Un nouveau poste urbain HTA/ BT de distribution publique intégré à son environnement

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1 Un nouveau poste urbain HTA/ BT de distribution publique intégré à son environnement Mots clés M11 Postes urbains, Distribution publiques, Environnement. Par V. Murin 1, P. Lauzevis 2 1 EDF R&D, Laboratoires de Matériels Électriques 2 EDF GDF Services, Délégation Réseau Électricité Pour répondre au mieux à l évolution du contexte de la distribution d électricité en France, EDF a adapté sa gamme de postes HTA/BT de distribution publique. Cette évolution, qui se traduit par de nouvelles exigences techniques, économiques et sociétales, a conduit EDF à développer un nouveau palier : le Poste Urbain Intégré à son Environnement (PUIE). 1. Objectifs et enjeux Les postes de distribution publique constituent l'interface entre le réseau moyenne tension (15 et 20 kv) et le réseau basse tension (400 V). De par leur nombre et leur position, ces postes jouent un rôle stratégique dans la maîtrise et la commande du réseau de distribution publique. Afin de répondre au mieux aux exigences sociétales actuelles, un nouveau palier de postes HTA/BT a été développé. Outre une maîtrise toujours optimisée des coûts d achats, de maintenance et d exploitation, il doit offrir toutes les fonctionnalités nécessaires à la bonne conduite du réseau et ce, avec un souci constant de la sécurité et de l environnement. L essentiel Pour faire face à l évolution du contexte de la distribution d électricité en France, EDF développe actuellement un nouveau palier de postes urbains HTA/BT de distribution publique. Ces postes, en cours de qualification, sont conçus et optimisés afin de répondre aux caractéristiques et contraintes spécifiques des réseaux urbains souterrains ou mixtes. On retiendra que la conception doit particulièrement prendre en compte la nécessité d une plus forte maîtrise des coûts de distribution du kwh, l amélioration de la qualité de fourniture, l amélioration de la sécurité des biens et des personnes, et la diminution de l impact environnemental. L objet du présent article est de présenter le nouveau Poste Urbain Intégré à son Environnement appelé aussi PUIE. Initié par le lancement en des postes au sol simplifié (PSS A et PSS B) pour les zones rurales, ce palier est maintenant en phase d achèvement avec le développement, en , du nouveau Poste Urbain Intégré à son Environnement ou PUIE destiné aux zones urbaines. La nouvelle gamme de postes de distribution d EDF devient donc complète en couvrant l ensemble des besoins (zones urbaines et rurales). 2. Le Poste Urbain Intégré à son Environnement (PUIE) Le développement du PUIE répond non seulement à l extension toujours croissante des zones urbaines mais aussi à une augmentation de la consommation Synopsis EDF has developed a new range of public distribution MV/LV urban substations. These substations have been designed according to specific constraints of urban networks. Their qualifications are in progress. The main features to be reminded about the design are the need for a better control of distribution costs, the improvement of the quality of the supply, the improvement in the safety of property and persons and of course, the reduction of the impact on the environment. The target of this article is the presentation of a new urban substation integrated to its environment: the PUIE.

