Postes à moyenne tension

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Dossier délivré pour
Madame, Monsieur
17/09/2008
par
Georges VALENTIN
Ingénieur EEIP
EDF-GDF Services technique électricité. Réseaux et services
René FONDEUR
Ingénieur ENSI-Caen
Société Forclum, direction technique
Bernard JOYEUX-BOUILLON
Ingénieur IEG (Institut polytechnique de Grenoble)
Directeur technique Appareillage et Équipements moyenne tension. GEC-Alsthom
et
Jean-Claude TURPAIN
Responsable marketing. Domaine d’activités stratégiques Transport et Distribution. Groupe
Schneider.
Terminologie ..............................................................................................
2.
2.1
2.2
Fonctionnalités des postes rencontrés sur les réseaux HTA .......
Réseaux de distribution publique ..............................................................
Réseaux privés.............................................................................................
—
—
—
3
3
4
3.
3.1
3.2
Aspects économiques.............................................................................
Réseaux publics ...........................................................................................
Réseaux privés.............................................................................................
—
—
—
4
4
5
4.
4.1
4.2
—
—
5
5
4.3
4.4
4.5
4.6
Besoins et contraintes formalisés dans un cahier des charges .
Généralités ...................................................................................................
Besoins et qualité pour l’alimentation des usages particuliers de
l’électricité
Maintenabilité ..............................................................................................
Exploitation ..................................................................................................
Contraintes d’installation et d’environnement..........................................
Normes et réglementation..........................................................................
—
—
—
—
—
5
5
6
6
6
5.
5.1
5.2
5.3
Postes de distribution publique. Structures et schémas .............
Postes sources .............................................................................................
Postes HTA de structure..............................................................................
Postes HTA/BT .............................................................................................
—
—
—
—
7
7
9
11
6.
6.1
6.2
6.3
Postes privés. Structures et schémas ................................................
Structures sources.......................................................................................
Structures de distribution ...........................................................................
Fonctions de contrôle et de surveillance ...................................................
—
—
—
—
13
13
15
15
7.
7.1
7.2
—
—
16
16
—
18
7.4
7.5
7.6
7.7
Technique des postes HTA ....................................................................
Généralités sur les tableaux HTA ...............................................................
Tableaux de disjoncteurs HTA à double sectionnement pour poste
source de distribution publique
Tableaux de disjoncteurs HTA à double sectionnement pour les réseaux
privés
Tableaux de disjoncteurs HTA à simple sectionnement...........................
Tableaux interrupteurs HTA pour postes HTA/HTA et HTA/BT ...............
Postes HTA de structure en zones rurales .................................................
Choix des matériels .....................................................................................
—
—
—
—
—
21
21
21
25
26
8.
8.1
8.2
Réalisation des postes HTA...................................................................
Relais de protection et leurs évolutions récentes .....................................
Installation des postes HTA ........................................................................
—
—
—
26
26
27
9.
Conclusions ...............................................................................................
—
28
D 4 600
9 - 1996
7.3
Pour en savoir plus ...........................................................................................
Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.
© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique
Madame, Monsieur
17/09/2008
D 4 600 - 2
1.
Doc. D 4 601
D 4 600 − 1
Madame, Monsieur
17/09/2008
POSTES À MOYENNE TENSION
___________________________________________________________________________________________________________
n poste à moyenne tension est un ouvrage placé à un nœud d’un réseau,
qui regroupe un ensemble d’équipements destiné à en assurer la protection
et faciliter l’exploitation. Les réseaux à moyenne tension sont maintenant, pour
la plupart, réalisés en câbles souterrains ; de ce fait, les seules interventions
d’exploitation possibles ne peuvent se faire qu’à partir des postes, d’où l’importance grandissante de ces ouvrages. Les postes à moyenne tension abritent de
plus en plus d’appareillages qui apportent de nouvelles fonctions nécessaires
à une exploitation mieux contrôlée, voire automatisée.
Le présent article ne traite que des installations à courant alternatif triphasé.
Dans le texte, les appellations haute tension et moyenne tension, utilisées dans
le langage courant, sont employées. Par contre, les abréviations sont celles
définies dans l’arrêté technique du 2 avril 1991, en l’occurrence HTB pour les
tensions supérieures à 50 kV (haute tension) et HTA pour les tensions comprises
entre 1 et 50 kV (moyenne tension).
L’article s’adresse :
— aux concepteurs, installateurs, exploitants de postes publics ou privés ;
— aux techniciens et ingénieurs du domaine Génie électrique.
Il décrit les fonctionnalités des postes rencontrés sur les réseaux HTA, la
terminologie et les normes, les aspects économiques, les besoins et contraintes
formalisés dans un cahier des charges, les structures et schémas des postes de
distribution publique, les structures et schémas des postes privés et la technique
et la réalisation des postes HTA.
U
1. Terminologie
■ Poste d’interconnexion privé : poste de structure d’un réseau
de distribution privé permettant des manœuvres de réalimentation
puis la recherche et l’élimination des défauts.
■ Réseau de transport : réseau HTB qui assure la liaison entre les
centrales de production et les postes de transformation qui
alimentent le réseau de distribution HTA.
■ Poste de distribution privé : poste HTA raccordé sur le réseau
de distribution privé.
■ Réseau de distribution publique : réseau HTA ou BT (basse
tension) qui assure l’alimentation directe de la clientèle courante du
distributeur.
■ Réseau privé : réseau interne à une installation industrielle ou
tertiaire nécessitant une puissance importante.
■ Tableau à moyenne tension ou simplement, tableau :
ensemble d’appareillages HTA (disjoncteurs ou interrupteurs ou
sectionneurs sous enveloppe métallique, que l’on trouve dans tous
les types de postes évoqués ci-dessus. La définition de ces appareillages et leur fonction est donnée ci-après.
■ Structure de distribution privée : structure de réseau HTA et
BT interne à des installations industrielle ou tertiaire.
■ Rame (dénomination EDF) : deux tableaux de disjoncteurs HTA
embrochables sur jeux de barres dans un poste source (figure 2).
Chacun des tableaux, formant une demi-rame, comporte un disjoncteur arrivée transformateur, une cellule sectionnement, douze
disjoncteurs départ, deux disjoncteurs shunt, un disjoncteur de
protection des gradins de condensateurs et une cellule transformateur de potentiel.
■ Poste source : nœud du réseau de transport et point de transformation de la HTB vers la HTA du réseau de distribution publique chez
le distributeur ; il est équivalent au poste de centrale électrique dans
une installation privée.
■ Source autonome de production : installation de production
électrique pouvant satisfaire les besoins d’un réseau de distribution
privé sans être nécessairement connecté au réseau du
concessionnaire.
■ Poste de structure : nœud fonctionnel du réseau HTA qui
permet aux exploitants des reprises d’alimentation en cas de défaut
ou de travaux sur une artère.
■ Cellule : terme général désignant un appareil, disjoncteur ou
interrupteur, sous enveloppe métallique et ses moyens de raccordement au réseau.
■ Poste de distribution publique : poste de transformation
HTA /BT du distributeur alimentant le réseau BT de distribution
publique.
■ Unité fonctionnelle : partie élémentaire d’un ensemble d’appareillages assurant des fonctions simples (§ 5.1.3).
■ Structure source : structure de réseau, comportant des postes
sources (de livraison ou/et de centrale électrique) et des postes de
distribution.
■ Poste de livraison ou poste client : point d’interconnexion
entre le réseau du distributeur et un réseau de distribution privé.
■ Poste de centrale électrique : point d’injection d’une centrale
de production électrique sur un réseau de structure source, dans
une installation privée.
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■ Le disjoncteur et l’interrupteur sont des appareils capables
d’établir, de supporter ou d’interrompre des courants dans les
conditions normales des circuits (courant de charge), ainsi que
d’établir et de supporter des courants de court-circuit. Un disjoncteur
est capable de couper tous les courants de court-circuit (valeurs
typiques du courant maximal de court-circuit d’une installation : 10
à 50 kA) ; un interrupteur ne coupe des courants de court-circuit que
de valeurs très faibles (typiquement 500 à 1 500 A en coordination
avec des fusibles).
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17/09/2008
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___________________________________________________________________________________________________________ POSTES À MOYENNE TENSION
■ Le sectionneur assure en position d’ouverture une distance
d’isolation, de sectionnement ; il a donc une tenue diélectrique au
franchissement supérieure au niveau d’isolement général d’une
installation.
■ L’interrupteur-sectionneur est un interrupteur qui, dans sa
position d’ouverture, satisfait aux conditions d’isolement spécifiées
pour un sectionneur.
■ Le sectionneur de terre est utilisé pour mettre en court-circuit
et à la terre les parties d’un circuit. Il est capable de supporter et,
lorsque c’est spécifié, de fermer les courants de court-circuit ; mais
il n’est pas prévu pour supporter du courant en régime permanent.
■ Les normes suivantes, concernant les installations privées, sont
applicables :
— NF C 15-100 installations électriques BT ;
— NF C 13-100 postes de livraison établis à l’intérieur d’un bâtiment et alimentés par un réseau de distribution
publique de deuxième catégorie (HTA) ;
— NF C 13-200 installations électriques à haute tension ;
no
Nous ne mentionnerons pas, dans cet article, les appareils à
moyenne tension spécifiques des réseaux aériens tels que les interrupteurs aériens télécommandés ou non. Ils ne font pas à proprement parler partie de la catégorie des postes à moyenne tension,
bien que certaines des technologies qu’ils utilisent rappellent de plus
en plus celles des postes à moyenne tension. Quelques éléments
concernant ces matériels sont donnés dans l’article [D 4 220]
Réseaux de distribution. Conception et dimensionnement [1].
2.1 Réseaux de distribution publique
On trouve sur les réseaux de distribution publique divers types
de poste à moyenne tension. Chacun de ces postes joue un rôle
différent. On peut classer ainsi les postes par rapport aux fonctions
qu’ils assurent.
2.1.1 Postes sources HTB/HTA
ainsi que le décret
88-1056 avec la circulaire DRT 89-2 (ministère
du Travail et de l’Agriculture) avec les arrêtés correspondants.
Les postes HTB/HTA alimentent et protègent le réseau HTA (§ 5.1) ;
ils assurent l’abaissement de la tension et l’alimentation du réseau
HTA, en le protégeant par des disjoncteurs.
2. Fonctionnalités
des postes rencontrés
sur les réseaux HTA
2.1.2 Postes HTA de structure
Sur le réseau de distribution électrique français, la valeur prédominante de la tension HTA est de 20 kV. D’une façon générale, il est
fait une distinction entre les réseaux de distribution publique et les
réseaux propres aux utilisateurs privés (figure 1).
Les postes HTA de structure permettent l’exploitation du réseau
HTA. Ils sont placés dans le réseau et abritent des appareils de
coupure servant à fractionner les artères en tronçon pour faciliter
la recherche des défauts et permettre les isolements nécessaires à
certaines opérations d’exploitation.
Parmi les postes HTA de structure, on cite ceux qui suivent, dont
la description est donnée au paragraphe 5.2.
■ Les postes d’étoilement HTA /HTA permettent, à partir d’une
artère, de créer plusieurs extensions qui peuvent être isolées séparément par des interrupteurs-sectionneurs.
■ Les armoires de tronçonnement [armoires de coupure
manuelle (ACM)] renferment un interrupteur-sectionneur
permettant, pour un coût minime, de tronçonner une artère en deux.
■ Les armoires de tronçonnement et de dérivation [armoire de
coupure manuelle avec dérivation (ACMD)] permettent, en adjoignant à l’armoire précédente une dérivation séparable, de créer une
extension à partir du réseau principal avec une bonne souplesse
d’exploitation.
■ Les armoires de tronçonnement et de dérivation [armoire de
coupure à 3 commandes manuelles (AC3M)] sont semblables aux
armoires précédentes et comprennent trois interrupteurs-sectionneurs, deux sur l’artère principale et un pour pouvoir isoler la
dérivation.
Figure 1 – Distinction entre réseaux de distribution publique
et réseaux privés
■ Les postes de tronçonnement et de dérivation télécommandés permettent le tronçonnement télécommandé d’une
artère, depuis un point central. Ils abritent des appareils motorisés
que l’on appelle organes de manœuvre télécommandés (OMT).
Parmi les OMT, on peut citer :
— l’interrupteur de poste télécommandé (IPT) ; on le trouve
nécessairement dans un poste HTA/BT, en général sur le réseau
souterrain ;
— l’armoire de tronçonnement avec action à distance ; cette
armoire de coupure télécommandée (ACT) est équivalente à l’ACM,
mais avec télécommande de l’interrupteur ;
— l’armoire de tronçonnement avec action à distance et
dérivation ; cette armoire de coupure télécommandée à 3 directions
(AC3T) est équivalente à l’AC3M, mais avec la télécommande des
interrupteurs ;
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17/09/2008
D 4 600 − 3
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— le disjoncteur réenclencheur en réseau (DRR) ; on le trouve
sur le réseau aérien ou le réseau souterrain en amont d’un réseau
aérien ; il permet de déporter dans le réseau les automatismes de
protection et de réenclenchement qui sont ceux d’un disjoncteur
de poste source.
2.1.3 Poste HTA/BT
Les postes HTA/BT assurent l’alimentation et la protection du
réseau BT (§ 5.3). On rencontre deux types principaux :
■ Les postes HTA /BT sur réseaux aériens sont très majoritairement représentés par les transformateurs sur poteau sans appareil
de coupure sur la HTA.
■ Les postes HTA/BT sur réseaux souterrains sont majoritairement représentés par les postes en cabine avec deux interrupteurssectionneurs HTA pour manœuvrer sur l’artère et un interrupteurfusible en protection du transformateur.
2.2 Réseaux privés
Ils assurent la répartition de l’énergie électrique entre les différents
points d’utilisation d’une installation industrielle ou tertiaire nécessitant une puissance importante.
■ Dans le cas le plus général, leur alimentation est réalisée séparément ou simultanément (figure 1) :
— par un réseau de distribution publique, par l’intermédiaire d’un
poste de livraison ;
— par une source autonome d’énergie (centrale électrique).
L’énergie électrique est normalement fournie par le réseau de
distribution publique, les sources autonomes de production étant
généralement utilisées en secours ou en appoint. Cependant, sous
certaines conditions, les excédents d’énergie fournis par les sources
autonomes de production peuvent être absorbés par le réseau de
distribution publique.
Les réseaux privés sont peu étendus et, de ce fait, leur impédance
propre étant faible, les courants de court-circuit aux différents point
d’utilisation sont très voisins de celui de la source de courant qui
les alimente. Pour cette raison ils ne sont pas maillés.
Les éléments qui les constituent (jeux de barres, liaisons en câbles,
etc.) peuvent éventuellement être doublés pour réaliser des
systèmes redondants améliorant le taux de disponibilité de l’installation. Les coûts d’investissement correspondants sont alors plus
élevés et la recherche de la solution optimale nécessite éventuellement une étude de fiabilité prenant en compte les risques de
défaillances et les opérations de maintenance.
La présence d’une source autonome de production peut engendrer
des courants de court-circuit très différents selon que l’installation
est alimentée :
— par le réseau de distribution publique seul ;
— par la source autonome de production seule ;
— par les deux couplés en parallèle.
