Alimenter-Réseau national

SI - Alimenter – Réseau national page 1/25 Classe : 2 STE

FONCTION ALIMENTER : RESEAU NATIONAL

I. Introduction

Pour être acheminée depuis les centres de production vers les consommateurs, l’électricité emprunte deschemins 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’énergieélectrique.

Type de ligneTension

alternative DomaineTension

alternativeAncienne dénomination Nouvelle dénomination

Usage

Très Haute Tension(THT) 400kV ou 225kV Haute Tension B

(HTB) >50 000VTransport d’énergieélectrique à longue distanceet international

Haute Tension(HT) 90kV ou 63kV Haute Tension A

(HTA) 1kV <U< 50kVTransport d’énergieélectrique distant, industrieslourdes, transport ferroviaire

Moyenne Tension(MT) 30kV, 20kV ou 15kV Basse Tension B

(BTB ) 500<U<1000

Transport et distributiond’énergie électrique enlocal : industries, PME,services, commerces

Basse Tension (BT) 400V, 230V Basse Tension A(BTA) 50<U<500V 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 deconsommation. Il permet aussi les échanges d’énergie avec les pays voisins. Pour assurer les transits surde 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 lespoints de départ du réseau de répartition qui achemine un courant à Haute Tension (HT) vers les centresdistributeurs 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,tertiaire, particuliers) en moyenne tension (MT) puis en basse tension (BT).

III.4. Schéma général de la production, du transport et de la distribution.

IV. Transport en haute tension

Le réseau électrique national s'étend sur des milliers de kilomètres de lignes électriques. Ces lignes sontconstituées de câbles métalliques très longs qui sont des conducteurs électriques imparfaits. Ainsi, lorsquedes courants électriques de forte intensité traversent ces câbles, une partie de l'énergie transportée esttransformée en chaleur par effet joule et donc perdue. Afin de limiter ces pertes d'énergie, il est nécessairede diminuer l'intensité du courant donc d'augmenter la tension aux bornes de la ligneL’énergie produite par les différents sites de production doit être acheminée sur tout le territoire. Cetacheminement 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 sontconstituées de conducteurs nus en alliage d’aluminium et de supports (pylônes). Leur diamètre augmenteavec la puissance à transporter.

Tension kV Distance entre phases (m) Distance du sol (m)225 6 11400 10 13

Elles sont composées de câbles; elles transportent essentiellement du courant alternatif triphasé. Onregroupe 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’unepartie conductrice centrale en cuivre ou en aluminium, l’âme du câble, entourée d’une gaine isolante enmatière 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 foissupérieur à l’aérien en HT et 5 à 7 fois en THT.

Centralehydraulique

Centralethermique

Centralenucléaire

PRODUCTION TRANSPORT

Poste d'interconnexion

Transformateur 400 kV / 225 kV

400 kV

400 kV

HTB / HTA

DISTRIBUTION

SidérurgieONCFMines

Livraison enHTA (20 kV)

20 kV

TransformationHTA/BT

Réseau BT 230 / 400 V


V. Mouvements d’énergie

Il faut qu'à chaque instant la puissance demandée par les abonnés soit égale à la puissance fournie parONE. 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 varieégalement 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 etpilotent le réseau électrique, 24 heures sur 24. Pour cela,ils sont à l'écoute du réseau afin d'ajuster les offres deproduction aux demandes de consommation.

V.3. Postes d’interconnexion

V.3.1. Fonction V.3.2. Structure

Ils assurent la liaison entre les centrales deproduction d'énergie électrique et le réseaude transport et d'interconnexion.Des transformateurs de puissance permettentdes échanges d'énergie entre réseaux etdifférentes tensions.

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 urbaineVI.1. Réseau en zone ruraleCe sont essentiellement des lignes aériennes assez longues, assurant une distribution avec une faiblepuissance à des utilisateurs très dispersés.

VI.2. Réseau en zone urbaineI1 s'agit surtout de câbles souterrains, qui ne sont pas influencés par les intempéries (orage par exemple). Lapuissance installée est beaucoup plus importante par unité de surface.

Arrivée 1400KV

Arrivée 2400KV

Départ225KV

T1

T2

150/400KV

Départ150KV

225/400KV

Tp

Tp

Tc

Tc

S2 S3

S1 D1

2 jeux de barres

Tp : transformateur de potentielS1 : sectionneur de ligneTc : transformateur de courantD1 : disjoncteurS2-S3 : sectionneurs de liaison avec les 2 jeux de

barres


VI.2.1. Alimentation en simple dérivation ou en antenne

VI.2.2. Alimentation en coupure d’artère, « réseau en boucle »

Tous les postes HTA/BT sont branchés en dérivationSur 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, onpeut 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 avecpermutation automatique en cas de manque de tensionsur l'une des deux arrivées, ce qui permet d'assurer unegrande continuité de l'alimentation.

Cette disposition est surtout utilisée en souterrain etdans 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 dutransformateur 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 à36 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 afind'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.

À partir d'un poste-source alimenté par le réseau detransport d'énergie, une artère principale du 20 kVdessert des postes de transformation 20kV/400Vdisposés en multiples dérivations comme une grappe.