2 d électricité et ce, malgré les politiques incitant à sa maîtrise Définition Le PUIE répond à une spécification fonctionnelle qui est autoporteuse (la Pr HN 64-S-56 de février 2002) et il est en conformité avec la norme CEI des «Postes préfabriqués Haute Tension/ Basse Tension». Il est basé sur le concept «tout en un» qui permet aux constructeurs non seulement d innover mais aussi de rationaliser leur gamme de postes. Pour que la liberté de conception qui leur est laissée soit encore plus grande, aucune dimension n est imposée au niveau des différents composants et les seules exigences sur le poste sont une hauteur inférieure à 2,60 m pour une surface maximale de 10 m² audessus de laquelle un permis de construire devient obligatoire. De même, aucune interchangeabilité n est demandée aux différents composants du poste à l exception des départs Basse Tension pour lesquels cette propriété est jugée fondamentale par les exploitants de réseaux. De plus, cette fonction ne nécessite aucun nouveau développement puisqu elle existe déjà dans le PSS. Le PUIE est donc une «boite noire», alimentée en entrée par 2 lignes souterraines Moyenne Tension 24 kv 400 A, qui fournit, en sortie, jusqu à 8 départs Basse Tension. Il existe en deux puissances : 400 et 630 kva avec la possibilité d une surcharge ponctuelle de 50 % par rapport à sa puissance assignée. L intérêt d une telle surcharge est de pouvoir répondre sans difficultés aux fortes pointes de consommation tout en ayant un réseau qui ne soit pas surdimensionné par rapport à la puissance moyenne délivrée Fonctions du poste préfabriqué Les principales fonctions de ce poste sont : le raccordement et la coupure du réseau HTA ; la transformation de la tension HTA/BT ; la protection coupure du transformateur ; la distribution et la protection de la basse tension (avec une interface de raccordement permettant la séparation physique avec l'aval du transformateur) ; la télécommande des organes de coupure ; la détection des défauts HTA ; la ré-alimentation Basse Tension et son dispositif passe-câbles ; l'éclairage public ; l'éclairage interne ; l'interface pour courant porteur en ligne (CPL). Ce poste préfabriqué comporte, outre une enveloppe, trois ensembles fonctionnels : un appareillage haute tension HTA ; un transformateur HTA/BT associé à un dispositif de protection-coupure ; un appareillage basse tension. Ces sous-ensembles peuvent être assemblés de différentes manières. Citons les deux solutions les plus intuitives : Soit chaque ensemble fonctionnel est par construction indépendant. Ceci nécessite donc l existence de deux dispositifs de séparation physique (ouverture, sectionnement, mise à la terre et en court-circuit) afin de rendre réalisables en toute sécurité les interventions d'exploitation. Le premier est situé entre l'appareillage haute tension et le transformateur HTA/BT et le second entre le transformateur HTA/BT et l'appareillage basse tension. Soit l'appareillage haute tension et le transformateur HTA/BT forment un tout indissociable. L exploitant ne peut alors plus intervenir sur la fonction transformateur seul sauf pour modifier le rapport du régleur de prise. Cette configuration nécessite alors uniquement un dispositif de séparation en amont de l'appareillage BT afin de permettre les opérations d'exploitation. Un exemple de schéma unifilaire est donné en figure 1 avec 3 scénarii de configuration possible.

3 Prise de courant 24 kv 400A conformes à la C Interface de raccordement Prise de courant Détecteur de défaut HTA Eclairage poste Eclairage public CPL BT 1 Protection Coupure transfo intégrée ou non 400 kva et/ou 630 kva 2 3 Pmax = 400 kva tableau BT 800 A ou tableau BT 1200 A Pmax = 630 kva tableau BT 1200 A Les départs BT sont interchangeables Interface de réalimentation normalisée Scénario A : association de 1 et 3 Si chaque ensemble fonctionnel est par construction indépendant et si des interventions d'exploitation sont possibles, deux dispositifs de séparation physique (ouverture, sectionnement, mise à la terre et en court-circuit) 1 et 3 sont nécessaires. Scénario B : uniquement 3 Bloc insécable appareillage haute tension + transformateur HTA/BT (scénario C) Si les ensembles fonctionnels appareillage haute tension et transformateur HTA/BT forment un tout indissociable, le dispositif de séparation physique 3 est nécessaire. Scénario C : association de 1 et 2 Si l'ensemble fonctionnel de protection coupure du transformateur HTA/BT est accessible, un dispositif de séparation physique 1 et un dispositif de mise à la terre et en court-circuit 2 sont nécessaires. Figure 1. Exemple de schéma unifilaire du Poste Urbain Intégré à son Environnement Conception du poste et de ses ensembles fonctionnels Le poste Par sa forme, ses dimensions et sa couleur, le PUIE est discret et bien intégré dans son environnement. De type préfabriqué, il est entièrement assemblé et contrôlé en usine. Le PUIE est livrable sur site prêt à l emploi (transport par route), complètement équipé et prêt à être raccordé aux réseaux HTA et BT. Ceci permet une grande facilité de mise en œuvre et d adaptation au sol lors de l installation sur le lieu d implantation. Afin de réduire au mieux son impact sur l environnement, il dispose d une cuve de rétention

