Cours 11. Les réseaux électriques (partie 1)

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1 Électricité du bâtiment Cours 11 Les réseaux électriques (partie 1) Chapitres 46 et 47 du manuel 1

2 Les réseaux électriques (partie 1) Configuration générale d un réseau électrique Réseau électrique du Québec Transport de l énergie électrique Organisation d un réseau de transport d énergie électrique Types de ligne Tensions normalisées Distribution de l énergie électrique Postes de transformation et d interconnexion HT et BT Appareillage d un poste de transformation Disjoncteurs Interrupteurs à cornes Sectionneurs Sectionneurs de mise à la terre Parafoudres Réactances Exemple Réseau souterrain de centre-ville Exemple Lignes de distribution moyenne tension (MT) Coordination de la protection Coupe-circuit à expulsion dirigée Disjoncteur à réenclenchement automatique Autosectionneur 2

3 Configuration générale d un réseau électrique 13,8 kv Disjoncteurs Sectionneurs Parafoudres Très haute tension 345 kv à 765 kv Alternateur Transformateurs élévateurs triphasés Haute tension 115 kv à 230 kv Lignes de transport Compensateur statique Industries Moyenne tension 2,4 kv à 69 kv Voisins Compensateur synchrone Sectionnement, Réactances shunt Transformateurs Transformateurs Interconnection, Transformateurs Transformateurs Lignes de ditribution Basse tension: 120/240 V monophasé à 600 V triphasé Résidences Petites industries 3

4 Le réseau d Hydro-Québec: Le réseau électrique du Québec Puissance installée totale: MW Production: 61 centrales hydroélectriques (puissance variant de moins de 100 MW à 5616 MW) centrales thermiques (2 à gaz et 24 diesels: 704 MW) 15 parcs éoliens (1349 MW) Postes: 516 Lignes aériennes et souterraines: Transport: km Distribution: km Réseau d'hydro-québec (Production et transport) 20/12/2013 ELE1409 H13-Cours-11 4

5 Transport de l énergie électrique Organisation d un réseau de transport d énergie électrique : Le réseau de transport et de distribution doit satisfaire les exigences suivantes: Assurer au client la puissance dont il a besoin. Fournir une tension stable (±10% de la tension nominale). Assurer une fréquence stable (± 0,1 Hz). Fournir l énergie à un prix acceptable. Maintenir des normes de sécurité rigoureuses. Veiller à la protection de l environnement. Catégories de réseaux: Le réseau de transport (115 kv à 765 kv). Il comprend les centrales ainsi que les lignes et les postes de transformation issus de celles-ci. Le réseau de répartition (115 kv à 315 kv). Il comprend les lignes de transport et les postes de transformation intermédiaires entre le réseau de transport et le réseau de distribution. Le réseau de distribution comprend les lignes et les postes de transformation servant à alimenter les clients. Ce réseau est composé de deux parties: le réseau de distribution à moyenne tension (2,4 kv à 69 kv) et le réseau de distribution à basse tension (120 V à 600 V). 5

6 Transport de l énergie électrique Les lignes électriques : Le genre de ligne utilisée dépend des facteurs suivants: La puissance réelle à transporter. La distance de transport. Le coût. L esthétique, l encombrement et la facilité d installation. Types de ligne: Les lignes de distribution à basse tension (BT). Les lignes et filage installés à l intérieur des édifices, des usines et des résidences (tensions inférieures à 600 V). Les lignes de distribution à moyenne tension (MT). Les lignes qui relient les clients aux postes de transformation principaux de fournisseur (tensions comprises entre 2,4 kv et 69 kv). Les lignes de transport à haute tension (HT). Les lignes qui relient les postes de transformation principaux aux centrales de génération (tensions inférieures à 230 kv). Les lignes de transport à très haute tension (THT). Les lignes qui relient les centrales hydrauliques éloignées aux centres d utilisation (longueurs jusqu à 1000 km et tensions jusqu à 765 kv). 6

