Postes à moyenne tension

17/09/2008
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9 - 1996
Postes à moyenne tension
par
Georges VALENTIN
Ingénieur EEIP
EDF-GDF Services technique électricité. Réseaux et services
René FONDEUR
Ingénieur ENSI-Caen
Société Forclum, direction technique
Bernard JOYEUX-BOUILLON
Ingénieur IEG (Institut polytechnique de Grenoble)
Directeur technique Appareillage et Équipements moyenne tension. GEC-Alsthom
et
Jean-Claude TURPAIN
Ingénieur IEG (Institut polytechnique de Grenoble)
Responsable marketing. Domaine d’activités stratégiques Transport et Distribution. Groupe
Schneider.
1. Terminologie .............................................................................................. D 4 600 - 2
2. Fonctionnalités des postes rencontrés sur les réseaux HTA ....... — 3
2.1 Réseaux de distribution publique .............................................................. — 3
2.2 Réseaux privés............................................................................................. — 4
3. Aspects économiques ............................................................................. — 4
3.1 Réseaux publics........................................................................................... — 4
3.2 Réseaux privés............................................................................................. — 5
4. Besoins et contraintes formalisés dans un cahier des charges . — 5
4.1 Généralités ................................................................................................... — 5
4.2 Besoins et qualité pour l’alimentation des usages particuliers de
l’électricité — 5
4.3 Maintenabilité .............................................................................................. — 5
4.4 Exploitation .................................................................................................. — 6
4.5 Contraintes d’installation et d’environnement.......................................... — 6
4.6 Normes et réglementation.......................................................................... — 6
5. Postes de distribution publique. Structures et schémas ............. — 7
5.1 Postes sources ............................................................................................. — 7
5.2 Postes HTA de structure.............................................................................. — 9
5.3 Postes HTA/BT............................................................................................. — 11
6. Postes privés. Structures et schémas ................................................ — 13
6.1 Structures sources....................................................................................... — 13
6.2 Structures de distribution ........................................................................... — 15
6.3 Fonctions de contrôle et de surveillance................................................... — 15
7. Technique des postes HTA .................................................................... — 16
7.1 Généralités sur les tableaux HTA ............................................................... — 16
7.2 Tableaux de disjoncteurs HTA à double sectionnement pour poste
source de distribution publique — 18
7.3 Tableaux de disjoncteurs HTA à double sectionnement pour les réseaux
privés — 21
7.4 Tableaux de disjoncteurs HTA à simple sectionnement........................... — 21
7.5 Tableaux interrupteurs HTA pour postes HTA/HTA et HTA/BT ............... — 21
7.6 Postes HTA de structure en zones rurales ................................................. — 25
7.7 Choix des matériels..................................................................................... — 26
8. Réalisation des postes HTA ................................................................... — 26
8.1 Relais de protection et leurs évolutions récentes..................................... — 26
8.2 Installation des postes HTA ........................................................................ — 27
9. Conclusions ............................................................................................... — 28
Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. D 4 601

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n poste à moyenne tension est un ouvrage placé à un nœud d’un réseau,
qui regroupe un ensemble d’équipements destiné à en assurer la protection
et faciliter l’exploitation. Les réseaux à moyenne tension sont maintenant, pour
la plupart, réalisés en câbles souterrains ; de ce fait, les seules interventions
d’exploitation possibles ne peuvent se faire qu’à partir des postes, d’où l’impor-
tance grandissante de ces ouvrages. Les postes à moyenne tension abritent de
plus en plus d’appareillages qui apportent de nouvelles fonctions nécessaires
à une exploitation mieux contrôlée, voire automatisée.
Le présent article ne traite que des installations à courant alternatif triphasé.
Dans le texte, les appellations
haute tension et moyenne tension , utilisées dans
le langage courant, sont employées. Par contre, les abréviations sont celles
définies dans l’arrêté technique du 2 avril 1991, en l’occurrence HTB pour les
tensions supérieures à 50 kV (haute tension) et HTA pour les tensions comprises
entre 1 et 50 kV (moyenne tension).
