postes prefabriques mt/bt

POSTES PREFABRIQUES MT/BT : DE LA NORME CEI 61330
A LA CEI 62271-202
Marc BIDAUT, Schneider-Electric, (France), [email protected]
ABSTRACT
Les postes préfabriqués d’extérieur MT/BT sont largement
utilisés depuis plus de trente ans, d’abord en Europe puis
progressivement dans d’autres continents.
Il y a onze ans la première Norme Internationale prescrivant
les conditions de service, caractéristiques assignées,
exigences générales et méthodes d’essai applicables aux
postes MT/BT préfabriqués était publiée par la Commission
Electrotechnique Internationale (CEI) [1] sous la référence
CEI 61330 (dont la numérotation initiale était CEI 1330).
En juin 2006 une nouvelle version est apparue sous la
référence CEI 62271-202.
L’analyse des évolutions de cette norme va servir de fil
conducteur à une présentation plus générale du concept de
poste préfabriqué et de ses différentes déclinaisons.
Figure 1 : Le poste préfabriqué, un produit sûr
GENERALITES ET CONDITIONS DE SERVICE
KEYWORDS
Poste préfabriqué, MT/BT, HT/BT, CEI, sécurité des
personnes, essais de type, défaut interne.
PREAMBULE
Le vocabulaire électrotechnique tel que défini par la
Commission Electrotechnique Internationale (CEI) ignore le
terme Moyenne Tension (MT), dont l’usage est cependant
très répandu dans le monde. Une particularité française est
la distinction des niveaux de tension HTA et HTB. Dans la
suite du document on considèrera que les termes MT, HT et
HTA sont équivalents.
INTRODUCTION
« Les postes préfabriqués sont définis comme un ensemble
soumis à des essais de type et comprenant une enveloppe
incluant un ou plusieurs transformateurs, des appareillages
basse tension et haute tension, des connexions et des
équipements auxiliaires, destiné à fournir de l'énergie basse
tension à partir d'un réseau haute tension ou vice versa.
Ces postes se trouvent dans des emplacements
accessibles au public et il convient que la sécurité des
personnes soit assurée dans les conditions de services
spécifiées. »
Les deux premières phrases de la norme CEI portant sur
les postes préfabriqués haute tension/basse tension sont
quasiment inchangées et caractérisent très simplement le
contexte : ces postes sont considérés comme des produits
et non des installations, et la sécurité des personnes est
une priorité.
Le domaine d’application de la norme est celui des postes
préfabriqués qui sont connectés par câble, pour être
manœuvrés de l'intérieur (à aire de manœuvre) ou de
l'extérieur (sans aire de manœuvre), pour courant alternatif
de tensions assignées supérieures à 1 kV et inférieures ou
égales à 52 kV côté HT.
La CEI 61330 limitait l’application à un transformateur de
puissance maximale 1600 kVA, la CEI 62271-202 ne
considère plus de limite de puissance et inclus les postes
préfabriqués ayant plusieurs transformateurs.
La distinction entre poste manœuvré de l’intérieur ou de
l’extérieur est intéressante, en particulier pour la définition
des conditions de l’essai de vérification du niveau de
protection des opérateurs en cas d’arc dû à un défaut
interne.
Rappelons que les postes non préfabriqués doivent
satisfaire en particulier aux exigences de la CEI 61936-1
(Installations électriques en courant alternatif de puissance
supérieure à 1 kV - Partie 1 : Règles communes).
Une précision est apportée à la clause « Conditions de
service » : s’il est généralement admis que les conditions
normales de service pour l’intérieur prévalent conformément
à la CEI 62271-1, il est possible que température ambiante
à l’intérieur de l’enveloppe du poste préfabriqué soit
différente de la température ambiante extérieure du fait de
l’échauffement des équipements.
En conséquence, si la température ambiante à l’intérieur du
poste est supérieure à celle fixée pour les composants par
leurs normes de produits respectives, un déclassement
peut être nécessaire, et les conditions d’essais peuvent être
examinées selon les prescriptions de la CEI 60060-1.