D’une façon générale, ces installations sont réalisées en fonction
des dispositions architecturales des bâtiments et des locaux qu’elles
desservent et adaptées aux besoins de l’utilisateur. Les seules règles
à respecter en la matière sont celles imposées par les normes et la
réglementation en vigueur.
■ Il est néanmoins recommandé de concevoir et de réaliser ces installations à partir d’une structure logique (figure 1 ), qui fait
apparaître :
— une structure source comprenant :
• les sources de courant (poste de livraison, postes de centrale
électrique),
D 4 600 − 4
• des liaisons électriques,
• des équipements d’interconnexion entre les sources de
courant constitués par des tableaux et les liaisons électriques ;
— une structure de distribution, alimentée depuis l’installation
source, et comprenant :
• des liaisons,
• des tableaux de distribution,
• les transformateurs HTA/HTA ou HTA/BT eux-mêmes alimentés depuis les tableaux de distribution.
■ On définit ainsi une hiérarchie des équipements électriques
comportant :
— des postes de la structure source, raccordés aux sources de
courant ou assurant l’interconnexion entre ces sources, équipés
d’appareils de coupure (disjoncteurs) asservis à des protections électriques assurant une sélectivité correcte avec les protections propres
aux sources de courant ;
— des postes de la structure de distribution alimentant les circuits
d’utilisation par l’intermédiaire de transformateurs eux-mêmes
généralement protégés par des fusibles.
■ Ces équipements sont reliés par des canalisations électriques
que l’on peut également classer par ordre d’importance et qui
comprennent :
— des liaisons d’alimentation et d’interconnexion des postes de
la structure source, dimensionnées en fonction des puissances à
transporter et des courants de court-circuit susceptibles d’apparaître
dans les conditions les plus défavorables (elles peuvent éventuellement être doublées par sécurité) ;
— des liaisons de distribution alimentant les tableaux de distribution depuis les tableaux sources.
3. Aspects économiques
Les postes jouent un rôle majeur dans la conception d’un réseau,
public ou privé. De leur bonne adéquation et de leur fonctionnement
dépend largement la fiabilité de ce réseau. C’est sur les postes que
vont se concentrer bien souvent les frais et charges d’entretien du
réseau ; il convient donc d’en tenir compte pendant leur conception
et leur réalisation.
3.1 Réseaux publics
Le but recherché par le distributeur est d’améliorer la qualité de
fourniture de l’électricité à la clientèle, au moindre coût.
■ Des études technico-économiques sont menées au niveau
national, pour définir les grandes orientations en terme de conception des réseaux (structures, nouveaux matériels à développer, etc.).
Dans ce cadre, le développement de matériels achetés en quantité
avec un coût total élevé fait de plus en plus l’objet d’une démarche
d’analyse de la valeur (analyse fonctionnelle, prise en compte du coût
global d’une installation et pas seulement de son coût d’achat) et
d’études de fiabilité.
■ Au niveau local, pour décider du mode d’alimentation de clients
ou du renouvellement d’un ouvrage, on compare plusieurs solutions
techniques qui répondent au problème posé sur une période donnée
correspondant généralement à leur durée de vie. Dans certains cas
(raccordement d’un simple client BT par exemple), la solution technique à mettre en œuvre est suffisamment évidente pour ne pas
nécessiter d’étude technico-économique.
Madame, Monsieur
17/09/2008
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3.2 Réseaux privés
L’étude technique d’un réseau privé est toujours associée à une
étude économique permettant d’évaluer l’investissement et, éventuellement, la rentabilité des différentes solutions qui peuvent être
proposées. Les critères pris en compte sont essentiellement les coûts
d’investissement, d’exploitation et la sécurité de fonctionnement.
Dans ce contexte, les opérations de maintenance sont prises en
compte, sachant que tout manque d’entretien peut conduire à des
arrêts d’exploitation coûteux.
Une surabondance de matériel entraîne simultanément un risque
supplémentaire de défaillance et un investissement exagéré qui
peuvent remettre en cause le projet. Il est donc indispensable de
concevoir des schémas simples, complétés par des dispositions
assurant un niveau de sécurité suffisant.
Le prix de l’énergie électrique, qu’elle soit achetée au réseau de
distribution publique ou produite par une centrale autonome,
intervient d’une façon importante dans les coûts d’exploitation d’une
installation. Une étude précise des besoins tenant compte des
fluctuations journalières et saisonnières de la consommation permet
de choisir le tarif d’achat le plus économique et de souscrire, dans
chaque tranche tarifaire, les puissances les mieux adaptées aux
nécessités de l’exploitation.
4. Besoins et contraintes
formalisés dans un cahier
des charges
4.1 Généralités
Préalablement à toute réalisation, il est nécessaire de constituer
un cahier des charges définissant les conditions générales
d’utilisation.
Les dispositions à préciser comprennent notamment :
— les besoins à satisfaire (puissance, disponibilité de l’installation, maintenabilité, exploitation...) ;
— les normes de référence et les textes réglementaires ;
— les caractéristiques du réseau d’alimentation ;
— la qualité d’alimentation demandée par les usages particuliers
de l’électricité ;
— les contraintes d’installation et d’environnement.
Dans le cas d’un réseau privé, il convient, en outre, de déterminer :
— la répartition des points d’utilisation et les consommations
correspondantes envisagées ;
— la présence ou non d’une centrale électrique imposée soit par
la réglementation, soit par une nécessité d’exploitation.
Les mêmes principes s’appliquent aussi bien à un distributeur
d’énergie électrique pour la conception de son réseau qu’à son
utilisateur privé. Ce que ce dernier considère comme une utilisation
constitue un client pour le distributeur.
4.2 Besoins et qualité pour l’alimentation
des usages particuliers de l’électricité
■ Dans le cas d’une installation de distribution publique, les
équipements servent d’interface entre le réseau d’alimentation et les
utilisations. À ce titre, l’installation doit prendre en compte les caractéristiques du réseau d’alimentation ainsi que les besoins liés aux
utilisations.
● Les caractéristiques du réseau d’alimentation à prendre en
compte sont :
— le niveau de tension ;
— la qualité de la fourniture (variations de tension, coupures
brèves ou longues, harmoniques, flicker...) ;
— la puissance de court-circuit.
● Les besoins liés aux utilisations permettent de définir les caractéristiques électriques nécessaires pour leur alimentation :
— niveau de tension ;
— puissance réellement installée et puissance souscrite ;
— puissance de court-circuit aux différents points de l’utilisation ;
— variations de tension tolérées ;
— compensation de l’énergie réactive et tenue de la tension ;
— immunité des machines aux perturbations (creux de tension,
coupures brèves, coupures longues, harmoniques, flicker...) ;
— réglementation liée à la sécurité des installations [immeubles
de grande hauteur (IGH)), établissements recevant du public
(ERP), hôpitaux, installations classées...].
■ Dans le cas d’une installation privée, on tient compte également
des valeurs des pointes de courant susceptibles d’apparaître au
démarrage de certains appareils.
Le raccordement d’une installation privée sur un réseau de distribution publique implique, en outre, diverses contraintes en raison
notamment des perturbations de tension qui peuvent apparaître du
fait des conditions atmosphériques (coupures de courant ou
surtensions). Certains équipements tels que l’appareillage informatique ou l’électronique de puissance sont très sensibles à ces
perturbations.
Lorsque l’installation comporte une centrale électrique fonctionnant couplée au réseau de distribution publique, l’apparition
d’une perturbation de tension, même de très courte durée, peut
entraîner la rupture du synchronisme des machines et engendrer des
incidents mécaniques graves. Il est alors indispensable de prévoir
des protections de découplage susceptibles de séparer l’installation,
ou la partie d’installation concernée, du réseau le plus vite possible
et ce dès l’apparition de la perturbation.
4.3 Maintenabilité
L’utilisateur doit définir le niveau de maintenabilité des installations en fonction :
— de ses besoins de disponibilité ;
— des moyens de dépannage ou de secours qu’il est susceptible
de mettre en œuvre ;
— de la qualification des exploitants.
Les interventions de maintenance se répartissent en :
— entretien courant, qui correspond à de la maintenance systématique ou à de la maintenance curative de premier niveau
comprenant des réglages ou des interventions simples, par exemple
échanges de fusibles ;
— maintenance programmée, qui correspond à de la maintenance
systématique de deuxième et éventuellement de quatrième niveau
comprenant les vérifications périodiques, le nettoyage des appareils
et le remplacement systématique des pièces d’usure ;
— dépannage, qui correspond à de la maintenance curative de
troisième niveau concernant les interventions consécutives aux
incidents qui peuvent survenir en cours d’exploitation.
Ces interventions imposent éventuellement des coupures de
courant, donc des contraintes qui doivent être prises en compte lors
de la conception des installations à travers l’étude de fiabilité et de
disponibilité.
Les types et le niveau de maintenance souhaités par les utilisateurs
doivent être définis en fonction des besoins réels. Les niveaux et
les types de maintenance sont présentés dans la norme NF X 60-010.
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4.4 Exploitation
L’exploitation de l’installation peut être assurée par l’utilisateur
lui-même ou par un prestataire de service.
Les modes de conduite, de maintenance et de dépannage sont
liés au niveau de formation et d’habilitation du personnel. Les interventions en cours d’exploitation sur les installations électriques [6]
[7] [8] [9] ne peuvent être effectuées que par du personnel spécialisé
ayant reçu une formation adaptée et habilité réglementairement,
conformément aux dispositions de l’UTE C 18-510.
■ Dans le cas d’installations simples correctement réalisées, les
incidents d’origine électrique sont rares, l’appareillage est peu sollicité et les contraintes d’exploitation sont faibles.
■ Pour des installations importantes et complexes, possédant
par exemple plusieurs niveaux de tension ainsi que des sources de
production autonomes fonctionnant éventuellement couplées au
réseau de distribution publique, il n’en est pas de même. Dans ce cas,
les risques de fausses manœuvres deviennent importants et, lors
d’incident, les réactions humaines peuvent être trop lentes ou trop
aléatoires.
Il est alors souhaitable, notamment dans le cadre d’un réseau
privé, d’automatiser les installations de distribution. Les automatismes correspondants doivent faire l’objet d’une étude soignée
sachant que leur rôle est essentiellement de se substituer aux interventions humaines en réduisant les risques et les temps de
manœuvre au minimum.
Il est souvent nécessaire d’utiliser des automates programmables
ou des calculateurs. Des dispositions particulières doivent
éventuellement être prises pour qu’une défaillance de l’un d’eux n’ait
pas de conséquence momentanée sur le fonctionnement de
l’installation.
Les contraintes de continuité de la fourniture électrique nécessitées par l’installation ou les utilisations permettent de définir le
niveau d’automatisation et/ou de téléconduite de l’installation. Un
deuxième élément déterminant peut être la présence ou non de
personnels pour surveiller l’installation.
— les contraintes mécaniques (chocs, vibrations, etc.) ;
— la présence de flore ou de moisissure ;
— la présence de faune ;
— les influences électromagnétiques, électrostatiques ou
ionisantes ;
— le rayonnement solaire ;
— les effets sismiques, éventuellement ;
— les risques de foudroiement ;
— l’action du vent ;
— la présence de neige, de givre et de glace ;
— l’altitude.
Dans le cadre des installations privées, les normes ([Doc. D 4 601])
définissent une classification des influences extérieures.
■ La réglementation prévoit également une classification des
conditions d’utilisation [7] concernant :
— la compétence des personnes ;
— la résistance électrique du corps humain en fonction de
l’environnement ;
— la fréquence des risques de contacts des personnes avec le
potentiel de terre ;
— la nature des matières traitées ou entreposées (cas des installations industrielles).
■ Il y a lieu, enfin, de tenir compte des contraintes provenant de
l’installation elle-même vis-à-vis de l’environnement [7] telles
que :
— la compatibilité électromagnétique ;
— l’esthétique ;
— le niveau de bruit ;
— les conditions de dépose de l’installation en fin de vie prenant
en compte le retraitement, le recyclage et l’élimination éventuelle
des composants ;
— les conditions d’immunisation de l’installation, permettant de
se prémunir contre des dysfonctionnements et leurs conséquences
provoqués en particulier par des surtensions, des surintensités
(courant d’appel de transformateurs à leur mise sous tension par
exemple) ou toute autre perturbation électrique liée à des charges
polluantes (harmoniques, flicker, etc.).
L’installation devra être conçue pour répondre au niveau de
fiabilité requis par l’utilisation.
4.5 Contraintes d’installation
et d’environnement
■ Des dispositions doivent être prises pour assurer :
— la sécurité des personnels et des tiers pendant la construction
de l’ouvrage et pendant son exploitation ;
— la protection des utilisations.
L’environnement immédiat de l’installation intervient dans le choix
des matériels en fonction :
— de la place disponible ;
— de la nécessité éventuelle d’intervenir dans une installation
existante comportant déjà du matériel ancien.
4.6 Normes et réglementation
On distingue également :
— les installations extérieures situées dans des emplacements
complètement ouverts ;
— les installations abritées, situées dans des locaux ou emplacements partiellement fermés où les influences directes des conditions
atmosphériques ne sont pas complètement exclues ;
— les installations intérieures, situées dans des locaux complètement fermés où les influences directes des conditions atmosphériques sont totalement exclues.
■ Les caractéristiques des matériels ainsi que leurs conditions de
mise en œuvre doivent tenir compte des influences extérieures
[7], soit :
— la température extérieure ;
— l’humidité relative ;
— la présence d’eau ;
— la présence de corps solides (poussière, corps étrangers, etc.) ;
— la présence de substances corrosives ;
— la présence de pollution ;
D 4 600 − 6
■ La réglementation pour les postes de distribution publique
(arrêté technique du 2 avril 1991 ; publications JO 1536, pour les
IGH, et JO 1477, pour les ERP) est donnée en [Doc. D 4 601].
Les normes et spécifications d’entreprise pour les postes de distribution publique, sont données par le tableau ci-après (cf. leur titre
en [Doc. D 4 601]). On trouve les définitions de ces postes
paragraphe 1.
(0)
Postes sources
Postes de structure
Postes de
distribution publique
HN 64-S-40
NF C 11-201
HN 64-S-41
HN 64-S-42
HN 64-S-35
NF C 11-201
HN 64-S-41
HN 64-S-42
HN 64-S-31, 32, 33
■ Pour les postes privés, on trouve la réglementation (décret du
14 novembre 1988 et arrêté du 17 janvier 1989) en [Doc D 4 601].
Madame, Monsieur
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Les normes et spécifications d’entreprise sont données par le
tableau ci-après.
(0)
Postes de livraison
Postes
NF C 13-100
NF C 64-400
C 12-101
HN 64-S-41
HN 64-S-42
de centrale
d’interconnexion privé
de distribution privé
NF C 13-200
C 12-101
5. Postes de distribution
publique. Structures
et schémas
5.1 Postes sources
5.1.1 Généralités
Les postes HTB/HTA, appelés aussi postes sources, constituent
l’interface entre le réseau de transport HTB et le réseau de distribution HTA (figure 2).