L’article s’adresse :
— aux concepteurs, installateurs, exploitants de postes publics ou privés ;
— aux techniciens et ingénieurs du domaine Génie électrique.
Il décrit les fonctionnalités des postes rencontrés sur les réseaux HTA, la
terminologie et les normes, les aspects économiques, les besoins et contraintes
formalisés dans un cahier des charges, les structures et schémas des postes de
distribution publique, les structures et schémas des postes privés et la technique
et la réalisation des postes HTA.
U
1. Terminologie
■ Réseau de transport : réseau HTB qui assure la liaison entre les
centrales de production et les postes de transformation qui
alimentent le réseau de distribution HTA.
■ Réseau de distribution publique : réseau HTA ou BT (basse
tension) qui assure l’alimentation directe de la clientèle courante du
distributeur.
■ Réseau privé : réseau interne à une installation industrielle ou
tertiaire nécessitant une puissance importante.
■ Structure source : structure de réseau, comportant des postes
sources (de livraison ou/et de centrale électrique) et des postes de
distribution.
■ Structure de distribution privée : structure de réseau HTA et
BT interne à des installations industrielle ou tertiaire.
■ Poste source : nœud du réseau de transport et point de transfor-
mation de la HTB vers la HTA du réseau de distribution publique chez
le distributeur ; il est équivalent au poste de centrale électrique dans
une installation privée.
■ Poste de structure : nœud fonctionnel du réseau HTA qui
permet aux exploitants des reprises d’alimentation en cas de défaut
ou de travaux sur une artère.
■ Poste de distribution publique : poste de transformation
HTA/BT du distributeur alimentant le réseau BT de distribution
publique.
■ Poste de livraison ou poste client : point d’interconnexion
entre le réseau du distributeur et un réseau de distribution privé.
■ Poste de centrale électrique : point d’injection d’une centrale
de production électrique sur un réseau de structure source, dans
une installation privée.
■ Poste d’interconnexion privé : poste de structure d’un réseau
de distribution privé permettant des manœuvres de réalimentation
puis la recherche et l’élimination des défauts.
■ Poste de distribution privé : poste HTA raccordé sur le réseau
de distribution privé.
■ Tableau à moyenne tension ou simplement, tableau :
ensemble d’appareillages HTA (disjoncteurs ou interrupteurs ou
sectionneurs sous enveloppe métallique, que l’on trouve dans tous
les types de postes évoqués ci-dessus. La définition de ces appareil-
lages et leur fonction est donnée ci-après.
■ Rame (dénomination EDF) : deux tableaux de disjoncteurs HTA
embrochables sur jeux de barres dans un poste source (figure 2 ).
Chacun des tableaux, formant une demi-rame, comporte un disjonc-
teur arrivée transformateur, une cellule sectionnement, douze
disjoncteurs départ, deux disjoncteurs shunt, un disjoncteur de
protection des gradins de condensateurs et une cellule transforma-
teur de potentiel.
■ Source autonome de production : installation de production
électrique pouvant satisfaire les besoins d’un réseau de distribution
privé sans être nécessairement connecté au réseau du
concessionnaire.
■ Cellule : terme général désignant un appareil, disjoncteur ou
interrupteur, sous enveloppe métallique et ses moyens de raccorde-
ment au réseau.
■ Unité fonctionnelle : partie élémentaire d’un ensemble d’appa-
reillages assurant des fonctions simples (§ 5.1.3).
■ Le disjoncteur et l’ interrupteur sont des appareils capables
d’établir, de supporter ou d’interrompre des courants dans les
conditions normales des circuits (courant de charge), ainsi que
d’établir et de supporter des courants de court-circuit. Un disjoncteur
est capable de couper tous les courants de court-circuit (valeurs
typiques du courant maximal de court-circuit d’une installation : 10
à 50 kA) ; un interrupteur ne coupe des courants de court-circuit que
de valeurs très faibles (typiquement 500 à 1 500 A en coordination
avec des fusibles).

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■ Le sectionneur assure en position d’ouverture une distance
d’isolation, de sectionnement ; il a donc une tenue diélectrique au
franchissement supérieure au niveau d’isolement général d’une
installation.
