Baccalauréat Sciences et techniques de l industrie et du développement durable. TRANSPORT ET DISTRIBUTION DE L ENERGIE

Transcription

1 1/ Introduction : L'électricité circule depuis le lieu où elle est fabriquée (centrales de production) jusqu à l endroit où elle est consommée, par l intermédiaire d un réseau de lignes électriques aériennes ou souterraines. Il permet de transporter et de distribuer l'énergie électrique sur l'ensemble du territoire français et même vers d'autres pays d'europe. Il est organisé à la manière d un réseau routier avec ses grands axes, ses axes secondaires et ses échangeurs : le réseau de transport joue le rôle du réseau des autoroutes et des routes nationales. le réseau de distribution joue celui du réseau des routes départementales. Pour passer d'un réseau à un autre, les postes de transformation jouent le rôle d'échangeurs. En France, l'énergie électrique est acheminée vers environ 33 millions de consommateurs (particuliers, professionnels, industrie, collectivités territoriales ), dont les besoins sont très variés. La consommation varie donc en permanence au cours de la journée et de l'année. Comme l'électricité ne peut pas se stocker, la production doit être ajustée à cette consommation. Centrale de Penly (Seine-Maritime) Pylône dans la région de Penly (Seine-Maritime) 1

2 2/ Organisation des réseaux : Le réseau français d'acheminement de l'énergie électrique est organisé en 2 niveaux : le réseau de transport et le réseau de distribution. 1. Le réseau de transport et de répartition : Il transporte l'énergie électrique des centres de production, les centrales électriques, aux zones de consommation : à l échelle nationale, via le réseau de grand transport et d'interconnexion, vers : o les grandes zones de consommation, o les pays frontaliers : Italie, Espagne, Allemagne, Belgique, Suisse et Royaume- Uni (par le câble sous-marin IFA 2000) afin d assurer la stabilité du réseau, la sécurité d approvisionnement, les échanges commerciaux. Station de conversion du courant alternatif-continu des Mandarins (Pas-de-Calais) pour l'interconnexion France/Royaume-Uni 2

3 Les grandes puissances transitées imposent des lignes électriques de forte capacité de transit, ainsi qu'une structure maillée (ou interconnectée). Les réseaux maillés garantissent une très bonne sécurité d'alimentation, car la perte de n'importe quel élément (ligne électrique, transformateur ou groupe de production) n'entraîne aucune coupure d'électricité. État normal Coupure d'une ligne : l'énergie se répartit différemment Sans correction : l'incident s'aggrave, la zone va finir hors tension Avec correction : optimisation de la répartition de l'énergie entre les lignes par modification de la topologie du réseau puis à l échelle régionale et départementale, via le réseau de répartition, vers : o les agglomérations, o les entreprises fortement consommatrices comme la SNCF, la RATP, ou les industries (chimiques, sidérurgiques et métallurgiques). Le réseau de répartition peut avoir une structure à la fois maillée et bouclée suivant les régions considérées. Il est souvent bouclé dans les régions faiblement consommatrices. 3

4 Cela représente km de lignes Très Haute Tension (THT) et Haute Tension (HT), exploitées, entretenues et développées par Réseau Transport Electricité (RTE). À volts, les lignes THT permettent de limiter les pertes d énergie pour le transport de quantités très importantes d électricité sur de longues distances. Grâce à des postes de transformation, la tension est ensuite abaissée à (THT), (HT) ou volts (HT) pour acheminer l électricité en quantité moindre et sur de plus courtes distances. Poste de transformation de Portet Saint-Simon (Haute-Garonne) 2. Le réseau de distribution : Exploité, entretenu et développé par Électricité Réseau Distribution France (ERDF), il permet de transporter l'énergie électrique à l échelle locale, des centres de distribution vers le client final : les petites et moyennes entreprises, les villes, les grandes surfaces, les commerces, les artisans, les particuliers... 4

5 Il peut exister localement des sources de production qui injectent de l'électricité sur le réseau (éolien, microcentrales hydrauliques, photovoltaïques...). Grâce à des postes de transformation, la HT ( ou volts) est abaissée en Moyenne Tension ( volts) ou Basse Tension (400 ou 230 volts). Au total, transformateurs relient les km de lignes MT aux km de lignes BT, dont sous terre. A noter que selon l'appellation courante, on parle de THT, HT, MT et BT. L'appellation normalisée parle de HTB (THT et HT), de HTA (MT) et de BT. Les réseaux de distribution sont généralement basés sur une structure arborescente de réseau : à partir d'un poste source (en rouge), l'énergie parcourt l'artère ainsi que ses dérivations avant d'arriver aux postes de transformation MT/BT. Poste de transformation HTA/BT 5

6 3/ Le matériel : L'acheminement de l'électricité en France repose sur un matériel capable de la transporter, de moduler sa tension et de l'aiguiller en fonction des besoins des consommateurs. 1. Les lignes de transport : Les lignes électriques assurent la fonction «transport de l'énergie» sur les longues distances. Elles sont constituées de 3 phases, et chaque phase peut être constituée d'un faisceau de plusieurs conducteurs (de 1 à 4) espacés de quelques centimètres. L ensemble de ces 3 phases électriques constitue un terne. Les pylônes sont tous soigneusement reliés à la terre par un réseau de terre efficace. Les pylônes supportent les conducteurs par des isolateurs en verre ou en porcelaine qui résistent aux tensions élevées des lignes électriques. Les isolateurs sont toujours munis d'éclateurs qui sont constitués de deux pointes métalliques se faisant face. Isolateur Isolateur et Eclateur 6