Leurs fonctions essentielles sont :
— la transformation de la tension du niveau HTB vers le niveau
HTA, depuis une ou plusieurs lignes HTB et par l’intermédiaire d’un
ou de plusieurs transformateurs HTB/HTA ;
— la répartition de l’énergie électrique avec un ou plusieurs
tableaux de répartition HTA, formés de l’assemblage de disjoncteurs
HTA raccordés par embrochage à un jeu de barres ;
— la protection du réseau HTA par des disjoncteurs actionnés
par différents types de protections définis selon le plan de protection retenu sur le réseau ;
— la mise à la terre du neutre HTA par des résistances ou bobines
de point neutre.
Nota : le lecteur pourra se reporter, pour plus de précisions sur les protections, à l’article
[D 4 810] Protection des réseaux à moyenne tension de distribution publique [2].
On trouve d’autres équipements dans ces postes, tels que :
— des condensateurs de compensation de l’énergie réactive et
des interrupteurs destinés à mettre en ou hors service ces
condensateurs ;
— un ou plusieurs disjoncteurs shunt [2], qui met à la terre une
phase lors d’un défaut monophasé sur les réseaux aériens,
permettant ainsi d’éliminer les défauts de type fugitif sans interrompre la fourniture d’énergie électrique ;
— éventuellement, des inductances de limitation du courant de
court-circuit ;
— un ou plusieurs transformateurs HTA/BT servant à l’alimentation des auxiliaires à courant alternatif ;
— une ou plusieurs sources à courant continu dont les chargeurs
sont alimentés par le ou les transformateurs précédents ;
— des circuits BT de commande, de contrôle et de protection ;
— des comptages d’énergie active et réactive ;
— des installations de commande à distance (calculateurs de
téléconduite) ;
— une station d’émission de télécommande centralisée à fréquences musicales (175-188 Hz) [3].
Dans les paragraphes 5 et 7, nous présentons essentiellement les
tableaux HTA, les autres équipements étant décrits dans d’autres
articles du présent traité.
5.1.2 Schémas de la partie HTA
Ces schémas dépendent :
— des besoins à court terme ;
— de la structure des réseaux amont HTB et aval HTA ;
— de la structure finale que l’on envisage pour l’ouvrage
considéré.
Figure 2 – Schéma général d’un poste source
HTB/HTA 90 ou 63/20 kV
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Ils doivent être conçus de telle sorte que les postes puissent
évoluer simplement vers la structure finale.
Pour les postes alimentant le réseau de distribution, le distributeur définit les schémas types qui suivent, mentionnés par ordre
de complexité croissante.
■ Les postes desservant les zones rurales et/ou les villes moyennes
sont alimentés par les réseaux de répartition à 63 ou 90 kV. Ce sont
généralement des postes à plusieurs tronçons de jeu de barres
(figure 2). Ce schéma permet de répartir la charge sur deux transformateurs T1 et T2 de puissance inférieure ou égale à 36 MVA. Chaque
tronçon de jeu de barres est relié à un transformateur.
■ Les postes desservant les grandes agglomérations, justifiant par
la puissance appelée une injection directe à partir du réseau de transport à 225 kV. En étape finale, ces postes comportent trois transformateurs 225/20 kV ayant chacun une puissance inférieure ou égale
à 70 MVA. La charge est répartie sur cinq rames (figure 3).
Nota : le lecteur pourra se reporter à l’article [D 4 210] Réseau de distribution. Structure
et planification [4].
5.1.3 Éléments constitutifs du tableau HTA
■ Le tableau HTA est divisé en parties élémentaires appelées unités
fonctionnelles. On distingue les principaux types d’unités fonctionnelles suivants, correspondant chacun à une fonction.
● L’unité fonctionnelle arrivée assure la liaison entre le transformateur HTB/HTA et le jeu de barres du tableau.
● L’unité fonctionnelle départ assure la liaison entre le jeu de
barres du tableau et le réseau de distribution aérien, souterrain ou
mixte.
● L’unité fonctionnelle condensateurs assure la liaison entre le
jeu de barres du tableau et une batterie de condensateurs.
● L’unité fonctionnelle tronçonnement de barres et l’unité fonctionnelle pont de barres permettent de relier deux tronçons de jeu de
barres entre eux.
● L’unité fonctionnelle transformateurs de tension permet
éventuellement de disposer de réducteurs de tension sur le jeu de
barres HTA.
Ces unités fonctionnelles sont équipées de disjoncteurs, à
l’exception des unités fonctionnelles pont de barres et transformateurs de tension.
■ Sur les réseaux aériens, uniquement, on utilise une autre unité
fonctionnelle, appelée unité fonctionnelle shunt, équipée d’un
disjoncteur spécial permettant l’élimination d’un défaut monophasé
fugitif en assurant une liaison momentanée entre la phase en défaut
et la terre.
■ Sur chacun des circuits (arrivée ou départ), un dispositif de
sectionnement est prévu, pour permettre leur isolement par
rapport au jeu de barres et au réseau HTA (figure 22), assurant les
fonctions de sécurité d’exploitation et de sécurité du personnel. Ce
sectionnement est effectué par un débrochage de la partie active du
disjoncteur HTA.
Figure 3 – Poste 225/20 kV desservant les
grandes agglomérations
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■ Des réducteurs de mesure sont destinés à alimenter les
appareils de mesure, de protection et de comptage :
— les réducteurs de tension sont placés sur les arrivés et,
éventuellement, sur le jeu de barres ;
— les réducteurs de courant sont disposés sur chacun des circuits
arrivées ou départs.
L’assemblage des appareils qui réalisent ces unités fonctionnelles dans un local de poste constitue une rame qui se divise
souvent en deux demi-rames dont chacune est alimentée par un
transformateur HTB /HTA différent quand cela est possible
(figure 2).
5.1.4 Fonctions de protections, d’automatismes
et de téléconduite
Ce sujet est traité dans l’article [D 4 810] Protection des réseaux
à moyenne tension de distribution publique [2].
■ Dans les réseaux souterrains, ces postes d’étoilement sont considérés comme un prolongement du tableau à moyenne tension de la
source sur laquelle ils sont raccordés. Selon la structure des réseaux,
ces postes peuvent être appelés tête de fuseau ou tête de boucle, ou
point de réflexion (figure 4b ). Ils sont souvent équipés d’interrupteurs télécommandés.
5.2.2 Structure rurale aérienne
La structure HTA des réseaux ruraux aériens est généralement
arborescente (figure 5). Ces réseaux HTA permettent d’alimenter les
différents postes HTA/BT ruraux décrits dans le paragraphe 5.3. Afin
d’optimiser l’exploitation de ces réseaux, des appareils de coupure,
principalement des interrupteurs-sectionneurs à commande
manuelle ou télécommandés, sont installés sur ces réseaux. Comme
il s’agit d’appareils aériens, nous ne les décrirons pas dans cet
article (§ 2). On peut trouver des éléments à leur sujet à la référence
bibliographique [1].
Bien que ne faisant pas partie de la structure type des réseaux
ruraux, on peut aussi trouver des postes d’étoilement HTA/HTA
(§ 5.2.4). Ils peuvent être associés à un poste HTA/BT (§ 5.3).
5.1.5 Mise à la terre du neutre HTA
Deux articles traitent de ce sujet [1] [2]. Le lecteur pourra s’y
reporter.
5.2 Postes HTA de structure
5.2.3 Structure rurale souterraine
La figure 6 présente regroupés sur une même artère les différents
types de poste de structure disponibles sur les réseaux souterrains
ruraux ; leur description est faite dans les paragraphes 5.2.5 et 5.2.6.
5.2.4 Postes d’étoilement HTA/HTA
Ces postes, que l’on peut trouver tant dans les zones urbaines que
rurales, sont essentiellement destinés à assurer une fonction de
répartition des réseaux HTA à partir d’un point donné du réseau
(figure 4). On les appelle aussi postes d’étoilement ou postes
d’éclatement. Ils sont de moins en moins utilisés dans les structures
de réseaux HTA normalisées actuelles.
Les postes d’étoilement abritent des interrupteurs-sectionneurs
HTA et permettent l’exploitation de réseaux secondaires étendus
et/ou complexes (figure 7).
■ Dans le cas des réseaux aériens, les postes HTA de structure n’ont
en principe pas leur place dans la structure à long terme d’un réseau
MT aérien. Ils peuvent parfois être destinés à évoluer vers un poste
source dont ils constitueront une amorce ; sinon, ils doivent disparaître ou être utilisés comme poste d’étoilement (figure 4a ) dont les
départs (au nombre de 3 au maximum) peuvent être équipés d’interrupteurs fonctionnant dans le creux de tension ou télécommandés.
■ L’armoire de coupure manuelle (ACM) permet de tronçonner une
ossature souterraine et de reprendre une charge ponctuelle ou une
petite grappe de postes à un coût modéré. Elle permet aussi de visualiser le passage éventuel d’un défaut et d’effectuer le raccordement
des appareils de recherche de défauts sur chacun des câbles qui lui
sont raccordés afin de faciliter les opérations de reprise d’alimentation consécutives à un défaut sur le réseau. Associée à une boîte de
dérivation, elle permet la reprise d’une extension (figure 6).
5.2.5 Armoires de coupure manuelle
Figure 4 – Postes HTA de structure
Figure 5 – Structure rurale aérienne
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D 4 600 − 9
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Figure 6 – Structure rurale souterraine
Une ACM (figure 8) est composée :
— d’un interrupteur-sectionneur HTA encadré de sectionneurs de
mise à la terre ;
— d’un détecteur de défauts HTA ;
le tout installé dans une armoire préfabriquée.
■ L’armoire de coupure manuelle avec dérivation (ACMD) est une
variante de l’ACM ; elle possède les mêmes fonctions auxquelles a
été incorporée la fonction dérivation (figure 9). L’armoire doit alors
impérativement être placée à l’endroit de la dérivation.
■ L’armoire de coupure à 3 commandes manuelles (AC3M) permet
une coupure et la mise à la terre sur trois directions (figure 10). Elle
facilite les réalimentations et les manœuvres d’exploitation dans
tous les cas possibles d’intervention pour travaux comme sur
incident. De par son coût élevé, son emploi ne se justifie pas pour des
reprises de faibles charges.
Figure 7 – Poste d’étoilement
5.2.6 Armoires de coupure télécommandées
Afin de réduire les temps de coupure en cas d’incident sur le réseau
HTA, EDF télécommande depuis les années soixante-dix, des interrupteurs, essentiellement aériens. Plus récemment, la mise en place
d’interrupteurs télécommandés, sur les réseaux souterrains, a été
vigoureusement lancée.
Ces appareils, télécommandés par une liaison radio ou par le
réseau téléphonique commuté, permettent de réalimenter rapidement une grande partie de la clientèle en cas de défaut sur un départ
HTA. On peut citer deux types d’armoire de coupure.
■ L’armoire de coupure télécommandée (ACT) est composée des
éléments suivants (figure 11) :
— deux interrupteurs-sectionneurs dont un est associé à une
commande électrique ;
— un coffret de télécommande de type ITI (interface de télécommande d’interrupteur) qui comporte un moyen de communication à distance (par téléphone ou radio) ; il est associé à un
transformateur de potentiel pour assurer son alimentation BT
autonome ;
— un détecteur de défauts ;
le tout étant placé dans une armoire posée au sol. Elle permet de
tronçonner une artère souterraine.
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Figure 8 – Armoire de coupure manuelle
■ L’armoire de coupure télécommandée à 3 directions (AC3T) est
composée (figure 12) :
— de trois interrupteurs-sectionneurs dont un, deux ou trois
d’entre eux sont associés à une commande électrique ;
— un coffret de télécommande de type ITI ;
— d’autant de détecteurs de défauts que de commandes
électriques.
Le tout est placé dans une armoire posée au sol.
Madame, Monsieur
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Cet appareil permet simultanément de tronçonner une artère
souterraine et d’isoler une dérivation. Il s’installe en tête d’une
dérivation.
5.3 Postes HTA/BT
5.2.7 Disjoncteur-réenclencheur en réseau
Les postes de transformation HTA/BT se distinguent les uns des
autres, d’une part, par leur puissance maximale de transformation,
d’autre part, par leur mode de raccordement.
Ce matériel existe en deux versions, extérieure (figure 13) et intérieure (figure 14). Les deux versions de DRR sont composées :
— d’un disjoncteur HTA, de type haut de poteau pour la première,
de type intérieur pour la seconde ;
— d’un coffret contrôle-commande ;
— de moyens de communication par réseau radio ou
téléphonique.
Le DRR extérieur (figure 13) est, en sus, doté de parafoudres
HTA nécessaires à la coordination des isolements et d’un transformateur d’alimentation des auxiliaires. Pour l’installation d’un DRR
en cabine, on choisit un poste de distribution publique.
Le DRR assure les fonctionnalités classiques d’un disjoncteur
associé à un ensemble de protections et de réenclenchements ;
il est aussi manœuvrable à distance. Le DRR vient donc
compléter la panoplie des matériels, afin de contribuer à
l’amélioration de la qualité de service, notamment en diminuant
le nombre de clients subissant des coupures longues, brèves ou
très brèves.
Figure 9 – Armoire de coupure manuelle avec dérivation
Figure 11 – Armoire de coupure télécommandée
Figure 12 – Armoire de coupure télécommandée à 3 directions
Figure 10 – Armoire de coupure à 3 commandes manuelles
Figure 13 – Disjoncteur-réenclencheur en réseau aérien
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L’existence et la structure du tableau à moyenne tension de ces
postes sont directement liées à ce mode de raccordement, qui
dépend :
— des caractéristiques des réseaux en amont qui peuvent être
aériens (cas des zones rurales essentiellement) ou souterrains (cas
des zones urbaines et périurbaines) ; il faut toutefois noter que la
pénétration progressive des réseaux souterrains HTA dans les zones
rurales tend à minimiser cette séparation distinctive ;
— du niveau de qualité de service que le distributeur veut offrir
à ses clients compte tenu de leurs besoins spécifiques ; ces besoins
peuvent conduire à l’utilisation d’une deuxième alimentation sur un
réseau voisin.
Comme dans le cas des postes de distribution HTB/HTA
(figures 2 et 3), les schémas des postes de transformation HTA/BT
dépendent de la structure du réseau HTA et de la clientèle
considérée.
5.3.2 Différents modes d’alimentation
Trois types d’alimentation représentés sur la figure 15 sont
utilisés.
Figure 14 – Disjoncteur-réenclencheur en réseau souterrain
■ Alimentation en simple dérivation ou antenne
C’est le schéma le plus simple, généralement utilisé pour les
postes ruraux et quelquefois pour les postes urbains (installations
provisoires, postes de chantier). Un seul câble ou ligne aérienne
alimente le poste (figure 15a ).
Une intervention sur le câble ou la ligne nécessite dans la majorité des cas (le bouclage en basse tension n’étant généralement
pas possible) d’interrompre l’alimentation de la clientèle.
■ Alimentation en coupure d’artère ou boucle
C’est le système de distribution le plus répandu en zone urbaine.
Chaque poste est alimenté par deux câbles issus d’un même poste
source (éventuellement de deux postes sources), l’ensemble des
deux câbles formant une boucle (figure 15b ).
Ce système permet d’isoler un tronçon de câble pour travaux, tout
en continuant à alimenter tous les postes. Seule une défaillance de
la source elle-même peut priver de courant les postes de la boucle.