■ L’ interrupteur-sectionneur est un interrupteur qui, dans sa
position d’ouverture, satisfait aux conditions d’isolement spécifiées
pour un sectionneur.
■ Le sectionneur de terre est utilisé pour mettre en court-circuit
et à la terre les parties d’un circuit. Il est capable de supporter et,
lorsque c’est spécifié, de fermer les courants de court-circuit ; mais
il n’est pas prévu pour supporter du courant en régime permanent.
■ Les normes suivantes, concernant les installations privées, sont
applicables :
— NF C 15-100 installations électriques BT ;
— NF C 13-100 postes de livraison établis à l’intérieur d’un bâti-
ment et alimentés par un réseau de distribution
publique de deuxième catégorie (HTA) ;
— NF C 13-200 installations électriques à haute tension ;
ainsi que le décret n
o
88-1056 avec la circulaire DRT 89-2 (ministère
du Travail et de l’Agriculture) avec les arrêtés correspondants.
2. Fonctionnalités
des postes rencontrés
sur les réseaux HTA
Sur le réseau de distribution électrique français, la valeur prédo-
minante de la tension HTA est de 20 kV. D’une façon générale, il est
fait une distinction entre les réseaux de distribution publique et les
réseaux propres aux utilisateurs privés (figure 1 ).
Nous ne mentionnerons pas, dans cet article, les appareils à
moyenne tension spécifiques des réseaux aériens tels que les inter-
rupteurs aériens télécommandés ou non. Ils ne font pas à propre-
ment parler partie de la catégorie des postes à moyenne tension,
bien que certaines des technologies qu’ils utilisent rappellent de plus
en plus celles des postes à moyenne tension. Quelques éléments
concernant ces matériels sont donnés dans l’article [D 4 220]
Réseaux de distribution. Conception et dimensionnement [1].
2.1 Réseaux de distribution publique
On trouve sur les réseaux de distribution publique divers types
de poste à moyenne tension. Chacun de ces postes joue un rôle
différent. On peut classer ainsi les postes par rapport aux fonctions
qu’ils assurent.
2.1.1 Postes sources HTB/HTA
Les postes HTB/HTA alimentent et protègent le réseau HTA (§ 5.1) ;
ils assurent l’abaissement de la tension et l’alimentation du réseau
HTA, en le protégeant par des disjoncteurs.
2.1.2 Postes HTA de structure
Les postes HTA de structure permettent l’exploitation du réseau
HTA. Ils sont placés dans le réseau et abritent des appareils de
coupure servant à fractionner les artères en tronçon pour faciliter
la recherche des défauts et permettre les isolements nécessaires à
certaines opérations d’exploitation.
Parmi les postes HTA de structure, on cite ceux qui suivent, dont
la description est donnée au paragraphe 5.2.
■ Les postes d’étoilement HTA /HTA permettent, à partir d’une
artère, de créer plusieurs extensions qui peuvent être isolées sépa-
rément par des interrupteurs-sectionneurs.
■ Les armoires de tronçonnement [armoires de coupure
manuelle (ACM)] renferment un interrupteur-sectionneur
permettant, pour un coût minime, de tronçonner une artère en deux.
■ Les armoires de tronçonnement et de dérivation [armoire de
coupure manuelle avec dérivation (ACMD)] permettent, en adjoi-
gnant à l’armoire précédente une dérivation séparable, de créer une
extension à partir du réseau principal avec une bonne souplesse
d’exploitation.
■ Les armoires de tronçonnement et de dérivation [armoire de
coupure à 3 commandes manuelles (AC3M)] sont semblables aux
armoires précédentes et comprennent trois interrupteurs-section-
neurs, deux sur l’artère principale et un pour pouvoir isoler la
dérivation.
■ Les postes de tronçonnement et de dérivation télé-
commandés permettent le tronçonnement télécommandé d’une
artère, depuis un point central. Ils abritent des appareils motorisés
que l’on appelle organes de manœuvre télécommandés (OMT).
