S1.3 LA DISTRIBUTION

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1 S1.3 LA DISTRIBUTION POSTES DE TRANSFORMATION ET TRANSFORMATEURS 1 ) LES POSTES DE TRANSFORMATION 1.1) Postes de livraison HTA/BT 1.2) Procédures d exploitation 2 ) LES TRANSFORMATEURS 2.1 ) Constitution 2.2 ) Caractéristiques des transformateurs Savoir S1.3 S3.1 S5.1 S5.2 Niveau de Maîtrise /07/13 page 1 / 13

2 FICHE CONTRAT COURS TRANSFORMATEURS THEME : PRODUCTION TRANSPORT DISTRIBUTION Nom : Prénom : Capacités Fonctions Compétences C1 S INFORMER C3 COMMUNIQUER Organisation Mise en Service Organisation C1-2 : Associer les éléments réels d une installation aux symboles graphiques normalisés. C1-8 : Identifier et repérer dans les ressources documentaires les procédures normatives qui permettent la mise en service d'une installation C3-2 : Signaler les difficultés rencontrées dans l'exécution de la tâche C3-4 : Rendre compte oralement ou par écrit Savoirs associés S1.3 : Distribution Transformation de Tension S3.1 : Canalisations Électriques S5.1 : Le Risque Électrique S5.2 : Formation et Habilitation MISE EN SITUATION Les transformateurs sont un élément clé de la distribution de l'énergie électrique. Élévateurs à la sortie des centres de production d'énergie, ils permettent de limiter les pertes et chutes de tension en ligne. Abaisseurs à l'approche des consommateurs, ils permettent de délivrer l'énergie électrique à une tension supportable pour les appareils et récepteurs, mais aussi pour garantir des procédures de sécurité électrique raisonnablement acceptables. Nous allons voir dans ce cours des éléments de technologie de ces transformateurs. 25/07/13 page 2 / 13

3 I. Postes de transformation En France il existe plus de postes de transformation qui permettent de passer de la tension V (HTA) en triphasé 230/410V (BT) 1.1) Postes de livraison HTA/BT En fonction des besoins en énergie électrique des utilisateurs, il existe différents postes de livraison d énergie : - le logement individuel utilise l énergie BT distribuée par le réseau EDF de 3 kva à 36 kva - pour les usages professionnels entre 36 kva et 250 kva, la desserte se fait en BT à partir des postes HTA / BT - pour les puissances supérieures à 250 kva, la livraison de l énergie se fait en 20 kv (HT) ou plus selon la puissance envisagée Conception générale d un poste Un poste de livraison reçoit de l énergie du réseau HTA, la transforme en BT et assure la protection des personnes, du matériel, le comptage de l énergie et ne doit pas perturber le réseau amont de distribution. 25/07/13 page 3 / 13

4 1.1.2 Postes sur poteau Le transformateur et l appareillage sont fixés sur le poteau, l alimentation est aérienne ; le départ s effectue en souterrain ou en aérien. a) Protection Postes sur Poteau Du côté haute tension, la protection contre la foudre est assurée par des parafoudres, un interrupteur à fusibles protège le transformateur contre les court-circuits. Du côté basse tension, un disjoncteur assure la protection contre les surintensités. b) Transformateurs utilisés Les puissances sont de 25, 50, 100 kva, les tensions au secondaire de 230V entre phase et neutre, 400 V entre phase, tensions en charge Schéma d un poste sur poteau 25/07/13 page 4 / 13

5 1.1.3 Postes préfabriqués Ces postes peuvent être soit en bas de poteaux, soit sur une plate-forme extérieure. Le raccordement s effectue par câbles soit au réseau aérien, soit au réseau souterrain. Schéma d un poste préfabriqué Ces postes sont très compacts et leur mise en place très rapide. Le tableau BT comporte soit un interrupteur avec fusibles soit un disjoncteur avec coupure visible. La puissance du transformateur est comprise entre 160 kva et 1000 kva. Ces postes sont en général munis d un tableau de comptage et le transformateur est protégé côté HT Postes d intérieur L installation d un poste de livraison en intérieur se justifie lorsqu on protéger l appareillage HT ou BT du poste contre les fortes variations de température ou lorsque les puissances sont importantes. Schéma d un poste d intérieur On distingue les postes dont l appareillage HT est sous enveloppe métallique et les postes équipés d appareillage HT sans enveloppe. Dans ce dernier cas, le poste est dit ouvert, cette disposition est de moins en moins utilisée. 25/07/13 page 5 / 13