7 Transport de l énergie électrique Tensions normalisées: Basses tensions (BT): Trois fils: 120/240 V (monophasé), 480 V, 600 V. Quatre fils: 120/208 V, 277/480 V, 347/600 V. Moyennes tensions (MT): Trois fils: 2400 V, 4160 V, 4800 V, 6900 V, V, V, 34500V, V, V. Quatre fils: 7200/12470 V, 7620/13200 V, 7970/13800 V, 14400/24940 V, 19920/34500 V. hautes tensions (HT): Trois fils: V, V, V, V. Très hautes tensions (THT): Trois fils: V, V, V, V. Approuvé par le Conseil des normes IEEE (04/09/75), ANSI-C84-1a-1973 et C

8 Distribution de l énergie électrique Appareillage d un poste de transformation et d interconnexion HT et MT Lignes de distribution à moyenne tension (MT) Systèmes de distribution à basse tension (BT) Installation électrique à l intérieur des bâtiments 8

9 Poste de transformation et d interconnexion HT et MT Appareillage d un poste de transformation et d interconnexion HT et MT: Disjoncteurs Sectionneurs Sectionneurs de mise à terre Interrupteurs à cornes Parafoudres Réactances d artères Transformateurs de mise à la terre Transformateurs Transformateurs de tension et de courant 9

10 Disjoncteurs: Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Appareils qui peuvent interrompre des courants importants, normaux ou de défaut. Commandés sur place par bouton-poussoir ou télécommandés ou réagissent automatiquement à un dépassement de valeur prédéterminée. Les disjoncteurs les plus répandus sont: Disjoncteurs à l huile Disjoncteurs à air comprimé Disjoncteurs au SF 6 Disjoncteurs à vide La plaque signalétique d un disjoncteur indique le courant nominal de régime permanent, le courant de rupture (compris entre 10 et 20 fois le courant nominal de régime permanent), la tension nominale et le temps d ouverture en cycles (entre 3 et 8 cycles à 60 Hz). 10

11 Interrupteurs à cornes: Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Appareils qui peuvent couper les faibles courants capacitifs des lignes de transport ou les courants d excitation des transformateurs, mais qui ne peuvent pas interrompre les courants de charges normaux. Sectionneurs: Appareils qui n ont aucun pouvoir de coupure, ils ne permettent d ouvrir un circuit qu en l absence de tout courant. Ils servent à isoler les lignes et les disjoncteurs des autres parties du réseau, en vue d une réparation par exemple. Sectionneurs de mise à la terre: Interrupteurs de sécurité qui isolent un circuit et qui, grâce à leur mise à la terre, empêche l apparition de toute tension sur une ligne pendant les réparations. Parafoudres: Appareils destinés à limiter les surtensions imposées aux transformateurs et machines électriques par la foudre et par les manœuvres de commutation. La partie supérieures du parafoudre est reliée à un des fils de la ligne à protéger et la partie inférieure est connectée au sol par une mise à la terre de faible résistance, généralement de moins d un ohm. 11

12 Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Réactances d artères: La réactance d artère permet de limiter le courant de défaut à une valeur inférieure au courant de rupture du disjoncteur. Son impédance doit être faible pour éviter une chute de tension excessive en charge normale. Transformateur de mise à la terre: Ce transformateur permet d ajouter un fil neutre à un réseau triphasé à trois fils ce qui le convertit en réseau triphasé à quatre fils. 12

13 Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Exemple de poste de transformation- le poste de la Suète: Alimenté par trois ligne différentes à 220 kv. Comprend six transformateurs triphasés de 36/48/60 MVA, 220 kv/24,9 kv, Y. Les primaires des transformateurs sont munis de commutateurs de prises allant jusqu à ± 15%, avec réglage automatique en charge. Du côté MT, le neutre est obtenu au moyen d un transformateur zigzag de mise à la terre, poue alimenter des charges monophasées à une tension de 14,4 kv. Du côté HT, des disjoncteurs à faible volume d huile sont utilisés, dont le pouvoir de coupure est de 32 ka. Du côté MT, les disjoncteurs sont à bain d huile avec un pouvoir de coupure de 25 ka. Chacune es artères triphasées est protégée par un disjoncteurs de 400 A avec un pouvoir de coupure de 12 ka. Ce poste occupe une superficie de 225 m x 170 m et est entièrement automatique Il alimente un territoire d environ 5 km de rayon avec des immeubles d habitation, des centres commerciaux, des édifices à bureaux, un campus universitaire et de petites industries. 13