Remarque : Un défaut sur le réseau peut provoquerune coupure de courant chez tous les abonnésalimentés par l’artère principale


Toutes les masses métalliques du poste sont reliées à la terre. Pour l'intervention dans le poste, lesarrivées 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 poteauLe transformateur et l'appareillage sont fixes sur le poteau, l'alimentation est aérienne, le départ s'effectueen aérien ou en souterrain.

Protection : Cote haute tension, protection contre la foudre par éclateur. Cote basse tension, undisjoncteur protège le transformateur contre les surintensités.

Raccordement : Le transformateur est alimente en aérien, le départ BT s'effectue soit en aérien soiten souterrain.

VII.2.2. Postes préfabriqués monoblocsCes postes peuvent être soit en bas de poteau soit sur une plate-forme extérieure. Le raccordements'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.

VII.2.3. Postes d’intérieur.

Les postes avec cellules préfabriquées métalliques sont réalisésavec des cellules remplissant chacune une fonction.Exemple :

cellule d'arrivée; cellule de protection HT; cellule de protection BT (fusible + interrupteur);

Conception générale Poste sur poteau Poste préfabriqué

L'installation d'un poste de livraison en intérieur se justifielorsqu'on doit protéger l'appareillage HT et BT du postecontre les fortes variations de température, ou dans le cas depuissances importantes.On distingue les postes dont l'appareillage HT est sousenveloppe métallique, des postes équipés d'appareillage HTsans enveloppe; le matériel, dans ce dernier cas, est dit(ouvert).


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 postede livraison.

Les postes avec cellules préfabriquées métalliques ont pratiquement remplacé tous les postes maçonnésavec appareillage ouvert; ils présentent l'avantage d'une meilleure sécurité, et d'une mise en place rapide.

VIII. Transformateurs monophasés

VIII.1 Rôle

Les transformateurs sont utilisés pour adapter (élever ou abaisser) une tension aux besoins de l’utilisation.

VIII.2. Symbole

VIII.3. Principe de fonctionnement

Cellule deraccordement au

réseau HTA

Cellule de comptageet de protection

HTA

Cellule deprotection

et derépartition

Assemblage decellules

préfabriquéesayant chacune

un rôledéterminé

Adapter la tensionTension

d’alimentationTension d’utilisationPertes

Transformateur monophasé Transformateur triphasé

Circuit magnétique

Primaire Secondaire

Enroulement primaire Enroulement secondaire

Source U1U2 Charge


Il est constitué de 2 enroulements placés sur un circuit magnétique fermé.

Le primaire est alimenté par le réseau et se comporte comme un récepteur. Il crée un champ et un fluxmagnétique (t) alternatif) dans le circuit magnétique feuilleté.Le secondaire est soumis à la variation de ce flux, il est le siège d'une fem induite due à la loi de Lenz etalimente la charge.Un transformateur qui produit une tension plus grande est dit élévateur de tension, à l'inverse il est ditabaisseur de tension.

VIII.4. Transformateur parfait

VIII.4.1. Hypothèses simplificatrices

- Circuit magnétique fermé de perméabilité infinie (pas de fuites de flux et pas de pertes de fer).- Enroulements primaire et secondaire de résistance nulle (pas de pertes par effet joule dans les enroulements).

VIII.4.2. Relations entre les tensions

A chaque instant, chaque spire est traversée par le même flux magnétique.

Au primaire : u1 = - e1 U1 = - E1 = j ωN1 Φ (1)

Au secondaire : u2 = e2 U2 = E2 = - j ωN2 Φ (2)

On tire immédiatement :

Cette relation indique que les tensions u1 et u2 sont en opposition de phase.

La relation entre les valeurs efficaces U1 et U2 ne tient pas compte du déphasage :

m est le rapport de transformation du transformateur.

L’équation (1) donne en valeur efficace : U1 = E1 = ω N1 Φ= 2πf N1 Φmax /√2 = 4,44 f N1 Φmax

U1 = 4,44. f. N1.s.Bmax et U2 = 4,44. f .N2 .s.Bmax Formule de Boucherot

Où U, E (valeurs efficaces) en V, B (champ magnétique) en Tesla (T), s (section de fer) en m2 et f(fréquence) en Hz.

VIII.4.3. Relations entre les intensités

Bilan des puissances: S1= S2 = U1 I1= U2 I2 P1= P2 (transformateur parfait)P1=U1I1cos1 P2=U2I2cos2 et 12

Rendement : η= 1=PP

1

2

VIII.4.4. Schéma électrique équivalent et diagramme de Fresnel

Un transformateur parfait est alimenté au primaire par une tension sinusoïdale u1. Il alimente une chargeZc, telle que le courant i2 présente un déphasage d’un angle φ2 avec la tension u2.

u2

u1= -

e2

e1

N2

N1

= - = - m

m =U2

U1

m =U2

U1

=I1

I2

e2 = - N2dΦ

dt

e1 = - N1dΦdt


L’intensité du courant I2 dépend de la charge appliquée au secondaire, il en est de même pour le facteurde puissance cos φ2. Ces deux grandeurs imposent l’intensité du courant I1 appelé au primaire, ainsi quele facteur de puissance du primaire, sachant que φ1 = φ2.

