8/8/2019 ct155

1/28

n155

les rseaux dedistribution

publique MTdans le monde

CT 155 dition septembre1991

Christian Puret

Ingnieur diplm de lE.N.S.E.R.G.(Institut National Polytechnique deGrenoble) et de lI.A.E. de Paris, ilentre dans la socit Merlin Gerinen 1977.Ses premiers emplois le spcialisent

dans le domaine des automatesindustriels.Puis il est responsable de laformation des clients du GroupeMerlin Gerin.En 1986, il rejoint la DivisionMoyenne Tension dans laquelle iloccupe maintenant un poste dedlgu au marketing stratgique.Il a en charge la prise en compte desvolutions de la protection et ducontrle-commande dans lesmatriels Moyenne Tension, et plusparticulirement ceux destins aux

rseaux de distribution publique.

8/8/2019 ct155

2/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.2

lexique

Configuration : opration qui consiste,en protection et contrle-commande ddier, par construction ou parchargement dun logiciel, un matrielstandard une application particulire.

Cette dernire opration,le chargement dun logiciel, se fait

partir dun outil : le configurateur,gnralement un micro ordinateur PC.Il permet par exemple de :s dfinir les fonctions que ralisera lematriel,s tablir les connexions avec sonenvironnement,s crer les images synoptiqueset libeller les alarmes pour lexploitation.

Dbrochable (partie dun ensemble),(CEI 50 - chapitre 441, NF C 01-441) :partie amovible dun ensemble qui, touten demeurant mcaniquement relie lensemble, peut tre dplace jusqu

la ou lune des positions tablissantune distance de sectionnement ou uncloisonnement mtallique entrecontacts ouverts. Cette distance desectionnement ou ce cloisonnementmtallique concerne toujours le circuitprincipal. Elle peut concerner ou nonles circuits auxiliaires ou decommande.

Fixe (appareil fixe),

(dictionnaire CEI de llectricit) :appareil conu pour tre mont sur unsupport et destin tre reli un ou

des circuits extrieurs au moyen deconducteurs lectriques installs demeure.

Fusible de type cut-out : fusible MT percuteur, qui remplit les fonctions deprotection et de sectionnement. Lesectionnement est obtenu lors de lafusion par lexpulsion du percuteur quiprovoque le basculement automatiquede la cartouche fusible.

Indicateur de localisation de dfaut :dispositif install sur les rseaux MTqui signale, localement ou distance,le passage des courants de dfaut.Pour amliorer la qualit de service,lexploitant sefforce de limiterlinterruption dalimentation la seulepartie dfectueuse du rseau. Pourcela il a besoin de connatre la portiondu rseau affecte par le dfaut. Acette fin, lexploitant installe desindicateurs de localisation de dfaut.Une analyse de ces informationspermet de cerner la partie dfectueuse,

puis de reconfigurer le rseau(application typique de la tlconduite).

La prdictique : une nouvelle scienceayant pour objectif la prvision desvnements, elle est fonde sur leraisonnement et linduction scientifique.

Recloser : disjoncteur MT quip dunautomatisme de renclenchementsmultiples, il est install sur un dpartMT arien et coordonn avec lesprotections (fusibles) places sur cedpart (en amont et en aval).Il est utilis dans les rseaux de type

Nord-Amricain.

Sectionaliser : interrupteur MT quipdun automatisme de comptage, il estinstall en aval dun dpart MT arienprotg par un recloser. Sonautomatisme compte les passages duncourant de dfaut (qui correspond aunombre de renclenchements du

recloser), et pour un nombre prfix ilcommande louverture de linterrupteur.Une slectivit peut donc tre raliseen installant plusieurs sectionalisers ensrie sur un dpart MT, le derniersectionaliser (le plus loign durecloser) souvrant au deuximepassage du courant de dfaut, lesectionaliser prcdent souvrant autroisime passage et ainsi de suite.Cet appareil est utilis dans lesrseaux de type Nord-Amricain.

8/8/2019 ct155

3/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.3

les rseaux de distribution publique MTdans le monde

sommaire

1. Les diffrents rseaux lectriques Le rseau de transport et p. 4dinterconnexion

Le rseau de rpartition p. 5

Le rseau de distribution MT p. 5

Le rseau de distribution BT p. 6

La nature du courant lectrique p. 6La planification des rseaux p. 6

2. Le distributeur Sa raison dtre p. 7

Son mtier p. 7

Son volution p. 8

3. Les topologies de rseaux Les critres de choix dune p. 10topologie

Les lments dpendants de p. 10la topologie choisie

Les diffrents schmas de p. 10rseaux MT

Les schmas des liaisons p. 12la terre du neutre

Le plan de protection p. 13

Le plan de contrle-commande p. 14

4. La distribution publique MT Les postes sur les rseaux MT p. 15

Autres ouvrages MT p. 16

Lappareillage MT p. 16

Un schma franais et un p. 18schma nord-amricain

5. Protection et contrle-commande Les technologies des units de p. 20des rseaux MT protection MT

La compatibilit lectromagntique p. 21

Les applications du p. 21contrle-commande en MT

Les architectures de p. 23contrle-commande en MT

Les rseaux de communication p. 24

6. Conclusion p. 25

Annexe 1: quelques normes pour des produits MT p. 26

Annexe 2 : les diffrentes techniques de slectivit p. 26

Annexe 3: architecture EDF et matriels Merlin Gerin p. 27

Annexe 4 : bibliographie p. 28

Dans un pays, le Transport et laDistribution Publique assurent le transitde lnergie lectrique entre les pointsde production et les points deconsommation.