Parmi les OMT, on peut citer :
—l’ interrupteur de poste télécommandé (IPT) ; on le trouve
nécessairement dans un poste HTA/BT, en général sur le réseau
souterrain ;
— l’armoire de tronçonnement avec action à distance ; cette
armoire de coupure télécommandée (ACT) est équivalente à l’ACM,
mais avec télécommande de l’interrupteur ;
— l’armoire de tronçonnement avec action à distance et
dérivation ; cette armoire de coupure télécommandée à 3 directions
(AC3T) est équivalente à l’AC3M, mais avec la télécommande des
interrupteurs ;
Figure 1 – Distinction entre réseaux de distribution publique
et réseaux privés

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— le disjoncteur réenclencheur en réseau (DRR) ; on le trouve
sur le réseau aérien ou le réseau souterrain en amont d’un réseau
aérien ; il permet de déporter dans le réseau les automatismes de
protection et de réenclenchement qui sont ceux d’un disjoncteur
de poste source.
2.1.3 Poste HTA/BT
Les postes HTA/BT assurent l’alimentation et la protection du
réseau BT (§ 5.3). On rencontre deux types principaux :
■ Les postes HTA/BT sur réseaux aériens sont très majoritaire-
ment représentés par les transformateurs sur poteau sans appareil
de coupure sur la HTA.
■ Les postes HTA/BT sur réseaux souterrains sont majoritaire-
ment représentés par les postes en cabine avec deux interrupteurs-
sectionneurs HTA pour manœuvrer sur l’artère et un interrupteur-
fusible en protection du transformateur.
2.2 Réseaux privés
Ils assurent la répartition de l’énergie électrique entre les différents
points d’utilisation d’une installation industrielle ou tertiaire néces-
sitant une puissance importante.
■ Dans le cas le plus général, leur alimentation est réalisée sépa-
rément ou simultanément (figure 1 ) :
— par un réseau de distribution publique, par l’intermédiaire d’un
poste de livraison ;
— par une source autonome d’énergie (centrale électrique).
L’énergie électrique est normalement fournie par le réseau de
distribution publique, les sources autonomes de production étant
généralement utilisées en secours ou en appoint. Cependant, sous
certaines conditions, les excédents d’énergie fournis par les sources
autonomes de production peuvent être absorbés par le réseau de
distribution publique.
Les réseaux privés sont peu étendus et, de ce fait, leur impédance
propre étant faible, les courants de court-circuit aux différents point
d’utilisation sont très voisins de celui de la source de courant qui
les alimente. Pour cette raison ils ne sont pas maillés.
Les éléments qui les constituent (jeux de barres, liaisons en câbles,
etc.) peuvent éventuellement être doublés pour réaliser des
systèmes redondants améliorant le taux de disponibilité de l’installa-
tion. Les coûts d’investissement correspondants sont alors plus
élevés et la recherche de la solution optimale nécessite éventuelle-
ment une étude de fiabilité prenant en compte les risques de
défaillances et les opérations de maintenance.
La présence d’une source autonome de production peut engendrer
des courants de court-circuit très différents selon que l’installation
est alimentée :
— par le réseau de distribution publique seul ;
— par la source autonome de production seule ;
— par les deux couplés en parallèle.
D’une façon générale, ces installations sont réalisées en fonction
des dispositions architecturales des bâtiments et des locaux qu’elles
desservent et adaptées aux besoins de l’utilisateur. Les seules règles
à respecter en la matière sont celles imposées par les normes et la
réglementation en vigueur.
■ Il est néanmoins recommandé de concevoir et de réaliser ces ins-
tallations à partir d’une structure logique (figure 1
), qui fait
apparaître :
— une structure source comprenant :
• les sources de courant (poste de livraison, postes de centrale
électrique),
• des liaisons électriques,
• des équipements d’interconnexion entre les sources de
courant constitués par des tableaux et les liaisons électriques ;
— une structure de distribution , alimentée depuis l’installation
source , et comprenant :
• des liaisons,
• des tableaux de distribution,
• les transformateurs HTA/HTA ou HTA/BT eux-mêmes alimen-
tés depuis les tableaux de distribution.