6 1.2) Procédures d exploitation Dans toute installation de haute tension (HTA), il faut veiller continuellement à assurer : - la continuité du service - la sécurité des personnes, des biens, de l installation. Pour remplir ces conditions, il est nécessaire d avoir prévu à la construction du poste : - les manœuvres à accomplir en cas d accident - le personnel habilité à accomplir ces manœuvres - les consignes à appliquer. Cet ensemble de mesures est regroupé dans les procédures d exploitation Couplage Pour satisfaire des conditions d exploitation telles que : - demande supplémentaire en énergie - transfert d énergie, on peut être amené à coupler une autre arrivée HTA sur la distribution ou à coupler un transformateur supplémentaire ou à s alimenter avec un groupe de secours, moteur thermique entraînant un alternateur. Couplage d un alternateur de secours Coupure Il s agit soit d une coupure en cas défaut, soit d une coupure volontaire pour une intervention sur l installation. A) Coupure en cas de défaut - le défaut peut être externe au poste de transformation ; dans ce cas, la coupure s effectue automatiquement par le système de protection. - le défaut peut être interne au poste de transformation ; dans ce cas il faut isoler le poste de toute alimentation et relier les parties normalement en HTA à la terre, à l aide du sectionneur de terre 25/07/13 page 6 / 13

7 B) Coupure volontaire Il s agit d intervenir sur l installation pour une réparation ou une modification et dans ce cas on doit : - couper l arrivée du courant à l aide de l appareil de commande situé en amont (disjoncteur, sectionneur) - couper le courant en aval (disjoncteur) - relier le circuit HTA à la terre - effectuer les condamnations en utilisant les verrouillages à clés Verrouillages d exploitation L utilisateur d une distribution doit pouvoir effectuer certaines interventions : changer des fusibles, intervenir sur le transformateur. Pour cela il doit faire une coupure en aval et une coupure en amont : - couper le circuit - l isoler du réseau - effectuer la mise à la terre Pour être certain que toutes ces conditions sont bien réalisées, on utilise des verrouillages avec des clés sur les organes de manœuvre du matériel. Il s agit d interdire toute manœuvre de remise en service intempestive. 25/07/13 page 7 / 13

8 2 ) Les transformateurs Pour éviter les pertes par effet Joule, dans les lignes de transport ou de distribution d énergie électrique, on doit élever le tension. On résout ce problème en utilisant des transformateurs élévateurs ou abaisseurs de tension qui fonctionnent en courant alternatif. 2.1 ) Constitution Constitution générale Le transformateur est une machine d induction qui comporte principalement deux circuits. Principe général d un transformateur a) un circuit magnétique Son rôle est de canaliser le flux d induction, il est réalisé en matériaux magnétiques sous forme d empilage de tôles d acier au silicium. Plus les tôles sont de qualité, meilleur est le rendement. b) un circuit électrique Il comporte deux parties distinctes : - l enroulement basse tension situé près du noyau du circuit magnétique et bobiné sur un cylindre isolant, - l enroulement haute tension. Pour éviter des différences de potentiel très fortes entre les spires d extrémité, on réalise cet enroulement sous forme de bobines plates ou galettes empilées les unes sur les autres et montées en série Le refroidissement 25/07/13 page 8 / 13