Ces réseaux sont exploités en boucle ouverte.
■ Alimentation en double dérivation
C’est le système de distribution qui offre la plus grande continuité
de service. Il est utilisé dans des zones urbaines où la clientèle ne
peut supporter des coupures de longue durée. Chaque poste est
raccordé à deux câbles (figure 15c ). L’un des câbles alimente
normalement le poste, l’autre étant en réserve pour réalimenter le
poste en cas de défaut sur le premier.
Actuellement, cette réalimentation est parfois assurée
automatiquement dans certaines grandes agglomérations.
Figure 15 – Types d’alimentation HTA
5.3.3 Postes pour réseaux aériens
Les postes ruraux sont définis en France par la norme NF C 11-201.
Ces postes sont alimentés en simple dérivation et ne comportent
généralement pas d’appareillage de coupure et de protection HTA.
Ils comprennent :
— pour le transformateur sur poteau (figure 16a ), un ou deux
départs à basse tension, si la puissance du transformateur est inférieure ou égale à 160 kVA ;
— pour le transformateur en armoire (figure 16b ), deux à quatre
départs, si la puissance du transformateur est comprise entre 160
et 250 kVA.
Ces postes (figure 17), dont la puissance est en général comprise
entre 250 et 1 000 kVA, peuvent être alimentés en simple dérivation
(antenne), en double dérivation ou en coupure d’artère (figure 15).
Ils comprennent une protection générale HTA du transformateur,
assurée par des fusibles associés à un interrupteur-sectionneur
(toutefois, ce dernier n’existe pas dans les schémas en simple dérivation et dans le schéma simplifié en double dérivation) et quatre à
huit départs BT.
Dans le domaine rural, le poste socle, identique dans ses fonctionnalités au poste en armoire du réseau aérien, permet d’alimenter
des puissances de 100 ou 160 kVA. Il ne comporte pas d’appareillage
HTA. Des fusibles intégrés au transformateur permettent de limiter
les conséquences de défauts internes.
5.3.4 Postes pour réseaux souterrains
Les postes urbains sont définis par une circulaire du distributeur.
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6.1.1 Postes de livraison HTB
On distingue :
■ les postes en antenne (figure 18) qui sont les plus utilisés pour
des raisons d’économie évidente, notamment lorsqu’une centrale
industrielle fournit l’essentiel de l’énergie.
Il n’y a pas de possibilité de secours externe et ces postes ont
généralement pour rôle d’assurer la fourniture de l’énergie en
appoint et en secours.
Figure 16 – Postes HTA/BT en aérien.
Transformateur sur poteau en armoire
■ les postes en double alimentation (figure 19) qui sont constitués
de deux travées HTB identiques comportant chacune un transformateur pouvant assurer la fourniture de la puissance nominale ; à ce
schéma peut être associé un dispositif assurant la permutation automatique des travées en cas d’incident.
Ces postes ont l’avantage de la simplicité ; ils permettent d’obtenir une bonne sécurité d’exploitation mais sans possibilité d’extension.
■ les postes avec jeu de barres qui peuvent comporter plusieurs
travées lignes et plusieurs travées transformateurs s’apparentent à
ceux que l’on rencontre au sein des réseaux interconnectés ; ils sont
réservés aux très grosses installations.
Une variante intéressante consiste dans une disposition comportant 2 lignes et 2 transformateurs avec un jeu de barres HTB intermédiaire (figure 20) ; dans ce cas, il est possible d’installer
2 dispositifs de permutation, l’un pour les lignes, l’autre pour les
transformateurs.
6.1.2 Postes de livraison HTA
Ils sont définis par la norme NFC 13.100 et peuvent être alimentés :
— en antenne ;
— en coupure d’artère ;
— en double dérivation ;
suivant les dispositions décrites au paragraphe 5.3.2.
Figure 17 – Postes HTA/BT en souterrain. Transformateur en cabine
6. Postes privés.
Structures et schémas
Comme cela a été évoqué paragraphe 2.2, un poste privé peut
faire partie de deux types de structures :
— la structure source, assurant le raccordement de l’installation
sur les sources de courant ;
— la structure de distribution, assurant l’alimentation des dispositifs terminaux depuis la structure source.
Elles sont développées dans ce paragraphe. Nous présentons
ensuite les fonctions de contrôle et de surveillance.
6.1.3 Postes de centrale électrique
et postes d’interconnexion privés
La présence d’une centrale électrique pouvant alimenter l’installation de façon autonome ou couplable au réseau de distribution
publique implique la création d’un ou de plusieurs postes principaux
raccordés sur le poste de livraison et faisant partie de la structure
source de l’installation, soit :
— le poste de la centrale électrique sur lequel les alternateurs sont
raccordés directement ;
— éventuellement, un ou plusieurs postes d’interconnexion
situés entre le poste de livraison et le poste de la centrale.
Cette disposition ne constitue pas une règle générale ; elle est
surtout utilisée lorsque la centrale électrique est éloignée du poste
de livraison ou pour des raisons de commodité. En pratique, rien
ne s’oppose à ce que les alternateurs soient raccordés sur le poste
de livraison.
6.1 Structures sources
Le réseau de distribution publique met en œuvre plusieurs échelons de tension définis en fonction des puissances à transmettre.
La tension de livraison appropriée est définie en accord avec le
distributeur. Le raccordement HTB ou HTA implique la création d’un
poste de livraison à la charge du client.
Le poste de livraison fait partie de la structure source de l’installation au même titre que les postes de centrales électriques et que
les postes d’interconnexion s’il en existe (figure 1).
6.1.4 Création du point neutre.
Schéma des liaisons à la terre
La norme NF C 13-200 définit les règles de construction des installations privées HTB et HTA.
Le schéma des liaisons à la terre des neutres des installations
alimentées directement par le réseau de distribution publique HTA
est fixé par le distributeur.
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Figure 18 – Schéma d’un poste HTB de livraison en antenne
Figure 20 – Schéma d’un poste HTB de livraison avec jeu de barres
Il faut cependant savoir que la réalisation d’un réseau HTA à neutre
isolé implique des contraintes et des risques supplémentaires du fait
des surtensions qu’ils engendrent, notamment :
— en raison de résonances (ou ferrorésonances) qui peuvent
apparaître spontanément dans certaines configurations de réseau,
ce qui nécessite la mise en œuvre de résistances d’amortissement
et de dispositifs de protection appropriés ;
— de l’évolution de la tension entre phases et masse qui peut
varier en fonction des capacités réparties et qui nécessite de surisoler
certains équipements, notamment les câbles électriques, de façon
à éviter des amorçages, des phénomènes d’ionisation localisés, ainsi
que le vieillissement prématuré des isolants.
Ces conditions font que la réalisation des réseaux à neutre isolé
est généralement plus onéreuse que celle des réseaux à neutre à
la terre. Les conditions d’utilisation des réseaux à neutre isolé sont
fixées par le décret du 14 novembre 1988 (C 12-101).
Figure 19 – Schéma d’un poste HTB de livraison
en double alimentation
■ Le point neutre du réseau HTA est mis à la terre par l’intermédiaire d’un dispositif limitant le courant de défaut.
Lorsque le poste de livraison comporte des transformateurs abaisseurs ou que l’installation comporte une centrale électrique pouvant
fonctionner de façon autonome, des dispositions complémentaires
doivent être prises pour assurer la mise à la terre du point neutre
du réseau de distribution privé.
■ Il est possible de réaliser des réseaux à neutre isolé à condition
d’installer un dispositif qui contrôle en permanence l’isolement du
réseau et provoque l’arrêt des sources autonomes en cas d’incident.
Une telle disposition permet éventuellement de différer l’arrêt si les
conditions impérieuses d’exploitation s’y opposent (cas des installations de sécurité).
D 4 600 − 14
■ Dans un poste de livraison avec transformateurs, la mise à la
terre est généralement réalisée au moyen d’une connexion entre le
point neutre du secondaire du transformateur et le réseau de terre
(figures 18, 19 et 20). Dans cette connexion est insérée une résistance de limitation du courant homopolaire, ce qui implique un
couplage étoile-étoile.
Une variante à cette disposition consiste à utiliser une bobine de
point neutre ou un générateur homopolaire des réseaux amont et
aval du transformateur.
■ Lorsque des centrales électriques alimentent le réseau de distribution privé de façon autonome, il est nécessaire de réaliser la mise à
la terre du point neutre par l’intermédiaire d’une bobine de point
neutre reliée au jeu de barres du poste de la centrale électrique. Cette
mise à la terre doit être effectuée d’une façon distincte de celle
réalisée au poste de livraison.
Si la centrale peut fonctionner couplée avec le réseau de distribution publique, il faut éliminer automatiquement la bobine de point
neutre de la centrale en marche couplée et la remettre immédiatement en service en cas de séparation.
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6.1.5 Auxiliaires
■ Les postes de la structure source comportent souvent des circuits
auxiliaires BT à courant alternatif (éclairage, chauffage, etc.). C’est
notamment le cas des postes de livraison alimentés en HTB et des
postes des centrales électriques.
Ces circuits sont alimentés par des transformateurs auxiliaires
raccordés soit directement au secondaire des transformateurs
HTB/HTA, soit sur les jeux de barres des tableaux HTA.
■ Les circuits auxiliaires à courant continu nécessaires à l’alimentation des ensembles de relayage et des protections associent des
batteries d’accumulateurs et des chargeurs ; ces derniers sont
alimentés par les circuits auxiliaires précédents.
6.1.6 Protections
■ Dans le cas le plus général, les tableaux HTA, constituant les
structures sources, comprennent les disjoncteurs d’arrivées des
sources de courant ainsi que les disjoncteurs de départs placés en
tête des liaisons alimentant les structures de distribution.
Aux disjoncteurs sont associés des dispositifs de protection
appropriés provoquant leur ouverture en cas d’incident.
■ Dans le cadre d’un réseau privé, le calibre et la temporisation des
protections divisionnaires sont assujettis à ceux des sources
d’alimentation et notamment à ceux imposés par le distributeur au
raccordement sur le réseau de distribution publique.
6.2 Structures de distribution
Elles sont alimentées sous la tension de distribution depuis les
tableaux HTA constituant la structure source et comprennent les
lignes et les postes de distribution.
6.2.1 Lignes de distribution
Elles sont généralement constituées par des câbles isolés et la
norme NF C 13-200 fixe le mode de calcul permettant de dimensionner les sections en fonction :
— des caractéristiques des protections situées en amont ;
— des courants de court-circuit ;
— du mode de pose.
Les trois types de distribution utilisés sont semblables à ceux
des réseaux de distribution publique (§ 5.3.2, figure 15).
■ Distribution en antenne
C’est la moins onéreuse à réaliser. Elle présente toutefois
l’inconvénient de n’offrir aucune possibilité de secours.
■ Distribution en boucle
C’est souvent la solution de prix minimale offrant des possibilités
de secours suffisantes. Toutefois, en cas d’incident, elle nécessite
des manœuvres assez longues pour rétablir la distribution.
■ Distribution en double dérivation
Tous les postes divisionnaires sont alimentés par deux lignes
distinctes.
Chaque tableau HTA des postes divisionnaires est muni d’une
fonction inverseur d’arrivées réalisée généralement à l’aide de deux
interrupteurs à verrouillage mutuel. La manœuvre de ces interrupteurs est souvent placée sous la dépendance d’un automatisme de
basculement.
Cette solution est la plus onéreuse puisqu’elle demande de
doubler la longueur du câble et l’achat de cellules avec des automatismes. De plus, elle impose des contraintes d’exploitation importantes, car, en cas de travaux sur un câble, il faut consigner
l’ensemble des postes pour des raisons de sécurité, c’est-à-dire
prendre des mesures pour éviter le fonctionnement intempestif des
automatismes.
6.2.2 Postes de distribution privés
Généralement implantés au sein même des bâtiments ou des
unités de production, ils assurent la transformation du courant électrique aux niveaux de tension requis par les utilisateurs. Dans le cas
le plus général, ils comprennent :
— un tableau HTA ;
— un ou des transformateurs ;
— des tableaux de distribution HTA et BT.
■ Les départs incorporés aux tableaux HTA sont le plus souvent
constitués par des combinés interrupteurs-fusibles HTA, parfois par
des disjoncteurs, voire par des contacteurs.
Les fusibles constituent le stade ultime de sélectivité en raison
des temps de coupure très courts qu’ils permettent d’obtenir à la
condition toutefois que le courant de défaut soit suffisamment
élevé (NF C 64-210) ; c’est le cas d’une installation alimentée par le
réseau de distribution publique.
Il n’en est pas toujours de même en ce qui concerne la protection
contre les défauts à la terre lorsque le courant homopolaire est limité
à une valeur trop faible, ce qui peut entraîner le fonctionnement
intempestif des protections situées en amont.
En cas de doute, il est indispensable de se renseigner auprès du
distributeur.
■ Lorsque l’installation est alimentée par une centrale électrique
autonome non couplée au réseau de distribution publique, les
courants de défaut sont souvent trop faibles pour provoquer la fusion
correcte des fusibles HTA et il peut être nécessaire de les doubler par
des protections complémentaires mises en service automatiquement lorsque la centrale est en marche autonome.
6.3 Fonctions de contrôle
et de surveillance
Globalement, une installation peut être découpée en tranches
indépendantes assurant des fonctions d’automatisme propres à
chaque appareil ou groupe d’appareils. La figure 21 représente
l’organigramme d’un réseau d’automates gérant un réseau privé
avec centrale électrique.
6.3.1 Automatismes décentralisés
Ils sont constitués par des tranches indépendantes et conçus de
façon à ce que l’indisponibilité momentanée d’un élément n’ait pas
de répercussion sur le reste de l’installation.
On réalise ainsi le niveau 0 et le niveau 1 d’automatisme ; ce
dernier autorise, à lui seul, un fonctionnement en marche dégradée
de l’installation, sur intervention directe du personnel qui décide des
opérations à effectuer au moment opportun.
Ils sont réalisés soit par des dispositifs à relais dans les cas les
plus simples (niveau 0), soit par des automates (niveau 1).
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7.1 Généralités sur les tableaux HTA
■ Un tableau à moyenne tension (HTA) regroupe, dans une même
enceinte métallique, un ensemble d’appareillages (disjoncteur,
interrupteur, sectionneur, interrupteur-sectionneur, sectionneur de
terre) qui assurent des fonctions spécifiques. Leurs définitions sont
données dans le paragraphe 1 Terminologie.
Le tableau comporte un jeu de barres qui assure la liaison de tous
ces appareillages.
Figure 21 – Organigramme d’un réseau d’automates
gérant un réseau privé avec centrale électrique
6.3.2 Automatismes centralisés
Ils assurent la conduite de l’installation en se substituant à
l’opérateur humain pour effectuer les opérations courantes d’exploitation (ordres de démarrage ou arrêt, séquences de manœuvre, etc.)
en fonction des besoins.
Ils constituent le niveau 2 d’automatisme et sont réalisés à l’aide
d’automates programmables ou de calculateurs.
Ils peuvent avantageusement être reliés aux automates de
niveau 1 par une liaison informatique asynchrone, ce qui permet de
réduire considérablement le nombre des liaisons d’asservissement
et de signalisation.