■ On définit ainsi une hiérarchie des équipements électriques
comportant :
— des postes de la structure source , raccordés aux sources de
courant ou assurant l’interconnexion entre ces sources, équipés
d’appareils de coupure (disjoncteurs) asservis à des protections élec-
triques assurant une sélectivité correcte avec les protections propres
aux sources de courant ;
— des postes de la structure de distribution alimentant les circuits
d’utilisation par l’intermédiaire de transformateurs eux-mêmes
généralement protégés par des fusibles.
■ Ces équipements sont reliés par des canalisations électriques
que l’on peut également classer par ordre d’importance et qui
comprennent :
— des liaisons d’alimentation et d’interconnexion des postes de
la structure source, dimensionnées en fonction des puissances à
transporter et des courants de court-circuit susceptibles d’apparaître
dans les conditions les plus défavorables (elles peuvent éventuelle-
ment être doublées par sécurité) ;
— des liaisons de distribution alimentant les tableaux de distribu-
tion depuis les tableaux sources.
3. Aspects économiques
Les postes jouent un rôle majeur dans la conception d’un réseau,
public ou privé. De leur bonne adéquation et de leur fonctionnement
dépend largement la fiabilité de ce réseau. C’est sur les postes que
vont se concentrer bien souvent les frais et charges d’entretien du
réseau ; il convient donc d’en tenir compte pendant leur conception
et leur réalisation.
3.1 Réseaux publics
Le but recherché par le distributeur est d’améliorer la qualité de
fourniture de l’électricité à la clientèle, au moindre coût.
■ Des études technico-économiques sont menées au niveau
national , pour définir les grandes orientations en terme de concep-
tion des réseaux (structures, nouveaux matériels à développer, etc.).
Dans ce cadre, le développement de matériels achetés en quantité
avec un coût total élevé fait de plus en plus l’objet d’une démarche
d’analyse de la valeur (analyse fonctionnelle, prise en compte du coût
global d’une installation et pas seulement de son coût d’achat) et
d’études de fiabilité.
■ Au niveau local , pour décider du mode d’alimentation de clients
ou du renouvellement d’un ouvrage, on compare plusieurs solutions
techniques qui répondent au problème posé sur une période donnée
correspondant généralement à leur durée de vie. Dans certains cas
(raccordement d’un simple client BT par exemple), la solution tech-
nique à mettre en œuvre est suffisamment évidente pour ne pas
nécessiter d’étude technico-économique.

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3.2 Réseaux privés
L’étude technique d’un réseau privé est toujours associée à une
étude économique permettant d’évaluer l’investissement et, éven-
tuellement, la rentabilité des différentes solutions qui peuvent être
proposées. Les critères pris en compte sont essentiellement les coûts
d’investissement, d’exploitation et la sécurité de fonctionnement.
Dans ce contexte, les opérations de maintenance sont prises en
compte, sachant que tout manque d’entretien peut conduire à des
arrêts d’exploitation coûteux.
Une surabondance de matériel entraîne simultanément un risque
supplémentaire de défaillance et un investissement exagéré qui
peuvent remettre en cause le projet. Il est donc indispensable de
concevoir des schémas simples , complétés par des dispositions
assurant un niveau de sécurité suffisant.
Le prix de l’énergie électrique , qu’elle soit achetée au réseau de
distribution publique ou produite par une centrale autonome,
intervient d’une façon importante dans les coûts d’exploitation d’une
installation. Une étude précise des besoins tenant compte des
fluctuations journalières et saisonnières de la consommation permet
de choisir le tarif d’achat le plus économique et de souscrire, dans
chaque tranche tarifaire, les puissances les mieux adaptées aux
nécessités de l’exploitation.
4. Besoins et contraintes
formalisés dans un cahier
des charges
4.1 Généralités
Préalablement à toute réalisation, il est nécessaire de constituer
un cahier des charges définissant les conditions générales
d’utilisation.
Les dispositions à préciser comprennent notamment :
— les besoins à satisfaire (puissance, disponibilité de l’installa-
tion, maintenabilité, exploitation...) ;
— les normes de référence et les textes réglementaires ;
— les caractéristiques du réseau d’alimentation ;
— la qualité d’alimentation demandée par les usages particuliers
de l’électricité ;
— les contraintes d’installation et d’environnement.