4 capable de contenir la totalité du diélectrique liquide. Pour faciliter son exploitation, le PUIE comporte deux coffrets d éclairage public (confidentialité comptage/distribution), un détecteur de défaut HTA installé à demeure et un éclairage interne. Enfin, pour assurer la sécurité des biens et des personnes, le poste est équipé de : une ceinture équipotentielle éliminant ainsi le risque des tensions de pas et de contact dangereuses ; un circuit de mise à la terre auquel chaque masse métallique du poste est raccordée ; une protection électrique contre les contacts directs par un degré approprié IP23D ; une protection contre les défauts internes tant portes fermées que portes ouvertes L appareillage HTA Il permet l interface entre le réseau de distribution moyenne tension HTA et le poste HTA/BT. Afin de réduire au maximum la maintenance sur le poste et de l utiliser dans tout type d environnement climatique (bord de mer, montagne ), l appareillage HTA est insensible à son environnement c està-dire qu il ne génère aucune ligne de champ électrique dans l air ambiant. Il comprend, entre autres : 2 unités fonctionnelles «arrivée interrupteur» d intensité assignée 400 A dont celle de gauche est motorisable en option (télé-conduite du réseau) ; un dispositif de raccordement des câbles arrivée par traversées embrochables 400 A ; une commande à manœuvre indépendante de l interrupteur HTA ; des systèmes indicateurs de présence de tension ; un système de détection des défauts HTA ; un dispositif de raccordement au transformateur HTA/BT ; le dispositif de protection-coupure du transformateur si celui-ci n est pas intégré au transformateur ; un coffret d interface de télécommande d interrupteur HTA et son alimentation (en option). Afin d assurer la sécurité des personnes manœuvrant l appareillage HTA ou se trouvant à sa proximité, des dispositions constructives sont prises en regard à : la protection de l exploitant contre les contacts directs avec les pièces sous tension par un degré de protection approprié (IP2XC) ; la protection contre les défauts internes (franchissement de la distance de sectionnement, amorçage interne dans l appareillage ou au niveau des prises de courant, non coupure de l organe de coupure) ; le pouvoir de fermeture sur court-circuit des sectionneurs de terre ; la sûreté des indicateurs de position ; la robustesse des commandes mécaniques qui sont simples et ne nécessitent pas d entretien Le transformateur HTA/BT De puissance 400 ou 630 kva, ce transformateur nouvelle génération a vu, entre autre, ses pertes modifiées et son niveau sonore abaissé de 2 db. Il est surchargeable pendant 3 heures à 150 % de sa puissance assignée et sa déconnexion automatique du réseau est assurée par un dispositif de protection coupure triphasée. Ce dispositif, qui peut être intégré soit au sein même de la cuve du transformateur, soit dans l appareillage HTA, agit en présence d une avarie du transformateur pour : empêcher toute manifestation extérieure (fonction protection). Il ne doit se produire ni incendie, ni projection de matière, ni fuite de diélectrique liquide ou de gaz, ni propagation d'un arc électrique de l'intérieur vers l'extérieur de la cuve ; limiter et éliminer les courants circulant dans le transformateur (fonction coupure avec déconnexion triphasée). Ce dispositif doit être coordonné non seulement avec les protections BT situées à son aval mais aussi avec celles situées en amont du poste PUIE (disjoncteur HTA du poste source concerné). En effet, en aucun cas les matériels situés en amont ne doivent être dégradés et le réseau HTA d'alimentation perturbé L appareillage BT L appareillage BT du poste PUIE doit permettre d effectuer les opérations d exploitation, de contrôle et de maintenance en toute sécurité (IP2X), hors tension ou sous tension, depuis sa face avant. En particulier, les opérations de connexion et