9 Suivant les puissances et les conditions d utilisation, on trouvera des transformateurs à refroidissement naturel ou forcé par des ventilateurs. Les calories émises par le transformateur sont véhiculées à l extérieur par un fluide caloporteur, isolé et ayant de bonnes qualités de conduction thermique. Deux types de refroidissement sont employés actuellement : - les transformateurs immergés dans une cuve contenant de l huile qui assure le transfert des calories entre le transformateur et la cuve munie d ailettes - les transformateurs à refroidissement dans l air : les bobinages sont imprégnés de résines synthétiques et en contact avec l air ambiant. Refroidissement par ventilateurs Transformateur immergé Classification des transformateurs a) petits transformateurs ils ont des puissances de moins de 1 kva en général monophasés b) transformateurs spécialisés ils ont des puissances de 1 à 25 kva, soit en monophasé, soit en triphasé c) transformateurs de distribution - transformateurs sur poteaux de kva - transformateurs dans des postes de distribution 100 à 2000 kva d) transformateurs pour le transport et la distribution ils ont des puissances de 2000 kva à 1350 MVA e) transformateurs spéciaux ce sont des transformateurs pour les postes de soudure à l arc, les fours à induction, les transformateurs de mesure, etc. 25/07/13 page 9 / 13

10 2.2 ) Caractéristiques des transformateurs Un transformateur de distribution est défini par ses caractéristiques électriques et ses caractéristiques de construction Caractéristiques électriques a) puissance assignée C est la puissance appelée par l utilisation qu un transformateur peut effectivement fournir, sans échauffement anormal. On l appelle aussi puissance nominale. Gamme de puissance : kva b) tensions assignées Généralement les transformateurs de distribution sont abaisseurs, c est-à-dire qu ils sont alimentés en HTA et qu ils délivrent une basse tension en 230 / 400 V Exemple de tensions : - Primaire : tension assignée : 15kV - Secondaire : tension assignée : 230 / 410 V c) fréquences Elles sont de 50 Hz ou de 60 Hz d) Courant assigné C est le courant que le transformateur peut débiter à pleine charge, on l appelle aussi courant nominal. Exemple : transformateur de 400 kva, courant assigné secondaire 563 A e) Tension de court-circuit C est la tension à laquelle on alimente le transformateur, pour effectuer un essai en mettant le secondaire en court-circuit et en faisant débiter le courant nominal au secondaire. La valeur de tension de court-circuit permet d effectuer des calculs de rendement. 25/07/13 page 10 / 13

11 2.2.2 La plaque signalétique Sur la plaque on trouve : a) les caractéristiques principales - les références du constructeur, le numéro de fabrication, la date, le poids - la puissance apparente S (VA) du transformateur - la tension primaire U1 (V) et le courant primaire I1 (A) - la tension secondaire U2 (V) et le courant secondaire I2 (A) - le couplage (exemple : Dyn11) - la tension réduite de court-circuit Ucc (%) - les tensions d essai d isolement b) les indices horaires A chaque couplage des enroulements primaires et secondaire correspond un indice horaire (de 30 en 30 ), soit 12 déphasages différents. 25/07/13 page 11 / 13

12 2.2.3 Les couplages des transformateurs Pour des raisons de continuité de service, ou de variation journalières ou saisonnières de consommation d énergie, il est intéressant de pouvoir coupler deux ou plusieurs transformateurs en parallèle. Pour effectuer le couplage de deux sources différentes, il faut respecter les conditions suivantes : - Puissance : la puissance totale disponible est la somme des puissances des transformateurs. Si les puissances des transformateurs sont différentes, la puissance du plus gros transformateur ne doit pas dépasser deux fois la puissance du plus petit. - Réseau : les transformateurs sont alimentés par le même réseau - Connexions : mêmes longueurs de connexion surtout côté BT - Même indice horaire de couplage des enroulements - Tension de courts-circuits égales à 10% près - Tension secondaires très peu différentes selon la charge a) couplage des enroulements - couplage étoile - couplage triangle 25/07/13 page 12 / 13

13 - couplage zig-zag - le couplage zig-zag donne une meilleure répartition des tensions en réseau BT équilibré b) désignation des couplages Elle s effectue par deux lettres et un nombre (exemple : Dy11) 25/07/13 page 13 / 13