14 Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Exemple du le poste de la Suète: Distribution MT 36 artères triphasées de 24,9 kv (30 actives, 6 de secours), 17,3 MVA chacune, ce qui correspond à un courant de 400 A. Chaque artère est munie de trois réactances qui limitent à 12 ka, le courant de défaut à la terre. Quelques-unes de ces artères sont souterraines, les autres sont aériennes ou aéro-souterraines. 14

15 Réseau souterrain de centre-ville Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Réseau souterrain MT avec des tensions de 4 kv à 25 kv. À Montréal, il y a puits d accès comportant joints. Transformateurs MT/BT. Sectionneurs, disjoncteurs, systèmes de mise à la terre. Câbles et appareils étanches et à l épreuve de l eau. 15

16 Postes de transformation et d interconnexion HT et MT Exemple de distribution BT: Sainte-Foy 120/240 V monophasé avec neutre à la terre. Pour les installations domiciliaires et pour des puissances monophasées allant jusqu à 150 kva. Des transformateurs monophasés de 14400/ V sont utilisés. Leurs puissances sont comprises entre 10 kva et 167 kva. Ils sont habituellement accrochés aux poteaux. 600/347 V triphasé étoile avec neutre à la terre. Pour les industries, les grands immeubles, les centres commerciaux, etc., dont la puissance est généralement inférieure à 2000 kva et parfois jusqu à 5000 kva. Avec trois transformateurs monophasés 14400/347 V. 16

17 Lignes de distribution MT Généralités sur les défauts (courts-circuits) et la protection: Les courts-circuits sont d origines diverses: branches cassées, glace, équipement défectueux, fils conducteurs qui se touchent, etc. Les études statistiques montrent qu au moins 85% des courts-circuits sont temporaires et ne durent qu une fraction de seconde. Ces études révèlent que 70% des courts-circuits sont entre un fil neutre et la terre et que les courts-circuits impliquant les trois phases sont rares. Les méthodes de protection reposent sur ces statistiques et sur le fait que l on doit assurer aux clients une continuité de service acceptable. 17

18 Coordination de la protection: Lignes de distribution MT La coordination de la protection permet d éviter qu un courant de court-circuit ne provoque pas l ouverture simultanée de tous les dispositifs de protection sur les lignes qui mènent, directement ou indirectement au court-circuit. Une bonne coordination doit faire ouvrir seulement les dispositifs de protection situés le plus près du court-circuit et laisser intacte le reste du réseau. Un bon ajustement du courant de déclenchement et du temps d ouverture de chacun de ces dispositifs permet de protéger le ligne et appareillage associé, tout en restreignant au stricte minimum le nombre de clients affectés par le défaut. La connaissance avec une bonne précision des intensités des courants de défaut possibles et des caractéristiques des fusibles et des disjoncteurs est nécessaire pour la coordination de leurs actions par rapport au temps. 18

19 Lignes de distribution MT Les principaux dispositifs de protection pour les lignes MT: Le coupe-circuit à expulsion dirigée: C est un fusible monté sur un poteau que l on peut débrancher à l aide d une perche de ligne. Peu coûteux, ils est utilisé pour protéger les transformateurs et les embranchements monophasés. Le disjoncteur à réenclenchement automatique (recloser): Ce dispositif ouvre le circuit lors de l apparition d un défaut et le referme après un délai compris entre une fraction de seconde et quelques secondes, deux ou trois fois selon l ajustement des dispositifs de commande interne. Si le défaut ne disparaît pas après ces tentatives, le disjoncteur ouvre le circuit en permanence et une équipe de réparation doit aller sur les lieux pour le réarmer. L autosectionneur (sectionaliser): Pour simplifier la coordination de la protection, un autosectionneur ouvre après un nombre déterminé d opérations successives d un disjoncteur à réenclenchement automatique situé en amont. L autosectionneur n a aucun pouvoir de coupure et doit ouvrir pendant l intervalle où le disjoncteur à réenclenchement automatique est lui même ouvert. 19