VIII.5. Transformateur réel

En éliminant toutes les hypothèses précédentes :

VIII.5.1. Relations entre les tensions

Le circuit du primaire peut se mettre en équation comme suit : U1 = - E1 + R1.I1 + j L1 ω.I1

Le circuit du secondaire peut se mettre en équation comme suit : U2 = E2 - R2.I2 - j L2 ω.I2

VIII.5.2. Relations entre les intensités

La relation s’écrit :

Avec i10, intensité du courant absorbé par le primaire du transformateur à vide.

VIII.5.3. Comportement simplifié dans l'hypothèse de Kapp

L’hypothèse de Kapp permet de négliger le courant i10 vis à vis de i1 si bien que i1 et i2 sont dans le rapportde transformation.

VIII.5.4. Schéma équivalent simplif ié ramené au secondaire

Le modèle de Thévenin équivalent au transformateur vu du secondaire consiste à ramener tous les élémentsdu transformateur sur le circuit du secondaire. Connaissant la charge, il sera aisé de calculer les paramètresélectriques du transformateur complet.Les éléments R1 et X1 = L1ω peuvent être déplacés au secondaire en les multipliant par m2, ainsi :

Le secondaire se comporte comme une source de tension :

• de f.e.m U20 ;

• d'impédance ZS = (R2+m2 R1) + jω (L2 + m2 L1)

On peut écrire l'équation du transformateur ramenée au secondaire : U2 =U20 - (R2 + jL2ω)I2

2

1 U2

I2

U1

I1

i2i1

u1 u2 Z2m

-N2

N1

i2 = i1o – m i2i1 = i1o

L1R1i1

u1

e1

L2 R2 i2

u2

e2Lm RF

i10

- mi2


ZS, l’impédance équivalente aux deux éléments RS et XS

La tension e2 étant égale à – m.u1, sa valeur efficace est donc égale à U2o.

Le circuit du secondaire peut se mettre en équation comme suit : U2 =U20 - (RS + jXS)I2 (6)

VIII.5.5. Calcul approché de la chute de tension au secondaire :

Le calcul de la chute de tension peut être alors réalisé à l’aide d’une formule approchée :

ΔU2 = RSI2 cos φ2 + XSI2 sin φ2

VIII.5.6. Détermination des éléments RS et XS

Le transformateur réel est équivalent à un transformateur parfait associé à un modèle de Thévenin ausecondaire de fem Es = U20 = -mU1 et d'impédance Zs = Rs+jLsRs+ jXs .

avec Rs = Pj /I22 , Zs = mU1cc/I2cc et Xs = √ZS

2- RS2

VIII.5.7. Rendement du transformateur

Le transformateur est un élément essentiel de la chaîne de distribution de l'énergie électrique pour desréseaux de très grande puissance. Dans la recherche d'une optimisation des coûts, il est nécessaire deconnaître le rendement du transformateur.Le rendement d'un appareil est le rapport de la puissance restituée à la puissance fournie.

Pour le transformateur :

Remarque : le rendement est maximal lorsque pertes fer et pertes Joule sont identiques.

VIII.5.7.1. Mesure directe

Cette méthode consiste à mesurer avec deux wattmètres P1 et P2 . η = P2 / P1

VIII.5.7.2. Mesure par la méthode des pertes séparées

Deux essais particuliers du transformateur permettent de mesurer séparément les pertes par effet joule(Pj) et les pertes ferromagnétiques (Pfer).

m2 L1m2 R1i1

u1

e1

L2R2 i2

u2e2m

i1

u1

e1

LSRS i2

u2e2 = u20m mu1

Xs Rs i2

u2

ZS

Puissance disponible au secondaire

Puissance totale absorbée au primaireP2

P1η = =


Cette méthode consiste à évaluer les différentes pertes dans les conditions nominales d’utilisation.

Essai à vide : mesure des pertes fer

A vide le circuit secondaire est ouvert : I2 = 0 P2 = 0 et PJ2 = 0Bilan des puissances : P10 = PJ10 + Pfer.

Toute l’énergie absorbée au primaire est utilisée pour compenser les pertes fer et les pertes joules auprimaire.

Remarque : l’indice 0 (zéro) indique qu’il s’agit de valeurs à vide.

A vide I10 est très faible. Par conséquent PJ10 << P10 . Finalement : essai à vide P10 = Pfer

Complément : les pertes fer dépendent essentiellement du champ magnétique donc de la tension U1 et dela fréquence f. Comme ces deux grandeurs restent les mêmes à vide ou en charge, les pertes fer mesuréesà vide sont les mêmes que celles en charge.Il faut donc naturellement faire cet essai à la tension nominale (ex. U1N = 220 V).

Essai en court circuit : mesure des pertes joule

Le circuit secondaire est en court-circuit : U2 = 0 P2 = 0

Bilan des puissances : P1CC = PJ1CC + PJ2CC + Pfer.Toute l’énergie absorbée au primaire est utilisée pour compenser les pertes fer et les pertes joules.