7 Leur distance est suffisante pour qu'en régime normal la tenue de tension puisse être garantie. Leur utilité apparait lorsque la foudre frappe la ligne électrique : un arc électrique va alors s'établir au niveau de l'éclateur qui contournera l'isolateur. S'il n'y avait pas d'éclateur, la surtension entre le pylône et la ligne électrique foudroyée détruirait systématiquement l'isolateur. Un câble de garde, constitué d'un seul conducteur, surplombe parfois les lignes électriques. Il est attaché directement au pylône, et ne transporte aucune énergie : il est relié au réseau de terre et son but est d'attirer la foudre afin qu'elle ne frappe pas les 3 phases de la ligne, évitant ainsi les "creux de tension" perturbant les clients. Au centre du câble de garde on place parfois un câble fibre optique qui sert à la communication de l'exploitant. Omniprésents dans le paysage, les pylônes du réseau public de transport d électricité sont pour la plupart méconnus. Pourtant RTE en possède différents types qu il peut adapter aux usages du réseau. 7

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9 Des pylônes ou supports maintiennent ces câbles à une certaine distance du sol, de façon à assurer la sécurité des personnes et des installations situées au voisinage des lignes. Il existe différentes catégories et modèles de pylônes en fonction de : la tension. l'aspect des lieux. le respect de l'environnement. les conditions climatiques. Le parcours d'une ligne électrique aérienne suit rarement une ligne droite car il tient compte de différents paramètres : environnementaux : les forêts, les parcs naturels. humains : les villages, les exploitations agricoles. Les lignes peuvent aussi être souterraines ou enfouies. La mise en souterrain des lignes de transport présente notamment l'avantage de protéger les lignes des effets du climat (tempêtes, chutes de neige, foudre...) et de respecter certaines exigences environnementales. RTE s'est engagé à ne pas augmenter le kilométrage de son réseau aérien. Ainsi, en 2009, près de 70% des nouvelles lignes haute tension ont été construites en souterrain. Cette technologie n'est cependant pas adaptée à toutes les situations, et est utilisée que plus rarement en très haute tension (30% des nouvelles lignes V en 2009, essentiellement en zone urbaine). 2. Les postes de transformation THT/HT - HT/MT : Pour rendre l'électricité transportable sur de longues distances dans le réseau d'interconnexion avec des pertes minimes d'énergie, un transformateur placé à la sortie des principales centrales élève la tension à volts. Puis, le long des lignes dans le réseau de transport et de distribution, l'énergie électrique est guidée, répartie et sa tension est abaissée successivement dans des postes de transformation pour être livrée en quantité et en tension adaptées aux besoins des différents consommateurs et pour alimenter les postes sources du réseau de distribution. L'énergie électrique n'a pas la même tension quand elle entre dans le poste et quand elle en sort. Exemple : un poste 225 kv/ 90 kv signifie que du courant volts entre dans le poste et qu'il en sort du courant à volts. Ces installations électriques sont composées de 3 types d'appareils : des transformateurs qui abaissent la tension. des disjoncteurs, capables d'interrompre automatiquement en cas de nécessité. des sectionneurs, qui établissent ou interrompent un circuit à la demande, permettant l'aiguillage de l'énergie électrique. Ce sont des lieux fermés et commandés à distance à partir de postes principaux, appelés Pupitres de Commandes Groupées. 9

10 3. Les ouvrages de distribution : Alimenté par le réseau de transport HT, le réseau de distribution a un mode de fonctionnement radial : l'électricité circule des postes sources (postes HT/MT) en amont vers les installations des consommateurs en aval. Il peut exister localement des petites sources de production (éoliennes, microcentrales hydrauliques, photovoltaïques...) qui injectent de l'électricité sur le réseau. Long de kilomètres, le réseau MT comporte une part rurale très importante. Ainsi, le réseau aérien, bien que décroissant progressivement, reste à ce jour plus long que le réseau souterrain. Le réseau MT alimente les postes de distribution MT/BT, plus de , dont en cabine, en immeubles, souterrains, sur poteaux. Poste de transformation MT / Basse Tension (BT) Issues des postes de transformation MT/BT, les lignes basse tension BT sont construites, exclusivement depuis le décret d'avril 1991, en faisceaux de conducteurs isolés sur poteaux ou sur façades ou en câbles souterrains : kilomètres de réseau dont sous terre. Chaque circuit BT est protégé par un jeu de fusibles placé en sortie de transformateur. Le branchement se situe entre le réseau BT et le point de départ de l'installation intérieure de l'utilisateur. Sa protection est assurée par des fusibles côté distributeur et un disjoncteur côté utilisateur. 10

11 Structure générale d un poste HTA/BT 4/ Le dispatching : La demande en électricité varie constamment au cours d'une journée en fonction des horaires de travail, de la durée du jour ou de la température. D'autres critères entrent également en ligne de compte comme les périodes de congé, les jours de la semaine, la saison en cours et les événements du calendrier. L'électricité produite par les centrales ne se stocke pas. Aussi, pour ajuster très précisément la production à la demande, le réseau s appuie sur des dispatchings, des centres de répartition de l électricité. Des prévisions de consommation définissent les besoins théoriques et des ajustements ont lieu en permanence pendant la journée. En France, il existe : 1 dispatching national qui gère le réseau d'interconnexion à volts et les échanges avec l'étranger. 7 dispatchings régionaux qui se chargent de la conduite des réseaux régionaux. 11

12 Ceux-ci disposent d'instruments de téléconduite comprenant des dispositifs permettant : de commander les organes de coupure (disjoncteurs, sectionneurs). de connaître la position de ces organes. de mesurer un certain nombre de grandeurs (tension, intensité, fréquence). de signaler des dysfonctionnements (alarmes). 12