6.3.3 Systèmes de supervision
Ils constituent le niveau 3 et permettent le contrôle et la
commande à distance d’un ensemble d’installations.
À l’origine constitués par des tableaux de commande, ils sont
maintenant réalisés à l’aide d’ordinateurs reliés aux automatismes
de niveau 2.
Les informations nécessaires à la conduite sont reportées en
temps réel sur des écrans et peuvent être enregistrées et éditées au
fil de l’eau ou regroupées de façon à constituer des historiques.
Éventuellement, des informations peuvent être acheminées par
circuit téléphonique à des centres de contrôle spécialisés assurant
simultanément la surveillance de plusieurs installations.
7. Technique des postes HTA
■ Les tableaux sont actuellement tous réalisés sous enveloppes
métalliques ; on peut les subdiviser en trois types : appareillage
blindé, appareillage compartimenté et appareillage bloc.
● L’appareillage blindé comporte des appareils disposés à l’intérieur d’enveloppes distinctes (cellules modulaires), ayant des
cloisons métalliques destinées à être mise à la terre. Ces dernières
séparent les appareils de connexion principale (disjoncteur, interrupteur ou sectionneur), le jeu de barres et les éléments de raccordement aux câbles à moyenne tension.
● L’appareillage compartimenté comporte des appareils disposés
à l’intérieur de compartiments à cloisons non métalliques.
● L’appareillage bloc est un appareillage qui regroupe plusieurs
fonctions sous une même enveloppe métallique.
7.1.1 Sécurité du personnel et des installations
Nota : le lecteur pourra se reporter en bibliographie aux références [7] [8] [9].
■ Degré de protection
Les enveloppes et les commandes mécaniques des appareils, des
tableaux HTA utilisés dans les postes d’Électricité de France doivent
satisfaire au degré IP2xC de la publication EN 60 529 (CEI 529).
● IP signifie indice de protection.
● Le premier chiffre (2) indique que, du point de vue de la pénétration de corps solides étrangers, l’enveloppe doit être conçue de
manière à éviter l’accès aux corps de diamètre supérieur ou égal à
12 mm (essai réalisé avec une bille de 12,5 mm).
● La lettre x placée en deuxième position indique qu’aucune
protection n’est requise contre la pénétration des liquides.
● La lettre C placée en troisième position indique que, en ce qui
concerne la protection des personnes contre l’accès aux parties
dangereuses, l’exigence est supérieure à la valeur indiquée par le
premier chiffre (cas du doigt de diamètre 12 mm) et que, dans ce cas,
l’enveloppe doit protéger contre l’accès aux parties dangereuses
avec un outil (en pratique, le calibre d’accessibilité de 2,5 mm de
diamètre et de 100 mm de longueur doit rester à une distance suffisante des parties dangereuses).
La protection contre les chocs est définie conformément à la
norme CEI 694 par l’énergie de l’impact mécanique délivrée par le
marteau d’essai (CEI 68-2-63). Les enveloppes du tableau doivent
résister aux impacts de 2 J.
■ Sécurité des opérations d’exploitation
Un poste HTA est un ouvrage qui comporte :
— un (ou plusieurs) tableau d’appareillage ;
— un équipement de protection et contrôle-commande, le plus
souvent incorporé au tableau ;
— parfois des compteurs d’énergie ;
— un matériel de liaison aux câbles de puissance ;
— une enceinte qui peut être une partie de bâtiment ou un
bâtiment uniquement destiné à cet effet.
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Le personnel doit pouvoir effectuer, sans que cela ne nécessite
de discontinuité de l’enveloppe, les opérations d’exploitation et de
sécurité suivantes :
— manœuvres des appareils de coupure et de sectionnement ;
— vérification de l’état de tension et de concordance des phases ;
— contrôle de la séparation certaine des circuits ;
— condamnation des organes de coupure ;
— manœuvres et condamnation des organes de mise à la terre
et en court-circuit.
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■ Protection contre les défauts internes
En cas de défaut interne au tableau HTA, la sécurité des personnes
situées devant le tableau doit être assurée y compris lors des opérations de réglage ou de vérification des protections et du contrôlecommande, mais aussi lors des opérations de séparation du disjoncteur du tableau.
■ Sécurité des interventions sur l’appareillage HTA
L’accès à l’appareillage HTA, lorsque le poste reste en partie en
service, nécessite que le tableau soit subdivisé en compartiments
dont l’accès est soit autorisé, soit interdit en exploitation normale.
● Dans les compartiments dont l’accès est autorisé en exploitation
normale, les capots d’accès peuvent être ouverts manuellement à la
condition que les éléments du circuit HTA, placés dans le compartiment considéré, soient mis hors tension et, si nécessaire, à la terre ;
tant que ces conditions ne sont pas remplies, des verrouillages interdisent l’ouverture des capots.
● Dans les compartiments dont l’accès est interdit en exploitation
normale, l’accès nécessite la mise hors tension des circuits susceptibles de leur être raccordés ; ils sont signalés par un triangle
d’avertissement de danger ; le démontage des capots d’accès
nécessite l’utilisation d’un outil.
Rappelons que, pour travailler hors tension sur un ouvrage [6], il
faut réaliser, préalablement, une consignation qui comprend les
quatre opérations suivantes : séparation de l’ouvrage des sources
de tension avec respect de la coordination des niveaux d’isolement,
condamnation en position d’ouverture des organes de séparation,
identification de l’ouvrage pour être certain que les travaux seront
bien exécutés sur l’ouvrage ainsi mis hors tension, vérification
d’absence de tension immédiatement suivie par une mise à la terre
et en court-circuit des conducteurs accessibles de part et d’autre de
l’ouvrage.
Il faut noter que la séparation doit être certaine. Sa connaissance
est obtenue soit par la vue directe des contacts séparés, soit par un
asservissement de très bonne qualité entre les contacts et l’indicateur mécanique reflétant la position de l’appareillage de séparation
de façon certaine.
La qualité de robustesse et de sûreté des chaînes cinématiques
et indicatrices est vérifiée lors d’essais mécaniques démontrant que
ces chaînes peuvent résister à des contraintes supérieures à celles
qui peuvent leur être transmises en cas de blocage des contacts de
l’organe de séparation ou de l’indicateur.
● Dans le cas d’un produit électronique, les recueils internationaux
de donnés de fiabilité des composants permettent de réaliser le
calcul du taux de défaillance prévisionnel.
● Dans le cas d’un produit électromécanique (cellule, disjoncteur),
un calcul n’est pas possible. On ne peut pas chiffrer de façon précise
les taux de défaillance prévisionnels.
On peut tout de même connaître les points faibles éventuels et
les poids relatifs des sous-ensembles dans la fiabilité globale des
matériels par :
— une analyse des modes défaillance et de leur criticité (AMDEC
selon la norme CEI 812) ;
— le retour d’expérience du comportement en réseau des
appareils de génération antérieure ;
— les essais de développement du nouveau produit.
■ Compte tenu des niveaux de fiabilité évalués, en vue d’obtenir la
disponibilité requise de l’installation, le constructeur propose un
programme de maintenance préventive systématique. Si le matériel
est équipé de dispositifs de surveillance d’état, le constructeur peut
alors proposer un programme de maintenance conditionnelle, qui
est une maintenance préventive subordonnée à l’apparition d’une
information d’alerte issue d’un capteur.
Les impératifs de maintenabilité-disponibilité sont des critères
importants de conception de l’appareillage. Les matériels qui ne
nécessitent pratiquement aucun entretien sont installés à poste fixe
sur les cellules. Ceux pour lesquels un entretien périodique s’avère
nécessaire ou ceux pour lesquels les avaries peuvent être plus
fréquentes sont rendus amovibles : débrochables (sans l’aide d’un
outillage) ou déconnectables (avec l’aide d’un outillage).
Chaque cellule est donc constituée d’une partie fixe et d’une partie
mobile, qui sont raccordées entre elles à l’aide d’un système de
contacts réalisant la continuité des circuits à moyenne et basse
tensions (figure 22).
● La partie fixe des cellules comporte le compartiment jeu de
barres, les compartiments renfermant les éléments fixes individuels
de chaque cellule (dispositifs de raccordement des câbles, sectionneur de terre, dispositif de contrôle de l’état de tension, transformateurs de courant et de tension, appareillage BT de commande, de
contrôle et de protection, filerie BT) et l’alvéole de la partie
débrochable.
● La partie mobile comporte le disjoncteur et sa commande
(matériels pour lesquels il existe une limite d’endurance garantie à
partir de laquelle un entretien est nécessaire ou bien qui nécessite un
entretien périodique).
7.1.2 Fiabilité. Maintenabilité. Disponibilité
L’amélioration de la fiabilité du matériel et la réduction des travaux
de maintenance ont toujours été la préoccupation conjointe des
constructeurs et de leurs clients. Depuis 1990, les spécifications techniques d’EDF expriment, en fonction de la criticité des diverses fonctions assurées par l’appareillage, ses besoins en matière de fiabilité
et de maintenabilité.
■ La fiabilité d’un produit est caractérisée par le taux de défaillance
d’un équipement à remplir l’une de ses fonctions. En particulier, il est
défini, dans la spécification EDF HN 64-S-40 des postes HTB/HTA :
— le refus de réponse aux sollicitations d’ouverture ou de fermeture d’un disjoncteur ; la limite admissible du taux de défaillance est
fixée en ce cas à 2,5 · 10–4 ;
— la cessation de l’aptitude d’un équipement à supporter les
contraintes en tension ou en courant imposées par le réseau, ce qui
se traduit par l’apparition d’un défaut interne ; la limite admissible
du taux de défaillance est fixée à 4 · 10–4 défauts par cellule et par an.
Les spécifications techniques EDF demandent la démonstration
par les fournisseurs de la capacité d’un nouveau produit à satisfaire
ces besoins.
Figure 22 – Schéma de cellules arrivée et départ HTA
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Le disjoncteur doit toujours pouvoir être séparé du jeu de barres
qui est la source principale de tension. En fonction de l’architecture
du réseau et du besoin de continuité de service, la tête de câble
doit, ou non, rester sous tension pendant les travaux d’entretien du
disjoncteur, ce qui impose, ou non, la présence d’un organe de sectionnement entre le disjoncteur et la tête de câble HTA (figure 22).
Les tableaux à double sectionnement sont, en général,
imposés pour une utilisation en poste source de réseau public ou
privé. Notre présentation sera donc bâtie autour des tableaux de
poste source EDF qui relèvent de la spécification d’entreprise
HN 64-S-40, les autres types de tableaux étant caractérisés par
différences par rapport à cette spécification.
7.2 Tableaux de disjoncteurs HTA
à double sectionnement pour poste
source de distribution publique
7.2.1 Caractéristiques
Les tableaux sont constitués d’unités fonctionnelles divisées en
compartiments entièrement fermés sur toutes les faces, y compris
celles reposant sur le sol. Chaque compartiment comporte un
ensemble de connexions ou d’appareils. Les tableaux sont à isolement dans le gaz (air ou SF6 ).
Les caractéristiques assignées des postes EDF sont :
— tension assignée : 24 kV, quelle que soit la tension du réseau
(à l’exception des réseaux 33 kV) sur lequel ils sont utilisés ; cette
valeur correspond à la valeur maximale de tension des réseaux de
distribution ;
— courant de courte durée admissible : 12,5 kA pendant 1 s ;
— pouvoir de coupure assigné des disjoncteurs : 12,5 kA en valeur
efficace ;
— pouvoir de fermeture assigné des disjoncteurs et des interrupteurs : 31,5 kA en valeur de crête ;
— courant assigné des unités fonctionnelles arrivée (liaison entre
le transformateur HTB/HTA et le jeu de barres (figure 22) : 1 250 A ;
— courant assigné des unités fonctionnelles départ (liaison entre
le jeu de barres et le réseau HTA (figure 22) : 400 A, et exceptionnellement 630 A.
7.2.2 Cellule à isolement dans l’air
■ Compartiment d’alimentation générale
ou compartiment jeu de barres
Ce compartiment [➂ figures 23 et 24] renferme le jeu de barres
HTA qui doit être robuste par lui-même et dépouillé de tout organe
fragile ou nécessitant de l’entretien. Aucun appareil hormis un
transformateur de mesure de tension ne doit être installé dans ce
compartiment. Les barres sont généralement en cuivre, éventuellement enrobées de matière isolante.
La partie fixe du système d’embrochage est raccordée au jeu de
barres. Elle doit être le plus simple possible et ne pas comporter le
dispositif à ressorts assurant la pression des contacts.
Ce compartiment jeu de barres est fermé sur toutes ses faces,
mais il n’est généralement pas cloisonné entre chaque cellule et
ses voisines. En extrémité du tableau, des panneaux métalliques
démontables permettent d’assurer de façon simple la prolongation
des barres en cas d’extension de l’ouvrage.
L’accès à ce compartiment est interdit en exploitation normale.
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Figure 23 – Cellule disjoncteur à double sectionnement à isolement
dans l’air : exemple avec partie mobile en position basse
■ Compartiment contenant les éléments fixes
individuels des cellules
Ce compartiment [➀ figures 23 et 24] contient en général les
organes suivants :
— les dispositifs de raccordement de câbles ;
— le sectionneur de mise à la terre des câbles ;
— le dispositif de contrôle de tension sur le câble ;
— les capteurs de tension ;
— les capteurs de courant.
Ces organes peuvent, dans certains cas, être installés dans des
compartiments différents.
● Les dispositifs de raccordement de câbles sont soit des extrémités simplifiées, soit des prises de courant embrochables (appelées
aussi connecteurs séparables), permettant le raccordement de
câbles unipolaires à isolation synthétique qui remplacent les câbles
isolés au papier imprégné.
● Le sectionneur tripolaire de mise à la terre réalise la mise en
court-circuit et à la terre des extrémités de câble ; il possède un
pouvoir de fermeture égal à la valeur de crête du courant de courtcircuit assigné.
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Il doit être muni d’une commande à manœuvre manuelle indépendante pour les manœuvres de fermeture. De plus, un dispositif mécanique doit être prévu pour empêcher l’opérateur d’ouvrir l’appareil
instantanément après l’avoir fermé, pour laisser le temps aux protections d’agir en cas de fermeture intempestive. Une réouverture
immédiate serait dangereuse pour l’opérateur, car le sectionneur de
terre n’a pas de pouvoir de coupure.
La fermeture ne doit être possible que si le disjoncteur est en position de séparation. La manœuvre d’ouverture du sectionneur de terre
de la tête de câble doit être possible si le capot (ou la porte) du
compartiment contenant les éléments fixes de l’unité fonctionnelle
est ouvert pour permettre d’effectuer les essais sur les câbles (essais
diélectriques ou de localisation de défaut), tout en raccordant un
dispositif limiteur de tension (pavé de terre).
La commande du sectionneur de terre est cadenassable dans les
positions sectionneur ouvert et sectionneur fermé et dans ces deux
positions seulement.
● Le dispositif de contrôle de l’état de tension permet d’effectuer
le contrôle de la présence ou de l’absence de tension à l’aide de
lampes au néon à basse tension (une par phase), alimentées en
permanence par un diviseur de tension capacitif. Il permet, en outre,
la vérification de la concordance de phases entre deux cellules.