Remarque : l’indice cc indique qu’il s’agit de valeurs mesurées en court-circuit.

En court-circuit, pour obtenir I2N, il faut travailler à très faible tension U1CC. Par conséquent Pfer est trèsfaible.

Finalement : essai en court-circuit P1CC = PJ

Essai en charge

Il faut choisir une charge appropriée pour travailler dans les conditions nominales de tension et decourant. On mesure P2.

Rendement :

I10

U1N U20

A W

V1 V2

I1CC

TensionréduiteU1CC

A

W

V

I2CC= I2n

P2

P1η = U2.I2 .cosφ2

U2.I2.cosφ2 + P10 +PJ=


IX. Transformateurs triphasésIX.1. Exemple de transformateurs

IX.2. Constitution

IX.2.1. Circuit magnétique

Le circuit magnétique canalise le flux magnétique. Il est constitué d’un empilage de tôles. Ces tôles sont :

Isolées entre elles par oxydation (diminutions des pertes par courant de Foucault) ; à cristaux orientés (diminution des pertes par hystérésis) ; assemblées en alterné pour limiter l’entrefer ( réductions des fuites magnétiques).

IX.2.2. Circuit électrique

Il comprend les enroulements primaires et secondaires ainsi que les éléments permettant les connectionsavec les circuits extérieurs. Pour les transformateurs triphasés, il y a 3 enroulements primaires et 3enroulements secondaires.

IX.2.3. Couplage

Comme tous les récepteurs triphasés, le primaire d’un transformateur peut avoir ses enroulements couplésen étoile ou en triangle. De la même façon, les bobines secondaires pourront être connectées en étoile, entriangle ou en zig- zag.Par convention :

- les bornes haute tension sont repérées par des lettres majuscules : A , B , C.- les bornes basse tension sont repérées par des lettres minuscules : a , b , c.

Transformateur de poteau 20 kV / 400 V Transformateur d’interconnexion de réseau

Culasse supérieure

Culasse inférieure


Y Couplage étoile

D Couplage triangle1ére lettre (majuscule)Couplage primaire Z Couplage zig-zag (nécessite des enroulements à point milieu)

2ème lettre (minuscule)couplage secondaire

y, d ou z Idem

3ème lettre N ou n Neutre sorti

Indice horaire 0, 1,2,…, 11 Retard de la BT sur la HT exprimé en multiple de 30°

IX.2.4. Indice horaire

Les conditions de couplage des enroulements primaires et secondaires ont aussi pour effet d’introduire undéphasage entre des tensions primaires et secondaires et homologues, c’est à dire apparaissant entre lesbornes désignées par des mêmes lettres (VA , Va) ou (UAB , Uab).

En pratique, le déphasage θ obtenu est toujours un multiple entier de ± 30°.

θ = retard d’une tension BT sur son homologue HT.

L’indice horaire I est : I = 0 ≤I≤11 (entier)

Exemple : Un indice horaire de 11 correspond à un retard de 11 x 30° = 330°

X. Protection des personnes et des matériels

X.1. Protection des personnes : Régimes de neutre

X.1.2. Défaut d’isolement.

Dyn11 Représentation de Fresnel

θ

π6

Id UL

Défaut

Soit UL : potentiel des masses.Ra : résistance de la prise de terre.Id : courant de défaut.

On a : UL = Ra x Id

Le potentiel UL ne doit pas dépasser :25 V en local humide.50 V en local sec.


C’est un contact entre un ou plusieurs des conducteurs actif (phase ou neutre) avec la masse ou la terre.

X.1.3. Les trois régimes de neutre.

Chaque régime est caractérisé par deux lettres :

1er lettre :T Neutre relié directement à la terre.I Neutre isolé ou relié à la terre par une impédance.

2e lettre : T Masse reliée directement à la terre.N Masse relié au neutre.

X.1.4. Régime TT

X.1.4.1. Caractéristiques.

Déclenchement des protections au 1er défaut. Le neutre du transformateur d’alimentation est relié à la terre. Les masses sont interconnectées et reliées à la terre.

X.1.4.2. Schéma.

Rd : résistance de défaut. Rd = 0,1Rn : résistance de prise de terre. Rn =10Ru : résistance de prise de terre des masses. Ru = 10

Uc = Ru x Id = 10 x 11,4 = 114 V Tension mortelle

X.1.4.3. Protection

Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection doivent êtreinterconnectées et reliées par un conducteur de protection (PE) à une même prise de terre.

La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : Ru . I∆n < UL I∆n : Courant de fonctionnement du dispositif de protection ; Ru : résistance de la prise de terre des masses ; UL : tension de contact limite : UL = 50V, 25V selon les locaux.

Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel.Dans ce cas, le courant I∆n est égal au courant différentiel résiduel du disjoncteur.

Id

Uc

Défaut

RuRn

Rd230V

Id = URd+Rn+Ru

= 2300,1+10+10

= 11,4 A


X.1.4.4. Emplacement des dispositifs différentiels

Toute installation TT doit être protégée par undispositif différentiel résiduel placé à l’origine del’installation.