Dans le cas d’un réseau privé, il convient, en outre, de déterminer :
— la répartition des points d’utilisation et les consommations
correspondantes envisagées ;
— la présence ou non d’une centrale électrique imposée soit par
la réglementation, soit par une nécessité d’exploitation.
Les mêmes principes s’appliquent aussi bien à un distributeur
d’énergie électrique pour la conception de son réseau qu’à son
utilisateur privé. Ce que ce dernier considère comme une utilisation
constitue un client pour le distributeur.
4.2 Besoins et qualité pour l’alimentation
des usages particuliers de l’électricité
■ Dans le cas d’une installation de distribution publique , les
équipements servent d’interface entre le réseau d’alimentation et les
utilisations. À ce titre, l’installation doit prendre en compte les carac-
téristiques du réseau d’alimentation ainsi que les besoins liés aux
utilisations.
●
Les caractéristiques du réseau d’alimentation à prendre en
compte sont :
— le niveau de tension ;
— la qualité de la fourniture (variations de tension, coupures
brèves ou longues, harmoniques, flicker...) ;
— la puissance de court-circuit.
●
Les besoins liés aux utilisations permettent de définir les carac-
téristiques électriques nécessaires pour leur alimentation :
— niveau de tension ;
— puissance réellement installée et puissance souscrite ;
— puissance de court-circuit aux différents points de l’utilisation ;
— variations de tension tolérées ;
— compensation de l’énergie réactive et tenue de la tension ;
— immunité des machines aux perturbations (creux de tension,
coupures brèves, coupures longues, harmoniques, flicker...) ;
— réglementation liée à la sécurité des installations [immeubles
de grande hauteur (IGH)), établissements recevant du public
(ERP), hôpitaux, installations classées...].
■ Dans le cas d’une installation privée , on tient compte également
des valeurs des pointes de courant susceptibles d’apparaître au
démarrage de certains appareils.
Le raccordement d’une installation privée sur un réseau de distri-
bution publique implique, en outre, diverses contraintes en raison
notamment des perturbations de tension qui peuvent apparaître du
fait des conditions atmosphériques (coupures de courant ou
surtensions). Certains équipements tels que l’appareillage informa-
tique ou l’électronique de puissance sont très sensibles à ces
perturbations.
Lorsque l’installation comporte une centrale électrique fonc-
tionnant couplée au réseau de distribution publique, l’apparition
d’une perturbation de tension, même de très courte durée, peut
entraîner la rupture du synchronisme des machines et engendrer des
incidents mécaniques graves. Il est alors indispensable de prévoir
des protections de découplage susceptibles de séparer l’installation,
ou la partie d’installation concernée, du réseau le plus vite possible
et ce dès l’apparition de la perturbation.
4.3 Maintenabilité
L’utilisateur doit définir le niveau de maintenabilité des installa-
tions en fonction :
— de ses besoins de disponibilité ;
— des moyens de dépannage ou de secours qu’il est susceptible
de mettre en œuvre ;
— de la qualification des exploitants.
Les interventions de maintenance se répartissent en :
— entretien courant , qui correspond à de la maintenance systé-
matique ou à de la maintenance curative de premier niveau
comprenant des réglages ou des interventions simples, par exemple
échanges de fusibles ;
— maintenance programmée , qui correspond à de la maintenance
systématique de deuxième et éventuellement de quatrième niveau
comprenant les vérifications périodiques, le nettoyage des appareils
et le remplacement systématique des pièces d’usure ;
— dépannage , qui correspond à de la maintenance curative de
troisième niveau concernant les interventions consécutives aux
incidents qui peuvent survenir en cours d’exploitation.
Ces interventions imposent éventuellement des coupures de
courant, donc des contraintes qui doivent être prises en compte lors
de la conception des installations à travers l’étude de fiabilité et de
disponibilité.
Les types et le niveau de maintenance souhaités par les utilisateurs
doivent être définis en fonction des besoins réels. Les niveaux et
les types de maintenance sont présentés dans la norme NF X 60-010.