● Les capteurs de tension peuvent être des transformateurs de
tension (conformes à la publication CEI 186), des dispositifs à base
de diviseurs capacitifs ou un autre système.
Le distributeur demande qu’ils soient déconnectables et qu’ils ne
comportent pas de fusibles HTA.
● Les capteurs de courant peuvent être des transformateurs de
courant de type bobiné ou des tores à basse tension qui doivent
répondre à la publication CEI 185. Ils peuvent être spécifiques à la
protection.
L’accès à ce compartiment est autorisé en exploitation normale
si les deux conditions suivantes sont remplies et vérifiées par des
interverrouillages mécaniques :
— la partie mobile est en position sectionnement ou bien les
deux sectionneurs encadrant le disjoncteur sont ouverts ;
— le sectionneur de terre est fermé.
■ Compartiment disjoncteur
L’alvéole de la partie débrochable de ce compartiment
[➁ figures 23 et 24] est délimitée par des cloisons métalliques. Les
broches de la partie mobile débrochable devant venir en contact avec
celles de la partie fixe (du côté jeu de barres et du côté dispositif
de raccordement), une paroi comprend des traversés. Ces traversées
sont généralement en forme de cloche pour faciliter la réalisation
d’un dispositif d’écrans métalliques mobiles appelés volets qui
assurent la tenue de l’indice de protection quand la partie mobile
est extraite de son alvéole. Les cloches et volets réalisent une fonction de sectionnement entre parties fixes et parties mobiles. Le
fonctionnement des volets est provoqué automatiquement par le
déplacement de la partie débrochable. Ce sont des dispositifs de
sécurité ; c’est pourquoi leur mécanisme de commande est verrouillé
automatiquement en position d’obturation de façon à empêcher
toute possibilité d’ouverture manuelle des volets lorsque la partie
débrochable a été extraite. Des dispositifs de condamnation (cadenassages ou serrures) sont prévus pour faciliter les opérations de
maintenance.
La partie mobile comprend le disjoncteur et sa commande :
— en position de service, la partie débrochable est raccordée
normalement aux parties fixes du tableau ;
— en position de sectionnement, les circuits HTA sont complètement isolés des éléments fixes, mais les circuits de commande BT
peuvent rester connectés pour permettre de vérifier le fonctionnement mécanique du disjoncteur ; on dit que la partie débrochable
est en position d’essais.
Le débrochage qui assure la mise en position de sectionnement
doit être réalisé avec la porte du compartiment fermée, afin de
conserver la tenue au défaut interne durant toute l’opération.
Les positions de service et de sectionnement doivent être définies
sans ambiguïté, de telle sorte que l’opérateur puisse être certain que
la manœuvre d’embrochage ou de débrochage est complètement
réalisée.
Les parties mobiles peuvent être embrochées ou débrochées sous
tension, mais pas en charge. À cet effet, un verrouillage mécanique
interdit la manœuvre si le disjoncteur est fermé.
Une partie mobile extraite du tableau doit pouvoir subir des essais
mécaniques. Un dispositif de raccordement au circuit de commande
basse tension peut être nécessaire.
dans l’air : exemple avec partie mobile située en hauteur
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■ Compartiment à basse tension de commande de contrôle
et de protection
7.2.3 Cellule à isolement dans le SF6
L’appareillage de protection et de contrôle-commande est groupé
dans un compartiment associé à chaque cellule [➃ figures 23 et 24].
Ce compartiment est accessible en exploitation normale.
Les unités fonctionnelles de cette cellule (figure 25) sont constituées d’enveloppes métalliques étanches, remplies de SF 6 sous
faible pression. Elles sont divisées en compartiments scellés. Chaque
compartiment est équipé d’un manomètre compensé en température et d’une valve de sécurité pour toute surpression accidentelle.
Le disjoncteur est équipé de pinces d’embrochage pour faciliter
son extraction éventuelle. En amont et en aval, un sectionneur à
deux positions (fermé ; à la terre ) assure le double sectionnement
du disjoncteur. Les deux sectionneurs sont manœuvrés en une
seule opération depuis la face avant de l’unité fonctionnelle. Si les
parties conductrices qui pénètrent dans le compartiment disjoncteur sont accessibles, elles doivent être mises en court-circuit et à
la terre lors de l’ouverture du sectionneur.
Depuis 1986, les postes qui sont équipés de protection ne
nécessitant plus d’alimentation auxiliaire pour leur fonctionnement
(protection sans alimentation auxiliaire PSAA) ont leurs relais
installés sur des tiroirs. Ces racks de protection sont normalisés et
les produits des divers fournisseurs agréés sont interchangeables.
■ Circuit de terre
Un collecteur général raccordé au réseau de terre du poste assure
le regroupement des circuits et masses métalliques qui doivent être
mis à la terre. Il est réalisé généralement en barres de cuivre non
isolées. Sont reliés à ce collecteur par connexions rigides ou tresses
souples les couteaux du sectionneur de terre, les écrans des câbles
HTA, les points communs des transformateurs de mesure, les enveloppes métalliques.
Les masses métalliques des parties débrochables sont reliées
automatiquement au circuit de terre du tableau par l’intermédiaire
d’un contact glissant. Cette liaison ne doit cesser que lorsque la partie
mobile est en position après extraction. Cette liaison est dimensionnée pour assurer l’écoulement d’un courant de défaut biphasé
(requis triphasé par souci de standardisation).
■ Les deux exemples présentés sur les figures 23 et 24 utilisent
des disjoncteurs à hexafluorure de soufre, ce qui, ajouté à l’emploi
d’isolant en résine synthétique, permet une réduction d’encombrement ; la largeur de ces cellules est de 500 mm ; leur profondeur est
d’environ 1 500 mm. L’encombrement très faible de ces cellules
permet la réalisation en usine des postes en béton préfabriqués,
équipés d’une rame complète de cellules (10 à 13 cellules)
décomposée en deux tableaux raccordés par des câbles.
La réalisation complète et le contrôle en usine de poste dit modulaire permet d’obtenir un niveau de qualité supérieur avec un coût
de réalisation inférieur à une solution classique de tableau assemblé
sur site dans un poste préexistant.
Les deux cellules ont été conçues, comme dit au paragraphe 7.1,
conformément aux impositions de spécification EDF HN 64-S-40.
Elles permettent donc de réaliser toutes les manœuvres d’exploitation ou de maintenance à partir de la face avant du tableau.
En particulier, les manœuvres d’embrochage et de débrochage du
disjoncteur étant réalisées la porte du compartiment fermée, la tenue
du tableau au défaut interne, démontrée par les essais, permet de
garantir pleinement la sécurité du personnel. Le sectionneur de terre
a un pouvoir de fermeture de 31,5 kA (valeur de crête). Les disjoncteurs SF6 sont du type appareil à pression scellé. Ils sont conçus pour
ne pas réclamer de complément de remplissage de SF6 pendant 30
ans. En position séparée ou en essais, le disjoncteur reste dans son
compartiment.
● La caractéristique du premier exemple (figure 23) est que le
disjoncteur peut rouler au sol dans le couloir d’exploitation. Lors de
l’introduction dans la cellule il est pris en charge par des rails de
guidage solidaires de la cellule, ce qui rend l’opération d’embrochage insensible à la qualité de réalisation du génie civil. Le tableau
comporte une unité fonctionnelle transformateur de tension (non
représentée sur la figure) composé de deux compartiments, l’un
comportant les transformateurs de tension connectés aux câbles
d’arrivée, l’autre comportant les transformateurs de tension liés au
jeu de barres.
● Dans le deuxième exemple (figure 24) le disjoncteur est situé en
hauteur. Par conséquent, la qualité des embrochages et donc la fonction d’interchangeabilité des disjoncteurs est également indépendante du génie civil. Les opérations d’entretien et de maintenance sur
le disjoncteur peuvent être effectuées en position de sectionnement,
donc à l’intérieur de l’unité fonctionnelle. Dans les cas exceptionnels
où il est nécessaire d’extraire le disjoncteur, un chariot est prévu à cet
effet. La place disponible sous le compartiment disjoncteur est
utilisée pour loger les transformateurs de tension dans le cas des
unités fonctionnelles arrivée.
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dans le SF6
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La mise à la terre des câbles se fait à partir d’un sectionneur de
terre situé à l’intérieur du compartiment disjoncteur, au niveau des
traversées fonctionnelles (où viennent s’embrocher les extrémités
des câbles).
Les transformateurs de courant de type tore sont placés autour
des câbles, à l’extérieur de l’enveloppe étanche de façon à être accessibles facilement. Les transformateurs de tension peuvent être
raccordés sur l’unité fonctionnelle au moyen de traversées supplémentaires au niveau des raccordements des câbles.
Ce type de tableau (figure 25) présente les mêmes caractéristiques fonctionnelles que les tableaux à isolement dans
l’air (§ 7.2.2). Il offre l’avantage d’une insensibilité totale à
l’environnement.
ils permettent également de suivre les grandeurs caractéristiques
qui définissent les besoins en maintenance de l’appareillage comme
le nombre de manœuvres effectuées, la somme des intensités au
carré coupée par les disjoncteurs, la durée de manœuvre de l’appareillage et la durée de réarmement des mécanismes à accumulation
d’énergie.
à simple sectionnement
Ces tableaux sont en général utilisés en poste de structure source
privée.
7.4.1 Cellule à isolement dans l’air
à double sectionnement
pour les réseaux privés
Ces tableaux obéissent aux normes de l’appareillage sous enveloppe métallique (publication CEI 298). En France, les installations
obéissent en outre aux règles définies dans la norme NF C 13-200.
En outre, si les technologies et les fonctions peuvent être adaptées,
ces tableaux n’en sont pas moins physiquement des éléments du
réseau public ; à ce titre, ils doivent satisfaire à des exigences de
qualité et de fonctionnalités garantissant qu’ils ne perturberont pas
le bon fonctionnement de ce réseau.
Les tableaux industriels se différencient des tableaux EDF par les
éléments suivants :
■ Caractéristiques électriques
Les caractéristiques assignées sont :
— tension assignée : de 5,5 à 24 kV ;
— courant assigné : jusqu’à 4 000 A ;
— courant de court-circuit : jusqu’à 50 kA.
■ Règles d’exploitation
À l’étranger, les interverrouillages entre position du sectionneur
de terre et position du disjoncteur ou porte d’accès aux têtes de
câbles ne sont pas toujours imposés.
■ Tenue aux défauts internes
Elle n’est encore que rarement requise.
■ Conception des tableaux
Les cellules présentent un encombrement supérieur (largeur atteignant 900 mm), ce qui autorise l’emploi de six câbles et de deux
transformateurs de courant et d’un transformateur de potentiel par
phase.
L’appareillage inclus dans les cellules comprend, outre les disjoncteurs, des ensembles contacteur-fusible, adaptés à la manœuvre
des moteurs, et interrupteur-fusible, adaptés à l’alimentation des
transformateurs d’auxiliaires.
■ Équipement en système de mesure et protection
Il est généralement complexe, car il comprend souvent :
— des relais de protection de court-circuit, mais aussi des relais
liés aux sources de puissance que possèdent l’industriel ; ce sont
des protections à minimum de tension ou de fréquence ;
— des équipements de comptage budgétaires ; ils permettent
d’établir le suivi des dépenses de consommation d’énergie (la
précision requise est inférieure au comptage tarifaire EDF) ;
— des équipements de supervision ; ils permettent de faire
remonter, vers un poste de commande centralisé, les informations
de position de l’appareillage et de valeur des grandeurs électriques ;
Lorsqu’il n’y a qu’un sectionnement par cellule, la tête de câble
doit être mise à la terre avant toute intervention sur le disjoncteur
et dans ce cas la cellule peut ne comporter que deux compartiments :
celui du jeu de barres et le compartiment d’accès autorisé qui
comprend le disjoncteur, les transformateurs de courant et le
sectionneur de terre.
La figure 26 présente un exemple de réalisation de ce type de
cellule. Par rapport aux tableaux à double sectionnement et isolement dans l’air (figures 23 et 24), le disjoncteur est déconnectable
par des moyens mécaniques (mais pas débrochable). La cellule
(figure 27) assure les fonctions de deux cellules à simple sectionnement (tronçonnement et remontée de jeu de barres).
7.4.2 Cellule à isolement dans le SF6
Dans ces fonctionnalités, ce tableau (figure 28) ne diffère du
tableau à double sectionnement et isolement dans le SF6 (§ 7.2.3)
que par l’absence du sectionneur situé en aval du disjoncteur.
7.5 Tableaux interrupteurs HTA
pour postes HTA/HTA et HTA/BT
7.5.1 Conception et construction
Ces tableaux sont divisés en compartiments métalliques entièrement fermés qui contiennent un ensemble de connexions et
d’appareils. Toutefois, dans ces tableaux où l’appareillage est très
simple et nécessite peu d’entretien dans des conditions normales
d’utilisation, il n’a pas été jugé utile de rendre débrochable certains
éléments. Aussi, la séparation des différents compartiments est-elle
réalisée par des dispositifs de sectionnement qui sont soit conçus
pour rétablir la continuité des enveloppes en position d’ouverture
(sectionneurs rotatifs par exemple), soit protégés par des enveloppes
en matériaux synthétiques (interrupteur-sectionneur au SF 6 par
exemple).
Les appareillages utilisés pour les postes HTA/HTA et HTA/BT
sont, sauf exception, des deux catégories suivantes (selon la
CEI 298).
■ Cellules modulaires : compartimenté ou bloc
Elles constituent des unités transportables séparément qui
peuvent être reliées entre elles sur site par des jeux de barres. Cette
conception permet la réalisation de systèmes complets et évolutifs
capables de répondre à tout type de schéma de distribution HTA,
tant pour des besoins de la distribution publique que la distribution
industrielle. Les sectionneurs et interrupteurs-sectionneurs qui
équipent ces ensembles comportent, par conception, une fonction
cloisonnement qui fait de ces cellules des volumes compartimentés.
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Figure 27 – Cellule à simple sectionnement à isolement dans l’air :
deuxième exemple de réalisation
Figure 26 – Cellule à simple sectionnement à isolement dans l’air :
premier exemple de réalisation
■ Postes compacts ou monoblocs : bloc
La plupart des réseaux de distribution publiques en zones urbaines
sont réalisés en boucle HTA ouverte ; cela induit que la plupart des
tableaux HTA sont constitués de deux (voire trois) fonctions de
raccordement au réseau et d’une (voire deux) fonction de protection
de transformateur. Les postes compacts sont conçus pour répondre
à ce besoin spécifique avec des caractéristiques optimisées.
● Dans le domaine des techniques de coupure et d’isolation
en moyenne tension, deux techniques étaient, à l’origine, universellement utilisées : l’air et l’huile. Dans les vingt dernières années, ce
domaine a considérablement évolué et le SF6 , utilisé tant comme
diélectrique que comme milieu de coupure, remplace définitivement
l’huile et progressivement l’air. L’utilisation du SF6 comme diélectrique permet, par rapport à l’air, des encombrements inférieurs et,
par rapport à l’huile, une sécurité vis-à-vis des risques d’incendie.