X.1.5. Régime TN

X.1.5.1. Principe

Le neutre de l’alimentation est relié à la terre et les masses sont reliées au neutre.Tout défaut d’isolement est transformé en un défaut entre phase et neutre.Ce qui se traduit par un court-circuit phase neutre.

X.1.5.2. Régime TNC :

X.1.5.3. Régime TNS :

X.1.5.4. Boucle de Défaut

DRDR : Dispositif de détectiondifférentiel résiduel

PEN

Le conducteur de protection et le neutre sontconfondus en un seul conducteur PEN :Protection Electrique + NeutreSection des conducteurs actifs 10 mm²On utilise l’appareillage tripolaire.

PE

N

Le conducteur neutre est séparé duconducteur de protection électrique PE.

Utilisation de matériel tétra polaire.

Dans les deux cas, la protection doit êtreassurée par coupure au premier défaut.

PENId

Les prises de terre du neutre et des masses sontinterconnectées.En cas de défaut, un courant Id circule dans leconducteur PE ou PEN.

Court circuit donc Id est important.

Déclenchement des protections.


X.1.5.5. Caractéristiques :

déclenchement au premier défaut. répartition des prises de terre dans toute l’installation. défaut d’isolement phase/masse est transformé en défaut phase/neutre. aucune élévation du potentiel des masses.

X.1.5.6. ProtectionContre les surintensités, les dispositifs doivent répondre dans un temps très court (temps de coupurenormalisé).

Tension nominale Temps de coupure ( s )UL= 50 V UL= 25V

230 V 0,4 0,2400 V 0,2 0,06

Il faut pour le disjoncteur Id > Im (courant de déclenchement magnétique du disjoncteur). Il faut pour les fusibles Id > If (courant de fusion du fusible).

X.1.6. Régime IT :

X.1.6.1. PrincipeLe neutre est isolé de la terre, ou relié à la terre par une impédance.Les masses sont reliées à une prise de terre.X.1.6.2. Schéma

X.1.6.3. Boucle de défaut

X.1.6.1. Premier défaut

Rn

ZnRu

PERu : R de la prise de terre.Rn : R de la terre du neutre.Zn : Impédance d’isolement.

Rn

Zn

Id

Ru

PE

Le premier défaut est inoffensif. Id est très faible.Exemple de calcul :Zn = 2200 Rn = 10 - Ru = 10Id = V / Ztotal = 220 /(2200+10+10)Id = 0,1 ATension de défaut :Ud = Ru x IdUd = 10 x 0,1 = 1V Tension nondangereuseLa coupure n’est pas impérative.


X.1.6.2. Deuxième défaut

En cas de double défaut, il y a présence d’un fort courant de court circuit (entre phase) et d’une tensionde contact (Uc) dangereuse. Coupure automatique obligatoire.Deux cas se présentent : masses séparées : protection par dispositif différentiel : Régime TT. masses communes : protection contre les surintensités : Régime TN.

X.1.6.3. Caractéristiques. le premier défaut doit être signalé par un contrôleur permanent d’isolement (CPI), par un signal

sonore ou visuel. la coupure est obligatoire au deuxième défaut. un personnel de surveillance doit être capable de réparer au 1er défaut.

X.1.6.4. Fonctionnement du CPI

X.1.7. Choix du régime de neutre.

Cas où le régime de neutre est imposé (exemples):

Tous les régimes de neutre permettent de protéger les personnes, le matériel contre les contacts indirectspar coupure automatique de l’alimentation.

Type d’installation RdN ExempleBâtiment alimenté par un réseau dedistribution publique

TT CommercesHabitations

Etablissement d’enseignement avecateliers

TT Collège, LT, …

Salle d’opération IT Bloc opératoireCircuit de sécurité IT Eclairage de secours

Rn

Zn

Id

Ru

PEUc

Relais dedétection

SignalisationMesured’isolement

Cet appareil contrôle en permanence l’isolementdu réseau.Un générateur injecte du courant continu entre leréseau et la terre.a) Absence de défaut : le courant continu ne

circule pas entre le réseau et la terre.b) Présence de défaut : un faible courant est

débité sur le réseau et le relais actionne lesalarmes.

Cet appareil signale l’apparition du 1er défaut.


X.1.8. Récapitulatif.

Le régime de neutre TT est surtout utilisé dans la distribution publique d’énergie.La mise au neutre TN est surtout employée dans l’industrie.Le neutre isolé IT est installé pour des raisons de continuité de fonctionnement.

X.2. Protection des matériels

X.2.1. Défauts dans les installations électriques

Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par :- Les surintensités : surcharges ou courts-circuits- Les surtensions ou les baisses de tension

Perturbation Causes Effets Moyens deprotection

Surcharges

Dès que l'appareild'utilisation demande unepuissance plus importante.Ex: moteur électriquebloqué

Accroissement anormal ducourant absorbé, d'oùéchauffement lent maispouvant entraîner ladétérioration de l'installation.