EXIGENCES POUR LES COMPOSANTS ET
CARACTERISTIQUES ASSIGNEES
o
o
L’exigence principale qui contribue à la fiabilité et la sécurité
demeure : tous les matériels doivent satisfaire aux normes
CEI applicables. En particulier :
o les transformateurs selon la CEI 60076-1 ou la CEI
60076-11 ;
o l'appareillage haute tension selon la CEI 62271-200 ou
la CEI 62271-201 ;
o l'appareillage basse tension selon la CEI 60947-1 et la
CEI 60439-1.
o
Il y avait trois classes d’enveloppe assignées : 10, 20 et 30
correspondant à une valeur maximale de différence
d’échauffement (de l’huile et des enroulements) du
transformateur de 10 K, 20 K et 30 K. L’écart de 10K entre
chaque classe a été jugé trop important.
Il y a donc maintenant six classes : 5, 10, 15, 20, 25 et 30.
Un constructeur peut assigner à une même enveloppe
plusieurs classes correspondant à plusieurs valeurs de
puissance et de pertes de transformateur.
CONCEPTION ET CONSTRUCTION
« Les postes préfabriqués doivent être conçus de telle
façon que les opérations normales d'exploitation, de
contrôle et de maintenance puissent être effectuées en
toute sécurité. De plus le poste doit être conçu et fabriqué
de sorte que le risque de tout accès non autorisé soit
minimisé. »
Les principales exigences du chapitre « conception et
construction » ont pour objet la sécurité avec :
o La mise à la terre
o Le degré de protection (IP)
o La protection contre les contraintes mécaniques
o Le défaut interne
La principale évolution de ce chapitre est relative au
défaut interne avec une classification « IAC » des postes
préfabriqués, en ligne avec la classification « IAC » de
l'appareillage haute tension selon la CEI 62271-200
L’annexe A (Méthode pour essayer le poste préfabriqué
dans des conditions d'arc dû à un défaut interne) a ainsi
été profondément modifiée. L(es)'essai(s) de type pour
évaluer les effets d’un arc interne ne sont plus de type
« spécial » faisant l'objet d'un accord entre constructeur et
utilisateur, mais obligatoire(s) pour une classification IAC
(A, B ou AB). L'interconnexion HT (liaison entre le tableau
HT et le transformateur) est prise en compte et un essai
est à réaliser dans le cas de non protection par fusibles
HPC limiteurs et de connexion sans écran relié à la terre.
Un paragraphe attirant l’attention sur la corrosion est ajouté
à la clause 5.5 traitant de l’enveloppe du poste ainsi qu’une
annexe informative.
Les postes préfabriqués HT/BT sont conçus pour être
manœuvrés de l'intérieur (à aire de manœuvre) ou de
l'extérieur (sans aire de manœuvre). Au-delà de cette
distinction, on peut les classer en quatre catégories :
o
Les postes (au sol) à couloir de manœuvre
Les postes à manœuvre d’extérieur (totalement hors
sol)
Les postes semi enterrés (une partie des équipements
se trouve en dessous du niveau du sol)
Les postes souterrains (enterrés, à couloir ou aire de
manœuvre)
Figure 2 : Les catégories de postes préfabriqués
A la question « comment segmenter les catégories de
postes préfabriqués, les applications, les utilisateurs ? » il
n’y a pas de réponse générale et chaque pays est
particulier. On peut cependant noter que :
o
o
o
o
o
Les postes à manœuvre d’extérieur totalement hors sol
ou semi-enterrés n’ont qu’un seul transformateur de
puissance inférieure à 1000 kVA en Europe
continentale. En Inde, au Moyen Orient et dans certain
pays d’Afrique si 80 à 90% des besoins sont couverts
par des postes de puissance inférieure ou égale à
1000 kVA, il existe un besoin complémentaire pour des
postes à manœuvre d’extérieur de puissance allant
jusqu’à 1600 kVA.
Les postes à couloir de manœuvre assez usuels en
Europe se rencontrent aussi en Chine mais
pratiquement pas dans les autres pays d’Asie ainsi
qu’en Australie. Leur domaine d’application est plus
vaste, leur surface au sol de 6 à 25 m², voire jusqu’à
100 m² et plus en combinant différents modules permet
d’installer plusieurs transformateurs et de grands
tableaux Moyenne et Basse Tension.
Les postes souterrains sont assez peu utilisés en
Europe, sauf en Espagne ou leur impact visuel quasi
nul n’est apprécié. Si le concept plait aussi en Asie
l’industrialisation locale avance peu pour des raisons
de rentabilité d’investissement et de maîtrise de la
qualité.