7.5.2 Appareillage à isolement dans l’air
(tableau modulaire)
Les tableaux correspondants répondent à la publication CEI 298
et, pour la réalisation de postes HTA/BT de distribution publique ou
de livraison client en France, à la spécification HN 64-S-41. Les
tableaux sont constitués d’unités fonctionnelles sous enveloppe
métallique. Ils sont divisés en compartiments entièrement fermés
sur toutes leurs faces, y compris la face inférieure de l’enveloppe.
Chaque compartiment contient un ensemble de connexions ou
d’appareils. On distingue le plus généralement deux catégories de
compartiments :
D 4 600 − 22
■ Les compartiments d’accès autorisé en exploitation
normale contiennent :
— les dispositifs de raccordement de câbles, réalisés principalement par extrémités unipolaires intérieures courtes (EUIC) sur ce
type de matériel ;
— les fusibles ;
— les disjoncteurs ;
— les transformateurs de tension et de courant pour le comptage
et/ou la protection.
Les sectionneurs sont exclusivement utilisés en association avec
des fonctions disjoncteurs ou dans les unités fonctionnelles transformateurs de tension.
Dans les appareillages actuels, les fonctions interrupteurs
assurent également le sectionnement des circuits et sont donc
systématiquement des interrupteurs-sectionneurs.
Dans le cas de cellules équipées d’interrupteurs à coupure dans
le SF6 , l’enveloppe en résine synthétique de ces derniers assure le
cloisonnement entre les compartiments jeu de barres et
raccordements.
■ Les compartiments d’accès interdit en exploitation
normale sont les compartiments jeu de barres. Ces compartiments
ne doivent renfermer que le jeu de barres et des contacts robustes
et manœuvrables hors charge. Il est interdit d’incorporer dans ces
compartiments des appareils nécessitant un entretien. Ils sont
fermés sur toutes leurs faces mais ne sont pas cloisonnés entre
chaque cellule.
■ Un compartiment basse tension, optionnel, permet l’installation, sur chaque unité fonctionnelle, des auxiliaires à basse tension,
des appareils de mesure et des relais. Ce compartiment est accessible en exploitation normale.
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Figure 28 – Cellule à simple sectionnement à isolement dans le SF6
■ Les deux exemples présentés sur les figures 29 et 30 répondent
à la plupart des normes et recommandations françaises et internationales, et notamment aux spécifications EDF HN 64-S-41 et
HN 64-S-43. Leur conception, de largeurs réduites, permet leur
intégration dans des locaux exigus et difficiles d’accès ou dans des
postes préfabriqués.
Ils comportent chacun un interrupteur-sectionneur au SF6 dans
une enveloppe en résine synthétique, complété, suivant les besoins,
par d’autres appareillages : fusibles, transformateurs de mesure,
disjoncteurs et contacteurs SF6 .
Ils se différencient par la fonction sectionneur de mise à la terre,
celle-ci pouvant être soit dans le SF6 et faire partie de l’interrupteursectionneur (figure 29), soit dans l’air et séparée de l’interrupteursectionneur (figure 30). Les exemples présentent respectivement un
interrupteur pour raccordement aux réseaux et un interrupteurfusibles pour protection de transformateurs.
■ Leurs performances assurent une couverture complète des
besoins tant en distribution publique que pour des utilisations privées, avec notamment :
— une tension assignée de 3 à 24 kV ;
— un courant assigné de 630 A (jeu de barres 1 250 A maximum) ;
— un courant de court-circuit de 12,5 kA, pendant 1 s à 25 kA,
pendant 1 s.
Figure 29 – Interrupteur pour raccordement aux réseaux
7.5.3 Appareillage à isolement dans le SF6
(tableau compact ou monobloc)
Les tableaux correspondants répondent à la publication CEI 298
et, pour la réalisation de postes HTA/BT de distribution publique ou
de livraison client en France, à la spécification HN 64-S-42.
Leur conception les destine principalement aux postes HTA/BT
simples sur réseaux en coupure d’artère. Ces tableaux sont
constitués d’un ensemble monobloc sous enveloppe métallique
comportant généralement 2, 3 ou 4 unités fonctionnelles interrupteurs ou interrupteurs-fusibles. Cet ensemble est non extensible et
transportable sur le site d’utilisation en un seul bloc prêt à être fixé
et raccordé. Toutes les fonctions constituant les unités fonctionnelles
(interrupteurs-sectionneurs et sectionneurs de mise à la terre) ainsi
que les liaisons correspondantes (jeux de barres et connexions) sont
enfermées dans une enveloppe métallique remplie de SF6 assurant
les fonctions diélectrique et coupure. Cette enveloppe est scellée à
vie (système à pression scellé). Seuls les fusibles, pour des raisons
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évidentes d’accès en cas de remplacement, sont contenus dans des
compartiments séparés isolés dans l’air et étanches. Ces compartiments ne sont accessibles que lorsque l’interrupteur correspondant
est ouvert et que les sectionneurs de terre placés en amont et en
aval des fusibles sont fermés.
Les raccordements sur les différentes unités fonctionnelles
s’effectuent par prise de courant (connecteurs séparables) suivant
la spécification HN 52-S-61, 400 A pour les unités fonctionnelles
arrivées et 250 A pour les unités fonctionnelles protection
transformateur.
Une telle conception n’engendre aucun champ électrique dans l’air
ambiant et confère à cet appareillage une immunité totale à l’environnement et la possibilité d’une immersion temporaire. Un dispositif
d’accès aux conducteurs installé sur chaque unité fonctionnelle
arrivée permet les opérations de recherche de défauts sur les câbles
du réseau sans nécessiter ni l’emploi de prises de courant avec accès
au conducteur, ni le débrochage des prises de courant.
Figure 30 – Interrupteur-fusible pour la protection
des transformateurs
Figure 31 – Tableau compact : unités fonctionnelles juxtaposées
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■ Les deux exemples présentées sur les figures 31 et 32 répondent
aux spécifications EDF HN 64-S-42 et HN 64-S-43. Ils peuvent être
utilisés sur les réseaux de 3 à 24 kV, de courant assigné 400 A et de
courant de court-circuit 12,5 kA pendant 1 s. Ils permettent la protection de transformateurs de 100 à 1 250 kVA. Ils se différencient
notamment par leur architecture et la disposition des compartiments
fusibles.
Le premier exemple (figure 31) comporte des unités fonctionnelles juxtaposées avec des puits-fusibles (alvéoles dans lesquels
on fait pénétrer les fusibles) métallisés à l’extérieur et en face avant
de la cuve, le raccordement au transformateur s’effectuant à la partie
inférieure du tableau. Le deuxième exemple (figure 32) comporte
des unités fonctionnelles superposées avec des compartiments
fusibles intégrés à la partie supérieure de la cuve et des traversées
pour le raccordement au transformateur sur la face supérieure de
la cuve.
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Madame, Monsieur
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7.6 Postes HTA de structure
en zones rurales
La mise en souterrain des réseaux de distribution publique en
zones rurales induit le besoin de créer des points de manœuvres
complémentaires à ceux des postes HTA/BT afin de limiter l’incidence d’un défaut sur un tronçon de réseau HTA. Ces ouvrages permettent l’exploitation de plusieurs alimentations HTA (généralement
de 2 à 4) et sont constitués d’ensembles fonctionnels permettant
suivant les besoins :
— de manœuvrer une ou plusieurs alimentations ;
— de signaler et localiser un défaut ;
— de consigner une ou plusieurs alimentations ;
— de rechercher un défaut par injection de courant sur la direction
concernée ;
— de communiquer les informations d’état à un bureau central
de conduite par liaison hertzienne ou téléphonique.
Les appareils mis en œuvre dans ces ouvrages sont soit de type
extérieur, soit de type intérieur et, dans ce dernier cas, répondent
à la spécification HN 64-S-42, ce qui leur confère une très bonne
tenue à l’environnement. Le tableau 1 résume les solutions les
plus couramment utilisées.
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Tableau 1 – Solutions utilisées
dans les postes HTA de structure en zones rurales
Nombre
d’alimentation
Sans
télécommande
1
Avec
télécommande
DRR-C (+ réenclencheur)
(C : en cabine)
2
ACM
ACT
3
ACMD, AC3M
AC3T
4
Armoire 4I
(I interrupteur)
Pour les définitions, on se reportera au paragraphe 2.1.2
L’ e x e m p l e d e l a fi g u r e 3 3 r é p o n d a u x s p é c i fi c a t i o n s
EDF HN 64-S-35, HN 64-S-42, HN 64-S-43 et HN 64-S-44. Il est
constitué d’une enveloppe en béton recevant suivant les besoins :
— un tableau SF6 compact comprenant un ou plusieurs interrupteurs-sectionneurs et les sectionneurs de terres associés ;
— en cas de télécommande, une source auxiliaire intégrée (transformateur de tension auxiliaire raccordé au jeu de barres du tableau
HTA dans la cuve SF6 ) et un coffret de télécommande type ITI (interface de télécommande d’interrupteur) ;
— les accessoires et organes de manœuvre et d’exploitation :
levier de manœuvre, comparateur de phases, dispositif de détection
de défaut homopolaire, voyant(s) de signalisation...
Figure 33 – Poste HTA avec armoire de coupure télécommandée
en zone rurale
Figure 32 – Tableau compact : unités fonctionnelles superposées
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Tableau 2 – Choix des matériels pour postes HTA
Cellule à disjoncteur
Poste
Débrochable
source
Réseau public
Isolement SF6
à simple
sectionnement
X
Compartiment
Compartimenté
à simple
modulaire
sectionnement
Structure de distribution
X
de livraison
X
(1)
de centrale
X
X
(1)
X
(2)
X
(2)
X
X
d’interconnexion
privé
X
X
privé
X
publique
X choix préférentiel
(1) alimenté en HTB
Compact
X
de structure
Structure source privée
X
X
X
X
X
(2) alimenté en HTA
La conception et la réalisation de ces matériels permettent :
— une mise en place sur site simple et rapide, l’installation s’effectuant sur fond de fouille après simple décaissement du sol ;
— une bonne intégration dans l’environnement (installation à
l’extérieur, dimensions réduites) ;
— une exploitation en toute sécurité (interverrouillages de sécurité, dispositifs intégrés d’accès aux conducteurs, coupure certaine
des commandes électriques...).
EDF s’est engagé, en 1990, dans une politique de mise en
souterrain des réseaux HTA ruraux. Cette orientation a conduit au
développement de matériels moyenne tension spécifiques. Les
raisons qui ont conduit au développement de ces matériels sont les
suivantes.
■ Maîtrise des coûts de réseaux
Les machines de pose de plus en plus performantes ont permis
ces dernières années de poser le câble HTA en zone rurale à des
conditions de prix très intéressantes (à peu près équivalentes à
celle des travaux en aérien). Les dérivations pour des puissances
souvent faibles en zones rurales ont nécessité le développement
d’appareils spécifiques économiques afin de garder des coûts de
structures équivalents entre l’aérien et le souterrain.
■ Réactivité d’exploitation
Tout incident survenant sur les réseaux HTA doit être traité
rapidement afin de minimiser les temps de coupure de la clientèle.
Ces opérations se font généralement en deux temps :
— reprise rapide de l’alimentation des 2/3 de la clientèle ;
— localisation précise du défaut, afin de réalimenter un maximum
de clients impliqués et procéder à la réparation du défaut.
Ces contraintes, identiques avec des réseaux aériens, se trouvent
renforcées, notamment pour la localisation du défaut et sa réparation
en souterrain, d’où la nécessité de recourir plus fortement aux télécommandes, aux automatismes, aux détecteurs de défauts, au
tronçonnement des réseaux.
■ Sécurité
Les contraintes d’environnement sévères nécessitent l’utilisation
de matériels compacts insensibles aux agressions externes et
ayant subi avec succès des essais de tenue à l’arc interne.
7.7 Choix des matériels
En fonction des types d’ouvrages et de leur positionnement dans
les réseaux, des conditions d’exploitation et des contraintes éventuelles d’environnement, on peut mettre en œuvre l’un ou l’autre
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Isolement SF6
à double
sectionnement
Cellule à interrupteur
des matériels décrits précédemment. Le tableau 2 résume les choix
possibles pour la plupart des situations rencontrées sur les réseaux.
En cas de choix possibles entre plusieurs matériels pour un même
besoin, il sera nécessaire de procéder à une analyse technico-économique préalable.
8. Réalisation des postes HTA
8.1 Relais de protection
et leurs évolutions récentes
La conception et la réalisation des protections doivent tenir compte
d’un certain nombre de critères qui concourent à la satisfaction des
exigences des utilisateurs et du distributeur d’énergie : la qualité et
la continuité de fournitures.
Un bon système de protection doit être :
— fiable et disponible ;
— sélectif pour n’isoler que la partie du réseau en défaut, sans
perturber la partie saine ;
— rapide pour éliminer les contraintes des régimes transitoires
et limiter les dégâts éventuels.
■ Si les principes de base pour la détection et l’élimination des
défauts n’ont pas évolué de façon notoire dans le temps :
— détection des variations anormales des grandeurs électriques
(courant-tension) ;
— génération d’une séquence de commande d’un disjoncteur.
■ En revanche, les matériels développés par les constructeurs ont
suivi l’évolution technologique afin d’améliorer les performances.
● D’abord électromécanique (avant 1970), les relais de protection
étaient des assemblages de fonctions : détection de seuils,
temporisation. Ces appareils avaient l’avantage d’être robustes, de
fonctionner sans source d’énergie auxiliaire et d’être peu sensibles
aux perturbations électromagnétiques.
● Le développement de l’électronique a poussé les protections
vers l’utilisation des composants électroniques discrets et les relais
statiques se sont généralisés dans les années 70 (statiques par
opposition aux relais électromécaniques qui comportent des pièces
mobiles). Ces produits étaient, bien sûr, plus rapides et amélioraient
la sélectivité. Ils nécessitaient néanmoins une source auxiliaire. Ils
étaient plus susceptibles aux influences parasites dues à l’environnement des postes, ce qui a poussé la profession à élaborer des normes
de tenue aux parasites permettant leurs utilisations dans les postes.
Madame, Monsieur
17/09/2008
Madame, Monsieur
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● Ces produits de première génération ont continué à évoluer
jusqu’à l’utilisation dans les années 80, des premiers microprocesseurs, qui digitalisaient d’abord les fonctions logiques du produit
tout en gardant une détection analogique. On désigne communément ces produits comme des protections digitales qui offrent en
général des réductions d’encombrement.
● Les années 90 voient la généralisation des relais numériques où
les signaux d’entrée analogiques sont tout de suite convertis en
numérique. Toutes les fonctions sont traitées par des logiciels
intégrés dans les appareils mettant en œuvre des techniques de traitement de signal. La puissance des composants numériques actuels
permet d’intégrer plus de fonctionnalités et d’ajouter d’autres fonctions comme les mesures et les automatismes dans le même boîtier
que les protections.
De plus, ces produits sont maintenant pourvus d’interfaces de
communication série leur permettant de communiquer avec les
autres parties du poste électrique en utilisant des protocoles de transmission évolués. Grâce à leur autocontrôle, la disponibilité de ces
produits est très améliorée.