FusibleRelais thermiqueDisjoncteur avecdéclencheurthermique

Suri

nten

sité

s

Court-circuit

Élévation brutale ducourant absorbé due à uncontact électrique entre 2conducteurs de polaritésdifférentes

Création d'un arc électrique,échauffement très importantpouvant entraîner la fusion desconducteurs, création d'effetsélectrodynamiques

FusibleDisjoncteur avecdéclencheurmagnétique

Surtensions

Augmentation brutale de latension due :à des contacts

accidentels avec la H.T,à des conditions

atmosphériques : coupde foudre.

Destruction des isolants. Relais de surtension,Parafoudre.

Baisses de tension Chute de tension tropimportante due à undéséquilibre du réseau.

Mauvais fonctionnement desrécepteurs (moteurs, matérielsinformatiques, …).

Relais à minimumde tension.

Désignation Règles ProtectionNeutre à la terre

TTMasses à la terre

Coupure automatiqueau 1er défaut

UL Ru x InAssurée par disjoncteur

différentiel

Mise au neutreTN

Masses reliées au neutre etneutre à la terre

Coupure automatiqueau 1er défaut

Défaut transformé en courtcircuit, phase/neutre,

protection par fusible oudisjoncteur

Neutre isoléIT

Masses à la terre

Coupure automatiqueau 2e défaut

Avertissement au 1er défautpar CPI


X.2.2. Dispositifs de protection.

X.2.2.1. Présentation générale.La détection des défauts des différents dispositifs de protection peut être liée:

à un effet thermique comme la fusion d'un fusible ou la rupture d'un contact d'un bilame(Ferro-nickel/invar).

à un effet magnétique: une surintensité provoque la fermeture d'un circuit magnétique ce quientraîne l'ouverture d'un contact.

La détection permet, par la même occasion, l'élimination des défauts.

Remarque : la séparation de deux pièces sous tension lors d'une coupure de courant entraînel'apparition d'un arc électrique. Pour réellement interrompre le courant, il va falloir couper cet arc.C'est ce qu'on appelle le soufflage de l'arc.

X.2.3. Fusibles.

X.2.3.1. DéfinitionAppareil de connexion dont la fonction est d'ouvrir par la fusion d'un de ses éléments calibrés à cet effet,le circuit dans lequel il est inséré et d'interrompre le courant lorsque celui-ci dépasse pendant un tempssuffisant une valeur précise.

X.2.3.2. ConstitutionLe principe du fusible est basé sur la création d'un point faible dans un circuit avec un conducteur dont lanature, la section et le point de fusion sont parfaitement connus. Cet élément se trouve noyé dans de lasilice (sable) qui a pour but de refroidir l'arc électrique lors de la fusion de l'élément fusible.

X.2.3.3. Différents types de fusiblesOn distingue plusieurs classes de fusibles:- classe gI et gG : protègent contre les surcharges et les courts circuits (usage général).- classe aM : fusibles d'accompagnement moteur qui protègent contre les courts-circuitsLes éléments fusibles peuvent se présenter sous forme de cartouches cylindriques ou de cartouchesà couteau.

Circuit magnétique fixe Bobine 1 intensité

Contact fixe

Contact mobile

Ressort de rappel

Circuit m agnétique mobile

Vis de réglagede l'intensité de déclenchement

Déclencheur thermiqueDéclencheur magnétique


X.2.3.4. Caractéristiques

Tension nominale : Un : 250, 400, 500, 660 V Courant nominal : In : c'est le calibre du fusible Courant de non fusion : Inf : Valeur du courant qui peut être supporté par l'élément fusible, pendant

un temps conventionnel, sans fondre. Courant de fusion : If : Valeur du courant qui provoque la fusion du fusible avant le temps

conventionnel. Durée de coupure : temps qui s'écoule entre le moment ou commence à circuler un courant

suffisant pour provoquer la fusion et la fin de fusion.

X.2.3.5. Représentation graphique des courants

Pouvoir de coupure : Courant maximal qu'un fusible peut couper sans que la tension de rétablissement neprovoque un réamorçage, les pouvoirs de coupures des fusibles sont élevés.

Exemple: Fusibles gG calibre 16 A, Un = 500 V PC = 80 kAFusible aM calibre 63 A, Un = 500 V PC = 170 kA

X.2.3.6. Choix d'un fusible

On choisit le calibre du fusible égal au courant :- À pleine charge de l'installation à protéger pour la classe gG.- Nominal du moteur à pleine charge pour la classe aM.

X.2.3.7. Fusibles moyenne tension.

Fusibles MT Fusarc de chez Schneider Electric .

Caractéristiques- tension assignée = 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 kV;- pouvoir de coupure = 20 – 32 – 40 – 50 - 63 kA ;- courant assigné: 6,3 - 10 - 16 – 20 – 25 - 31,5 – 40 - 50 – 63 - 80 -100 –

125 - 160 - 200 - 250 A.

X.2.4. Sectionneurs.

X.2.4.1. Définition

Le sectionneur est un appareil mécanique de connexion qui satisfait, en position d'ouverture, auxprescriptions spécifiées pour la fonction sectionnement. Le sectionnement consiste à séparer et à isolerélectriquement, suivant les critères de sécurité définis par les normes, une installation de son réseaud'alimentation.