5 déconnexion des conducteurs des départs sont possibles sous tension, hors charge, lorsque sont appliquées les méthodes de travaux sous tension. Ce tableau BT comporte entre autres : un interrupteur de coupure général d intensité 800 ou 1200 A ; huit unités de départ de distribution publique 400 A et un départ supplémentaire 400 A destiné à l alimentation de branchements temporaires tels que chantiers, fêtes foraines, etc. ; un départ d éclairage public d intensité 90 A alimentant le coffret d éclairage public encastré dans l enveloppe du poste ; une prise de courant pour le branchement d équipements électriques mobiles. Il alimente : le circuit d éclairage du poste ; l interface de télécommande de l interrupteur du tableau HTA du poste ou le détecteur de défaut HTA ; un éventuel concentrateur équipant le poste pour la transmission de courants porteurs en ligne basse tension en vue de besoins de communication entre le distributeur et les clients alimentés, comme par exemple la télérelève. Enfin, ce tableau BT dispose, en aval de son interrupteur de coupure générale, d interfaces de raccordement. La ré-alimentation provisoire de l ensemble des départs BT issus du poste est alors possible et les opérations nécessitant l ouverture la boucle HTA peuvent être réalisées sans interruption de la fourniture électrique basse tension. 3. Les avantages de ce nouveau palier de postes urbains Le développement du Poste Urbain Intégré à son Environnement a été initié afin de répondre aux besoins suivants : 3.1. Une maîtrise optimale des coûts En choisissant un transformateur qui peut être surchargé à 150 % de sa puissance assignée et dont les pertes ont été revues, on optimise la puissance installée en réseau, ce qui réduit le coût d investissement du distributeur. On espace aussi les mutations de transformateurs pour adaptation à la charge, ce qui permet une réduction des coûts d exploitation Une amélioration de la qualité de fourniture et de la continuité de service En sauvegardant l alimentation des clients alimentés à partir des autres postes HTA/BT raccordés sur le même réseau HTA, le transformateur et son dispositif de protection-coupure participent à l amélioration de la qualité de fourniture. Il en est de même du système autorisant la réalimentation basse tension du poste par une source auxiliaire. Cette fonction contribue non seulement à la qualité de la fourniture du produit électricité mais aussi à la satisfaction du client et donc à l amélioration de l image de marque du distributeur Une prise en compte encore accrue de la sécurité des personnes et des biens Afin de répondre au mieux à ce critère, il a été intégré dès la phase de conception du produit. Pour exemple, citons : la protection contre l accès aux parties dangereuses tant au niveau du public (enveloppe IP23D) qu au niveau de l exploitant (matériels accessibles de degré IP2X) et ce même en cas de ré-alimentation du poste par une source auxiliaire (passe câble IP1X) ; la protection contre les défauts internes dont le poste pourrait être le siège. Différents essais sont ainsi réalisés afin de vérifier qu il en maîtrise parfaitement les conséquences Une intégration optimale dans son environnement L impact environnemental est minimisé grâce à l emploi de ce transformateur nouvelle génération mais aussi par l existence systématique d une cuve de rétention capable de contenir la totalité du diélectrique liquide. De plus, de par sa forme, ses dimensions et sa couleur, le PUIE doit être discret et bien intégré dans son environnement Un usage aisé Que la manœuvre se fasse de l intérieur ou de l extérieur du poste, selon le concept développé par le constructeur, celle-ci s effectue toujours en position debout. Une attention particulière a été portée à la connexion facile des câbles d entrée et de sortie du poste. De même, l échange à l identique

6 des différents éléments a été pris en compte dès la conception afin de faciliter leur remplacement. Il faut aussi noter la possibilité de commander à distance l appareillage HTA Quel intérêt pour le constructeur? Cependant il ne faudrait pas s arrêter aux seuls avantages vus du côté du distributeur : le constructeur qui choisit de développer un tel produit dégage lui aussi des bénéfices tels que : une rationalisation de sa gamme de produits. Il peut tout à fait utiliser ce produit tant en France qu à l étranger ; la vente d un ensemble packagé qui intègre tous les composants fabriqués par un seul et même groupe ; la possession d un marché captif où lui seul peut intervenir puisque seul le matériel qu il a choisi peut être installé dans le poste qu il a conçu. En effet, aucune exigence n est demandée quant aux dimensions des différents ensembles fonctionnels si ce n est que le poste préfabriqué doit s intégrer dans son environnement et que son installation ne doit pas nécessiter de permis de construire (h < 2,60 m et S < 10 m 2 ) ; la réalisation d économies d échelle en ne proposant par exemple qu une seule et même enveloppe avec de surcroît le même tableau BT 1200 A pour les deux gammes de puissance. 4. Conclusions et perspectives Le PUIE, tout en intégrant les dernières technologies développées dans les domaines tant de la HTA que de la BT et de la HTA/BT, offre aux constructeurs et aux opérateurs de réseaux de nombreuses possibilités de réduction de leurs coûts. Son industrialisation devrait être possible dès l année prochaine. Le PUIE sera alors un produit innovant, parfaitement adapté aux nouvelles demandes du marché.

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