Le matériau principalement utilisé est le béton en
Europe, et à ce jour le métal en Asie et Australie.
Pour terminer ce petit tour du monde, il convient de
rappeler qu’en Amérique du Nord le concept de poste
préfabriqué décrit par la norme CEI 62271-202 n’existe
pas. En Amérique du Sud ou les influences Nordaméricaine et Européenne se croisent, le concept de
poste préfabriqué « CEI » est apparu au début des
années 2000 mais se développe très lentement.
Les nouveautés sont :
o Pour les essais de vérification de l'échauffement,
comme indiqué précédemment, l’introduction de
nouvelles classes (5, 15 et 25) ainsi que la
proposition d’une méthode d’essai à deux sources.
L’avantage de cette méthode est l’obtention en une
fois de toutes les données d’échauffement. Avec une
seule source d’alimentation côté haute tension il était
nécessaire d’opérer en deux étapes pour alimenter le
transformateur et le tableau BT avec la valeur de
courant appropriée.
Les critères d’acceptation ont été enrichis avec des
exigences concernant l’échauffement des bornes des
interconnections HT et la température des parties
accessibles de l’enveloppe pouvant être touchées en
exploitation normale (protection du public
essentiellement dans le cas de postes préfabriqués à
enveloppe métallique).
Figure 3 : Poste de 100 m² de surface réalisé en cinq
modules
ESSAIS DE TYPE ET ESSAIS INDIVIDUELS DE
SERIE
La conception et les performances du poste de
transformation préfabriqué sont vérifiées au moyen
d’essais de type décrits dans la norme, incluant les
essais d’arc dû à un défaut interne.
Les essais de type et les vérifications comprennent :
o Des essais de type obligatoires :
a) essais de vérification du niveau d'isolement du
poste préfabriqué
b) essais de vérification de l'échauffement des
principaux matériels du poste préfabriqué
c) essais de vérification de l'aptitude du circuit
principal et des circuits de mise à la terre à
supporter la valeur de crête du courant
et le courant de courte durée admissible
assignés
d) essais fonctionnels pour vérifier le
fonctionnement satisfaisant de l'ensemble
e) essais de vérification du degré de protection
f) essais de vérification de la résistance de
l'enveloppe du poste préfabriqué aux contraintes
mécaniques
g) pour les postes préfabriqués de classe IAC-A,
IAC-B ou IAC-AB, essais pour évaluer les effets
d’un arc dû à un défaut interne
h) essais de compatibilité électromagnétique
(CEM)
o Des essais de type spéciaux (faisant l'objet d'un
accord entre constructeur et utilisateur) :
i) essais de vérification du niveau sonore du poste
préfabriqué
Figure 4 : Schéma de l’essai d’échauffement
o
Les essais pour évaluer les effets d’un arc dû à un
défaut interne qui deviennent obligatoires dans le cas
d’une classification IAC-A (poste assurant la protection
des opérateurs pendant une exploitation normale de la
partie HT du poste), IAC-B (poste assurant la
protection du public aux alentours du poste) ou IAC-AB
(poste assurant la protection des opérateurs et du
public). Leur déroulement est décrit dans l’annexe A
profondément remaniée en cohérence avec la norme
CEI 62271-200 relative à l’appareillage sous enveloppe
métallique de tension assignée de 1 à 52 kV.
Des logigrammes précisent de façon visuelle et simple
le nombre et le type d’essai à réaliser selon les
configurations de postes et d’équipements. Il est
clairement indiqué que le résultat de l’essai est
dépendant du type spécifique d’appareillage HT dans
le poste. L’essai qualifie donc un couple poste
préfabriqué – appareillage HT.
L’essai mixte de la CEI 61330 qui consistait à combiner
les essais avec accessibilité de type A, portes
ouvertes, et accessibilité de type B, portes fermées, a
été supprimé. Démontrer que lorsque les portes sont
fermées elles ne sont pas affectées par un
accroissement de la pression due au défaut interne
était souvent contestable.
Figure 6 : Facteur de charge d’un transformateur
immergé dans une enveloppe
o
Figure 5 : Sélection des essais sur l’appareillage HT
pour la classe IAC-A
o
o
Les essais de compatibilité électromagnétique qui
renvoient aux clauses ad’ hoc des normes CEI 60694
(qui devient la 62271-1) pour l’appareillage HT et CEI
60439 pour l’appareillage BT.