Caractéristiquedu circuit

Caractéristiquedu fusible

Courantd'utilisation

Courantprésumé decourt-circuit

Courantnominal

In

Courantminimum

de coupure

Courantcoupé limité

Pouvoir decoupure

I [A]


La fonction sectionnement est réalisée au moyen de : Sectionneurs Interrupteur Sectionneurs Disjoncteurs et discontacteurs

X.2.4.2. Constitution générale

Les contacts principaux (Pôles) : Contacts à fermeture.Position ouverte : ils assurent le sectionnement de l'installation.Position fermée : ils supportent le courant du circuit principal.

Les contacts auxiliaires : 1 ou 2 contacts à fermeture(contact de précoupure).

Le contact auxiliaire de précoupure se raccorde en série avec la bobine du contacteur (Généralement, ilest placé dans l'en-tête du circuit de commande)

- Manœuvre d'ouverture : le contact auxiliaire s'ouvre avant le contact principal.- Manœuvre de fermeture : le contact auxiliaire se ferme après le contact principal.

En cas de manœuvre accidentelle en charge, il interrompt donc l'alimentation des bobines de contacteursavant l'ouverture des pôles du sectionneur.

X.2.4.3. Caractéristiques fonctionnelles

Le sectionneur est un appareil à rupture lente qui ne doit jamais être manœuvré en charge.

Les sectionneurs peuvent être munis de coupe-circuit fusibles en remplacement des tubes ou barrettes desectionnement, dans ce cas, le sectionneur portera le nom de sectionneur porte fusibles.

Caractéristiques des contacts principaux : Tension nominale assignée : 600 V, 1000 V Courant permanent maximal : 25, 50 … 500 A

Caractéristiques des contacts auxiliaires : Tension nominale assignée : 500 V Courant nominal thermique : 10 A

Remarque :Le sectionneur peut comporter un dispositif de condamnation par cadenas empêchant toute manœuvrenon autorisée. Verrouillage en position d'ouverture interdisant toute fermeture intempestive.

L'interrupteur sectionneurL'interrupteur est un appareil mécanique deconnexion capable d'établir, de supporter etd'interrompre des courants dans les conditionsnormales du circuit, y compris les conditionsspécifiées de surcharges de service, ainsi quede supporter pendant une durée spécifiées descourants dans les conditions anormalesspécifiées su circuits telles que celles ducourt-circuit.

Un mécanisme lié au dispositif de commande manuelle assure l'ouverture et la fermeture brusque descontacts indépendamment de la rapidité de manœuvre de l'opérateur.

X.2.5. Disjoncteurs.


X.2.5.1. Définition.

Un disjoncteur est un appareil de connexion électrique capable d'établir, de supporter et d'interrompre descourants dans les conditions normales du circuit, ainsi que d'établir, de supporter pendant une duréespécifiée et d'interrompre des courants dans des conditions anormales spécifiées telles que celles ducourt-circuit ou de la surcharge.

X.2.5.2. Approche matérielle

C'est l'association d'un ensemble de contacts avec un grand pouvoir de coupure et d'un système de détectionet de protection contre les surcharges et les courts-circuits.

X.2.5.3. Association avec d’autres fonctions

On peut associer un disjoncteur à : - fonction du sectionneur Distribuer- fonction du différentiel Protéger les personnes- déclenchement sur cde ATU Sécurité des personnes

X.2.5.4. Caractéristiques de déclenchement

X.2.5.4.1. Courbe de déclenchement.

C'est l'association de la courbe de déclenchement du relais thermique et de la courbe de déclenchement durelais magnétique

Courbe B.Protection des générateurs, des lignes degrande longueur, où il n’y a pas de pointesde courant. (Elle remplace la courbe L)Réglage de Im : 3 à 5 In.

Courbe C.Protection générale des circuits ; (elleremplace la courbe U)Réglage de Im : 5 à 10 In.

Courbe D.Protection des circuits à fort courantd’appel (primaires transformateurs BT/BT,moteurs,...).Réglage de Im : 10 à 14 In.

X.2.5.5. Classification des disjoncteurs

X.2.5.5.1. Disjoncteur divisionnaire.

La tendance est au remplacement des fusibles sur les tableaux de distribution d'abonnés par des disjoncteursmagnétothermiques

X.2.5.5.2. Disjoncteur de distribution B.T.

Pour la commande et la protection des circuits de moteurs et de distribution, il existe deux types de constructionde disjoncteurs.

I (A)

Td(temps de

déclenchementen secondes)

Courant denom déclenchement

Courbe du déclencheur thermique

Courbe dudéclencheur magnétique

Temps dedéclenchement

minimal dudisjoncteur Imaxi que peut couper

le disjoncteur( pouvoir de coupure )


Les disjoncteurs sous boîtier moulé de 32 à 1 250 A équipés de relais thermiquesLes disjoncteurs sur châssis métallique de 800A à 6300A.Ils sont le plus souvent à commande motorisée et munis de relais de protection électroniques.

X.2.5.5.3 Disjoncteur moyenne et haute tension.

