasée
par câbles souterrains. Etant donné la grande diversité de types de câbles proposés par les
différents fabricants, cette méthode fait appel à de nombreux paramètres. Des normes existent
pour faciliter ce choix, et les constructeurs doivent s'y rattacher en effectuant des essais. Ces
essais permettent de fixer les limites de leurs câbles dans les conditions prévues par les
normes.
Pour rappel, les critères de choix sont les suivants :
- Le courant nominal IN dans des conditions standard de pose (température, type de
terrain, profondeur de pose, etc.), et des facteurs correctifs sont prévus si nous nous écartons
de ces conditions. Le conducteur devra supporter ce courant nominal pendant toute sa durée
de vie, ce qui correspond généralement à 30 années. Selon le type d'isolateur (papier
imprégné, XLPE), une température d'âme à ne pas dépasser est imposée.
- Le courant de court-circuit ICC à titre exceptionnel et pendant un temps bref. Nous
admettons que la température du câble s'élève depuis la valeur nominale jusqu'à un seuil
dépendant du type d'isolateur, la durée de vie ne devant pas être diminuée.
- La chute de tension doit être limitée. En effet, beaucoup d'appareillages électriques
sont optimisés pour les tensions normalisées. Une faible variation de la tension entraîne des
modifications importantes des caractéristiques électromécaniques de ces appareils (cas du
moteur asynchrone).
- Un critère économique intervient. Choisir une plus grosse section augmente le prix du
câble, mais diminue les pertes par effet Joule, et vice versa.
- Un critère de stabilité peut être utilisé. Pour cela, il convient de déterminer les
équivalents de Thévenin du réseau amont et aval (cfr. chapitre 4).
Les pages qui suivent détaillent les étapes à suivre lors du dimensionnement d'une
jonction souterraine. Ensuite, suivent successivement : un exemple d'application de cette
méthode et des exercices proposés au lecteur. Nous trouverons en annexe les paramètres et
caractéristiques techniques (provenant des Câbleries de Charleroi) permettant l'application de
cette méthode.

Transport et Distribution de l'Énergie Electrique – Manuel de travaux pratiques
Page 5.4
5.2. Méthode générale de calcul
Le problème de dimensionnement d'une jonction souterraine se décompose globalement
en deux parties : critères techniques puis critères économiques. La section et le type de pose
choisis devront toujours satisfaire aux critères techniques, afin d'éviter l'endommagement du
câble en régime permanent et en cas de court-circuit.
Afin de pouvoir effectuer tous ces calculs, il est nécessaire de disposer de certaines
données, provenant des services de planification. Celles-ci sont détaillées dans le paragraphe
suivant.
5.2.1.Données nécessaires
Afin de pouvoir évaluer la section puis le coût d'une telle liaison, les données suivantes
sont nécessaires (unités entre crochets) :
A. Point de vue technique
 Tension nominale : U [kV] ;
 Puissance nominale en début de vie : Pdépart [MW] ;
 Facteur de puissance : cos(ϕ) ;
 Augmentation annuelle de puissance prévue durant la durée d'utilisation : a [%/an] ;
 Durée de vie planifiée : T [ans] ;
 Chute de tension relative maximale : U
U
∆
[%] ;
 Puissance de court-circuit : Scc [MVA] et durée de court-circuit : tcc [s] ;
 Longueur de la jonction : l [km] ;
 Conditions de pose du câble :
 Profondeur d'enfouissement : h [cm] ;
 Résistivité thermique du sol : ρsol [°C.cm/W] ;
 Température du sol : t°sol [°C]).
B. Point de vue économique
 Temps d'utilisation projeté par année tproj [h/an] ;
 Charge moyenne projetée (pleine charge, mi-charge, ... ) ;
 Prix du câble par phase Pphase [€/km] ;
 Prix de la pose du câble Ppose [€/m] ;
 Prix du kWh de perte Ppertes [€/kWh] ;
 Prix des jonctions de raccordement Pjonction [€/phase/raccord] ;
 Pourcentage d'accroissement du prix du kilowatt-heure b [%/an] ;
 Taux d'intérêt moyen i [%].
Remarque : Attention aux facteurs 103 ou 106 intervenant entre les unités de certaines données
(m
↔ km, ... ). Ces conversions sont incluses dans les formules qui suivent.

Transport et Distribution de l'Énergie Electrique – Manuel de travaux pratiques
Page 5.5
5.2.2.Critères techniques
En service, le câble doit pouvoir supporter les quatre contraintes suivantes sans subir
aucun dommage :
1. Le courant nominal doit être inférieur à la limite thermique du câble ;
2. Le câble doit supporter le courant de court-circuit ;
3. La chute de tension induite par le câble doit toujours être inférieure à une valeur imposée ;
4. La stabilité du réseau doit être respectée.
La méthode de calcul consiste à choisir une section compatible avec les points 1 et 2
puis à vérifier si cette section satisfait aux points 3 et 4. Si ce n’est pas le cas, la section sera
augmentée jusqu’à ce qu’elle remplisse les quatre critères précédents.
A. Courant nominal
Nous devons, bien entendu, dimensionner le câble de telle façon qu'il puisse supporter
le courant qui va y circuler en fin de vie, c'est-à-dire à la fin de la période d'utilisation prévue.
En effet, c'est à ce moment que la puissance transportée sera la plus importante.
Nous déterminons tout d'abord la puissance qui circulera dans le câble après les ‘T’
années d'utilisation projetées. Cette puissance, ‘PT’, se calcule par la formule suivante :
PT = Pdépart . (1 + a)T [MW] (5.1)
Nous en déduisons le courant circulant dans chaque phase de la liaison par :
)cos(.U.3
P
IT
Tϕ
= [A] (5.2)
A ce niveau, il faut être attentif au fait que les sections fournies dans les tables des
fabricants de câbles sont normalisées pour un sol dont la résistivité thermique est de 100
°C.cm/W. Il est donc nécessaire d’introduire un facteur correctif prenant en compte la
résistivité moyenne du sol dans lequel les câbles seront enfouis. En effet, considérant une
référence quelconque, un sol de résistivité thermique moindre dissipera la chaleur plus
facilement. Il conviendra donc de diviser le courant nominal par un facteur CF1, supérieur à
l’unité, et calculé dans les tables.
De même, les valeurs de section données se basent sur une de température de référence
du sol valant 20°C. Le facteur CF2 viendra corriger cet effet dans le cas où la température
considérée (sur le terrain) pour le sol diffère de cette référence.
La profondeur d’enfouissement joue également un rôle. Nous tiendrons compte de son
influence via le facteur CF3.
Moyennant « CF = CF1 x CF2 x CF3 », nous déterminons donc le courant à prendre en
compte lors du choix de la section par :
CF
I
IT
= [A] (5.3)
Des valeurs pour ces facteurs correctifs sont données en Annexe A5, p.5.27.
A partir de ce courant ‘I’, nous trouvons les sections normalisées nécessaires pour le
critère du courant nominal dans les tables (Annexe A1, p.5.22). Il conviendra de choisir la