Pour les essais individuels de série l’apparition d’un
essai diélectrique de l’interconnexion HT.
GUIDE DE CHOIX ET SPECIFICATIONS
Au-delà du choix des caractéristiques assignées
individuelles de ses matériels, déterminées par les
conditions en charge normale et les conditions en cas de
défaut sont explicités :
o Le choix de la classe d’enveloppe et l’introduction du
réseau ce courbes de l’annexe D qui permet d’estimer
un facteur de charge moyen fonction de la température
ambiante moyenne et de la classe d’enveloppe.
L’objectif étant de veiller à ne pas dépasser la
température de point chaud maximale du
transformateur afin de ne pas réduire brutalement sa
durée de vie présumée. Un calcul plus détaillé pouvant
bien sûr être réalisé en association avec notamment la
CEI 60076-7 (Guide de charge pour les
transformateurs immergés dans l’huile)
Le choix de la classe d’arc interne dans le but
d’assurer un niveau de protection acceptable pour les
opérateurs et pour le public.
Le Tableau 4, nouveau, fournit une liste assez complète
des éléments à considérer pour la spécification des
caractéristiques des postes préfabriqués : conditions de
service, caractéristiques du poste préfabriqué, exigences de
conception et construction du poste préfabriqué.
CYCLE DE VIE ET SURETE
Un nouveau paragraphe indique qu’il convient que le
constructeur fournisse les informations appropriées pour
permettre à l’utilisateur final de procéder au démontage, au
recyclage et à l’enlèvement du poste préfabriqué en fin de
vie. Ces informations prendront en compte la protection des
travailleurs et de l’environnement.
Enfin une clause Sûreté liste les renvois aux différents
paragraphes de la clause conception et construction de
l’enveloppe pour ce qui concerne les aspects électriques,
mécaniques, thermiques et ceux liés à un arc dû à un
défaut interne.
1995-2006 LES EVOLUTIONS
Onze ans après la parution de la norme CEI 61330 le fait
marquant est la très large utilisation du concept de poste
préfabriqué en tant que produit « type-testé ». Si le marché
global du poste MT/BT est en croissance du fait de
l’augmentation des besoins en électricité, celui du poste
préfabriqué a une croissance supérieure due aux avantages
de la préfabrication : réduction du délai, amélioration de la
qualité et de la sécurité, soit globalement une réduction du
coût complet.
Les évolutions techniques de la fonction principale du poste
MT/BT « distribuer l’énergie électrique en basse tension à
partir d’un réseau haute tension » ne sont pas
spectaculaires. Les évolutions plus marquées concernent
les fonctions de second rang telles que la sécurité des
personnes, le respect de l’environnement, la téléconduite, la
télégestion, l’hébergement de fonction de transfert
d’information avec la technologie CPL (Courants porteurs
en Ligne), …
CONCLUSION
Ce qu’il faut retenir de l’évolution de la norme CEI
définissant les poste préfabriqués MT/BT :
CEI 61330
CEI 62271-202
Domaine
Un seul
Pas de limite de
d’application
transfo. de
puissance, possibilité
1600 kVA.
de plusieurs transfos.
Essai de type
Accord entre Obligatoire pour
arc interne
constructeur
classification IAC.
et utilisateur.
Essai arc
Oui
Non
interne combiné
Classe
10, 20 30
5, 10, 15, 20, 25, 30
assignée
d’enveloppe
Méthode essai
Une source.
Deux sources.
échauffement
Nouveaux
Echauffement des
critères pour
bornes de
l’essai
l’interconnexion HT,
d’échauffement
température des
parties accessibles
de l’enveloppe.
Nouvelles
L’essai de CEM
clauses
renvoyant aux essais
de type sur les
appareillages HT et
BT.
La sensibilisation à la
corrosion.
La sûreté.
Des exemples de
circuit de mise à la
terre.
Une liste indicative
des exigences et
caractéristiques sous
forme de tableau.
La ligne directrice de cette évolution a été de permettre
d’offrir plus de qualité de service rendu par le produit
« Poste MT/BT » et de sécurité pour les opérateurs et le
public.
REFERENCES
[1]
Commission Electrotechnique Internationale (CEI)
www.iec.ch