Destinés à la protection des réseaux de distribution, et des postes de transformation, ces disjoncteursutilisent la coupure dans l’hexafluorure de soufre (SF6) pour l'isolement et la coupure.Remarque : Pour les disjoncteurs HTA. et HTB (jusqu’à 400KV) un pôle de disjoncteur est constitué deune ou plusieurs chambres de coupures.

X.2.5.6. Critères de choix.

Type (B, C ou D) : le choix se fait en fonction du type d’installation (domestique, distribution, moteur...).Calibre : L’intensité du calibre In (en A) doit comprise entre Ib et Iz.

Courant d'emploi Courant admissibledans la canalisation

Courant nominaldu dispositif de protection

Intensité dansla ligne (en A)

0

IB Iz

In

Il est impératif d’avoir :

IB In Iz

IB : Courant d’emploi : Il s’agit du courant nominal ou maximal de la charge.In : Courant nominal du dispositif de protection : Il s’agit du calibre en Ampères de la cartouche fusible.Iz : Courant admissible dans la canalisation : Il s’agit de l’intensité maximale autorisée dans la ligne.

Elle est fonction de différents paramètres tels que mode de pose de la ligne, température, etc.Nombre de pôles (4P, 3P,..) : IL est fonction du réseau et de la charge.Modèle (modulaire, compact,..) : Le modèle est principalement imposé par In.Tension nominale : Elle doit être supérieure ou égale à la tension du réseau.Pouvoir de coupure (kA): IL doit être supérieur au courant de court-circuit que l’on peut atteindre sur

la ligne.

XI. Mesure et comptage

XI.1. Mesures électriques sur les réseaux

XI.1.1. Principe

Disjoncteur sous boîtier moulé de32 à 1 250 A

Disjoncteur sur châssismétallique de 800A à 6300A

Disjoncteur unipolaire


Les données en provenance des capteurs placés sur le réseau sont traitées par l’unité de protection et decontrôle qui commande les actionneurs sur le réseau.

XI.1.2. Capteur de courant (TC)Ce sont des transformateurs de courant. Ils permettent :- D'adapter le courant à mesurer aux appareils de mesure.- D'isoler le circuit de puissance du circuit de mesure

Caractéristique : Courant primaire : 10, 15, …, 500 ACourant secondaire : 1 à 5 A

XI.1.3. Capteur de Tension (TP)Ce sont des transformateurs de tension et permettent:- d'adapter la tension aux calibres des appareils de mesures- isoler le circuit de puissance des circuits de mesures

Caractéristiques : Tension primaire : 3.5, 10, 20, 30 kV (H.T.A.)Tension secondaire : 100, 110 V (B.T.)

XI.1.4. Exploitation des mesures

Les valeurs d'intensité et de tension à la sortie des transformateurs (TC et TP) sont l'image exacte desvaleurs du réseau H.T.A.. Ces images sont exploitées pour le comptage de l'énergie, les mesures dedéphasages, de puissance, de courant, de tension. Elles sont aussi exploitées pour la protection despersonnes et des biens.

XI.2. Comptage

Les postes de comptage sont des équipements destinés à enregistrer et à maîtriser la fourniture de l'énergieélectrique.

XI.2.1. Pour les abonnés au réseau BT

Le poste de comptage est en limite de propriété, il est constitué d’un compteur d’énergie enregistrant laconsommation d'énergie.

I1

I2

I3

V1

V2

V3

TP

TC

Systèmede :MesureProtectionComptage

Réseau H.T.A. (20 kV)


XI.2.1.2. Principe de fonctionnement

Les compteurs d'énergie fonctionnentsur le principe des moteurs d'induction,et comportent des enroulementsparcourus par l'intensité I et par latension U. Le nombre de tours d'undisque est proportionnel à l'énergieconsommée dans le circuit.

XI.2.1.3. Branchement d'un compteur triphasé.

L'énergie active et l'énergie réactive sont mesurées selon lesmêmes principes que les mesures de puissances actives etréactives en triphasé. Pour les intensités supérieures à 64 A ondispose de transformateurs de courant.

XI.2.2. Pour les abonnés aux réseaux HT

XI.2.2.1. Possession d'un seul transformateur

Si le poste de livraison ne comporte qu'un seul transformateur (HT/BT - P maxi 1250 kVA), le comptages'effectue en basse tension (BT). La tarification tient compte des pertes du transformateur.

Avantages : économie en matériel et peu d'encombrement.

XI.2.2.2. Possession d'un ou plusieurs transformateurs

Si le poste de livraison comporte :

a : Alimentation simple ou double dérivation.b, c, d : Alimentation en coupure d'artère ou double dérivation.T : Transformateur de puissance.Tc : Transformateur de courant.


soit un transformateur de P> 1250 kVA, soit plusieurs transformateurs (courant assigné du poste HT 400 A),

Le comptage est réalisé sur la haute tension (HT).

Remarque : Ce type de comptage est plus coûteux car il nécessite des interfaces pour les mesures telsque :

transformateur de courant (TC), transformateur de potentiel (ou tension) (TP).

Schéma pour courant de base Ib ≥45A.Tp : Transformateur de potentiel.Tc : Transformateur de courant

Alimenter-Réseau national

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