Cette tendance élargit l’approche traditionnelle des constructeurs
vers un système intégré de protection et contrôle-commande numérique s’adressant à l’ensemble du poste, prélude à d’autres
évolutions.
8.2 Installation des postes HTA
8.2.1 Bâtiments
8.2.1.1 Bâtiments pour postes HTA/BT
Les postes de distribution publique et de livraison doivent être
situés en bordure de voie publique avec accès direct sur celle-ci ou
permettre au distributeur d’énergie d’accéder aux installations
électriques.
Les postes peuvent être installés :
— soit à l’intérieur dans des immeubles ou des locaux spécialisés ;
— soit à l’extérieur sous abri maçonné ou préfabriqué.
Les solutions intégrant l’ensemble des composants des postes de
transformation HTA/BT dans un local préfabriqué se substituent
aux locaux traditionnels maçonnés. Ces solutions relèvent des
normes françaises (NF C 13-100, NF C 13-200, NF C 15-100,
NF C 13-102) et de spécifications EDF [HN 64-S-31 (poste simplifié),
HN 64-S-32 (poste urbain compact sans couloir de manœuvre),
HN 64-S-33 (poste urbain compact à couloir de manœuvre
6 et 10 m2)].
Elles permettent notamment d’obtenir les propriétés suivantes :
■ une optimisation de l’agencement du matériel, avec :
— sûreté du choix d’une fonction complète sur catalogue ;
— conformité rigoureuse des consignes d’installation du matériel,
normes et spécifications en vigueur, le tout faisant l’objet de
contrôles complets et systématiques en usines.
■ une réduction du coût d’étude et du temps de réalisation par :
— l’absence de coordination entre différents corps de métier ;
— la réalisation indépendante du bâtiment principal ;
— la suppression du branchement provisoire si le poste est
installé au début des travaux ;
— la simplification du génie civil par simple décaissement du sol ;
■ une plus grande facilité d’installation et de raccordement ;
■ une bonne intégration à l’environnement.
Un poste préfabriqué est généralement livré complètement
installé, c’est-à-dire prêt à être raccordé aux réseaux et aux
récepteurs. Il comprend, posés et raccordés :
— les cellules HTA équipées, ainsi que le disjoncteur général BT
ou le tableau général BT quand ce dernier est incorporé ;
— le(s) transformateur(s) ;
— les câblages HTA et BT internes et les prises de terre ;
— les auxiliaires (éclairage entre autres) et accessoires (affiches
réglementaires, perches, matériel d’extinction, etc.) ;
— les interverrouillages entre les différents équipements ;
— les ouvertures calibrées pour la ventilation, etc.
8.2.1.2 Bâtiments pour postes HTB/HTA
Appliquée notamment aux postes sources de la distribution
publique, la solution du poste modulaire répond aux attentes des
utilisateurs en matière de structure des postes HTB /HTA. Elle
apporte, en effet, les mêmes avantages que la solution du poste
HTA/BT préfabriqué (§ 8.2.1.1) ; en outre, elle offre la possibilité :
— de réaliser facilement des extensions et des rénovations ;
— de concevoir, suivant le même principe et dans une structure
identique, des modules destinés à recevoir d’autres équipements,
notamment des modules conduite de poste, voire même sanitaires.
8.2.2 Liaisons à la terre
En plus des protections HTA (coupe-circuit à fusibles ou disjoncteur) et BT (disjoncteur général), des mesures préventives doivent
être prises pour parer aux conséquences de tout défaut interne
(défaut d’isolement sur le matériel HTA du poste) ou externe (surtension atmosphérique) pouvant engendrer des courants à la terre
dangereux pour les personnes et le matériel.
Ces mesures préventives consistent essentiellement :
— en l’interconnexion et la mise à la terre de toutes les masses
du poste ;
— dans la recherche d’une résistance de terre aussi faible que
possible ;
— dans la mise en œuvre de parafoudres, à l’entrée des postes
alimentés en aérien.
Selon la résistivité effective des sols, il sera prévu une ou plusieurs
prises de terre installées à fond de fouille et toutes les masses seront
ou ne seront pas interconnectées par une liaison équipotentielle.
Suivant la nature des postes concernés, les régimes du neutre et
les schémas des liaisons à la terre sont définis par :
— la norme NF C 13-100 pour les postes HTA/BT comportant un
seul transformateur, et pour les postes de livraison HTA alimentés
par le réseau du distributeur ;
— la norme NF C 13-200 pour les installations HTA des réseaux
privés ne relevant pas de la norme NF C 13-100.
8.2.3 Éléments de raccordement
Les câbles à isolation synthétique se raccordent aux appareillages
HTA par des interfaces normalisées qui sont de deux types.
■ Interfaces à reconstitution de l’isolement dans l’air
Appelées extrémités unipolaires d’intérieur, elles comportent un
répartiteur de tension entre l’arrêt de l’écran semi-conducteur
externe du câble et l’âme conductrice de ce câble. Cette répartition
est généralement obtenue par un système répartiteur linéaire de
tension (RLT). Les caractéristiques géométriques de ces extrémités
sont définies dans la norme NF C 33-052. Certaines extrémités
appelées EUIC (extrémités unipolaires d’intérieur courtes), sont de
dimensions réduites afin de pouvoir être utilisées en cellule interrupteur-sectionneur de faible hauteur.
■ Interfaces qui ne comportent pas de ligne
de champ électrostatique dans l’air
Appelées connecteurs séparables ou prises de courant embrochables, elles sont réalisées en matériaux isolants ; les lignes de
champ sont ramenées dans les matériaux isolants par un écran
externe semi-conducteur relié à la terre. Un connecteur séparable
installé sur un câble est destiné à être raccordé à une traversée par
embrochage. Ces éléments sont définis par la norme NF C 33-051.
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9. Conclusions
L’évolution des postes HTA s’est accélérée dans les années 90/95
du fait :
— de l’évolution des exigences des clients en matière de sécurité du personnel et de fiabilité ;
— du développement des réseaux souterrains en remplacement
de l’aérien ;
— du développement de la téléconduite ;
— de l’évolution du contrôle-commande des postes ou de
l’appareillage suite à l’introduction de relayage électronique puis
numérique.
Cette évolution s’est traduite dans les faits par :
— l’augmentation de la robustesse mécanique des cellules ;
— l’amélioration de la sécurité d’exploitation pour la tenue des
appareillages à l’arc interne ;
D 4 600 − 28
— le développement de postes de structure de distribution
publique (plus particulièrement sur les réseaux souterrains), de
dimensions réduites dont la coupure est isolée dans le SF6 pour être
insensible à l’environnement ;
— la généralisation des commandes motorisées, le développement de la téléconduite et l’apparition de la téléconsignation ;
— l’apparition des premiers relais de protection numérique
permet, grâce à l’installation de bus de terrain, de faire remonter
en temps réel, vers un poste de gestion technique centralisé, des
informations nombreuses caractérisant l’énergie délivrée aux
différents utilisateurs, mais aussi la position et l’état des appareillages en service, toutes informations nécessaires à l’accroissement
de la qualité dans la fourniture d’électricité.
Les évolutions possibles viseront notamment à améliorer :
— la qualité de service et du courant ;
— la sécurité des exploitants et du public ;
— l’intégration des ouvrages dans l’environnement.
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P
O
U
R
par
E
N
Georges VALENTIN
Ingénieur EEIP
EDF-GDF Services technique électricité. Réseaux et services
René FONDEUR
Ingénieur ENSI-Caen
Société Forclum, direction technique
Bernard JOYEUX-BOUILLON
Directeur technique Appareillage et Équipements moyenne tension. GEC-Alsthom
et
Jean-Claude TURPAIN
Responsable marketing. Domaine d’activités stratégiques Transport et Distribution.
Groupe Schneider.
Références bibliographiques
Références internes
aux Techniques de l’Ingénieur
Traité Génie électrique
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
AUBER (R.) et RÉMON (C.). – Installations
électriques à basse tension. Choix et mise en
œuvre des matériels. D 5 034, juin 1993.
Documents
Guide technique de la distribution électrique.
Chapitres B 81.1 à B 81.4. EDF-GDF Services.
Directives techniques pour l’étude et la construction
des postes 90 /20 kV et 63 /20 kV. EDF-GDF
Services.
Textes réglementaires
Établissements recevant du public
o
Décret n 73-1007 du 31 octobre 1973. Arrêté du
26 juin 1980. Règlement de sécurité contre les
risques d’incendie et de panique dans les
établissements recevant du public. JO
Publ 1477.
o
Décret n 76-589 du 15 juin 1976 modifié le
30 décembre 1983. Protection contre les
risques d’incendie et de panique dans les
immeubles de grande hauteur. JO Publ. 1536 et
C 12-061 UTE.
9 - 1996
[8]
GAIN (E.). – Réseaux de distribution. Conception et dimensionnement. D 4 220, déc. 1993.
CROGUENNOC (A.). – Protection des réseaux
à moyenne tension de distribution publique.
D 4 810, sept. 1991.
BAZIN (T.). – Télécommande centralisée.
D 4 280, mars 1986.
CARRIVE (P.). – Réseaux de distribution. Structure et planification. D 4 210, mars 1992.
ATLANI (C.). – Travaux sous tension. D 4 140,
mars 1995.
AUBER (R.) et ATLANI (C.). – Prévention des
accidents électriques. D 5 100, mars 1996.
AUBER (R.) et RÉMOND (C.). – Installations
électriques. Caractéristiques générales des
installations. D 5 030, mars 1993.
AUBER (R.) et RÉMON (C.). – Installations électriques à basse tension. Protections. D 5 032,
juin 1993.
[9]
Normalisation française
Doc. D 4 601
Réseaux
Arrêté du 2 avril 1991. Conditions techniques
auxquelles doivent satisfaire les distributions
d’énergie électrique. JO Publ. 1112
(C 11-001 UTE).
Postes privés
Décret no 88-1056 du 14 novembre 1988 concernant
la protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants
électriques.
Arrêté du 17 janvier 1989 fixant les mesures de
prévention des risques d’incendie présentés
par l’épandage et l’inflammation des diélectriques liquides inflammables utilisés dans les
matériels électriques.
Circulaire DRT 89-2 du 6 février 1989 (ministère du
Tr a v a i l e t d e l ’ A g r i c u l t u r e ) e t a r r ê t é s
correspondants.
Normalisation
NF C 13-101
12.1985 —. Postes de livraison. Postes semienterrés préfabriqués sous enveloppe,
alimentés par un réseau de distribution
publique de deuxième catégorie.
NF C 13-102
12.1985 —. Postes de livraison. Postes simplifiés
préfabriqués sous enveloppe, alimentés
par un réseau de distribution publique de
deuxième catégorie.
NF C 13.103
12.1985 —. Postes de livraison. Postes sur
poteau, alimentés par un réseau de
distribution publique de deuxième
catégorie.
NF C 13-200
04.1987 —. Installations électriques à haute
tension : règles (Add. 1.12.1989).
Association française de normalisation (AFNOR)
Union technique de l’électricité (UTE)
NF C 11-201
09.1991 Réseaux de distribution
d’énergie électrique.
C 12-101
NF C 13-100
publique
11.1988 Textes officiels relatifs à la protection des
travailleurs dans les établissements qui
mettent en œuvre des courants électriques. (Add. 1.02.1989 ; Add.
2.02.1992).
06.1983 Installations à haute tension. Postes de
livraison établis à l’intérieur d’un bâtiment et alimentés par un réseau de distribution publique de deuxième catégorie.
Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie
est strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique
Madame, Monsieur
17/09/2008
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Doc. D 4 601 − 1
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Madame, Monsieur
17/09/2008
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NF C 15-100
11.1988 Recueil d’instructions générales de sécurité d’ordre électrique.
C 33-050
11.1993 Câbles isolés et leurs accessoires pour
réseaux d’énergie. Jonctions et dérivations unipolaires préfabriquées pour
câbles à isolant synthétique de tension
assignée comprise entre 6/10 (12) kV et
18/30 (36) kV (Add. 1.07.1994).
NF C 33-051
P
L
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S
05.1991 Installations électriques à basse
tension : règles (Add. 1.12.1994, Add.
2.12.1996).
UTE C 18-510
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11.1994 Câbles isolés et leurs accessoires pour
réseaux d’énergie. Extrémités unipolaires pour câbles à isolant synthétique de tensions assignées de
6/10(12) kV à 18/30(36) kV.
NF C 60-010 (NF EN 60999) 11.1993 Dispositifs de connexion. Prescriptions
de sécurité pour organes de serrage à vis
et sans vis pour conducteurs électriques
en cuivre.
UTEC 64-210
05.1994 Appareillage à haute tension pour
courant alternatif. Fusibles à haute
tension pour postes de transformation
publics ou privés de type intérieur.
Normes internationales
CEI Commission Électrotechnique internationale
68-2.63
1991 Publication fondamentale de sécurité.
Essais d’environnement, 2 e partie :
Méthodes d’essai. Essai Eg ; impacts
marteau à ressort.
185
1987
Transformateurs de courant [Modif.
1.1990] (-NF C 42-602).
186
1987
Transformateurs de tension [Modif.
1.1968] (-NF C 42-501).
298
1990
Appareillage sous enveloppe métallique
pour courant alternatif de tensions assignées supérieures à 1 kV et inférieures
ou égales à 52 kV [Modif. 1.1994]
(-NF C 64-400).
629
1989
Degrés de protection procurés par les
enveloppes (Code IP) (NF C 20-010).
694
1980
Clauses communes pour les normes de
l’appareillage à haute tension [Modif.
1.1986 ; Modif. 2.1993] (NF C 64-010).
696
1994
Essais relatifs aux risques du feu.
812
1985
Technique d’analyse de la fiabilité des
systèmes. Procédures d’analyse des
modes de défaillances et de leurs effets
(AMDE).
Spécifications EDF
HN 84-S-31
07.1977 Réalisation de postes MT/BT de distribution publique préfabriqués à encombre
réduit, pour réseaux aériens
(Add. 1.1983).
HN 64-S-32
07.1979 Postes MT/BT de distribution publique
préfabriqués à encombrement réduit,
pour réseaux souterrains. (Add. 1.1983).
HN 64-S-33
04.1989 Postes de distribution publique préfabriqués en élévation.
HN 64-S-35
10.1989 Armoires préfabriquées pour réseaux
souterrains ruraux.
HN 64-S-40
10.1981 Appareillage à haute tension sous enveloppe métallique. Tableaux 24 kV pour
postes THT/MT ou HT/MT.
Doc. D 4 601 − 2
HN 64-S-41
10.1992 Appareillage modulaire sous enveloppe
métallique pour courant alternatif de tension assignée égale à 24 kV.
HN 64-S-42
11.1994 Appareillage monobloc sous enveloppe
métallique pour courant alternatif de
tension assignée égale à 24 kV.
HN 64-S-43
07.1990 Commande indépendante électrique
pour interrupteur 24 kV-400 A.
HN 64-S-44
02.1991 Coffret d’interface de télécommande des
interrupteurs 400 A (ITI).
HN 52-S-61
09.1978 Prises de courant 24 kV-200 A et 630 A.
Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie
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Madame, Monsieur
17/09/2008

Postes à moyenne tension

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