Les points de production sont lescentrales qui gnrent lnergielectrique partir de diffrentesnergies primaires (nuclaire,hydraulique, charbon,).

Les points de consommation,en MT - Moyenne Tension -, sont despostes ou des ouvrages, partirdesquels lnergie est livre aux clients(abonns), ceci par lintermdiaire de ladistribution MT. Cest cette dernirequi fait lobjet du prsent CahierTechnique.

Dans ce Cahier Technique, aprs unedescription des diffrents types derseaux et du mtier de distributeur, lelecteur non familiaris avec la MTtrouvera une prsentation :s des topologies des rseaux MT,s des postes,s des dispositifs de protection etcontrle-commande.

Note : Dans ce Cahier Technique, leterme MT dsigne toute tensioncomprise entre quelques kV et 40 kV.

8/8/2019 ct155

4/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.4

des recommandations pour les niveauxde tension des rseaux 50 et 60 Hz.

Cependant, afin de mieux comprendreles intrts de ce dcoupage, lesparagraphes suivants prsententchaque rseau avec :s sa finalit,s son niveau de tension,s sa structure.

le rseau de transport etdinterconnexionLa dispersion gographique entre leslieux de production et les centres deconsommation, lirrgularit de cetteconsommation et limpossibilit destocker lnergie lectrique ncessitentun rseau lectrique capable de latransporter sur de grandes distances etde la diriger.

Ses lignes atteignent des milliers de

kilomtres, par exemple 20 000 kmpour le rseau 400 kV franais.

La finalit de ce rseau est triple :s une fonction de transport dont le butest dacheminer llectricit descentrales de production aux grandeszones de consommation ;

Il ne suffit pas de produire le courantlectrique dans les centrales, il fautaussi lamener jusqu lutilisateur final.

Ainsi pour atteindre ladquation entrela production et la consommation, quise traduit in fine par la performanceconomique, la structure lectriquedun pays est gnralementdcompose en plusieurs niveauxcorrespondant diffrents rseauxlectriques (cf. fig. 1).

Il est noter quil nexiste aucune

structure unique travers le monde, etque le dcoupage en plusieurs rseauxavec les niveaux de tension associspeut tre diffrent selon les pays. Maisen gnral, le nombre de niveaux detensions est limit trois ; dailleurs en1983 la publication CEI 38 a formul

1. les diffrents rseaux lectriques

fig. 1 : le schma illustr dun rseau lectrique montrant que llectricit est produite, transporte et distribue des niveaux de tensions

diffrents.

8/8/2019 ct155

5/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.5

s une fonction dinterconnexionnationale qui gre la rpartition deloffre en orientant la production enfonction de la rpartition gographique

et temporelle de la demande ;s une fonction dinterconnexioninternationale pour grer des fluxdnergie entre les pays en fonctiondchanges programms ou titre desecours.

En gnral, seuls quelques abonns trs forte consommation sont raccordssur ces rseaux.

La structure de ces rseaux estessentiellement de type arien.

Les tensions sont gnralementcomprises entre 225 et 400 kV,

quelques fois 800 kV (ex : 765 kV enAfrique du sud). Lutilisation de cestensions leves est lie un objectifconomique. En effet pour unepuissance donne, les pertes en lignepar effet Joule sont inversementproportionnelles au carr de la tension :p = k /U2, avecU = tension du rseau,k = une constante fonction de la ligne.

De plus les puissances transportessont telles, que lutilisation dunetension basse entranerait des sectionsde cble tout fait inadmissibles.Lusage des tensions leves se trouvedonc impos malgr les contraintesdisolement qui se traduisent par descots de matriel plus importants, lasolution la plus facile tant lutilisationde lignes ariennes.

Dans tous les cas, le choix dunetension de transport est avant tout uncompromis technico-conomique,fonction des puissances transporteret des distances parcourir.

Laspect sret est fondamental surces rseaux. En effet toute dfaillance

ce niveau entrane dimportantsdfauts dalimentation pour lensembledes points de consommation. Ainsi en1965, 30 millions de personnes ont tprives dlectricit pendant 12 heuresaux Etats-Unis.

Les protections de ces rseaux doiventdonc tre trs performantes. Quant leur exploitation, elle est assure auniveau national par un centre deconduite ou dispatching partir duquellnergie lectrique est surveille etgre en permanence.

le rseau de rpartitionLa finalit de ce rseau est avant toutdacheminer llectricit du rseau de

transport vers les grands centres deconsommation.

Ces centres de consommation sont :s soit du domaine public avec laccsau rseau de distribution MT,s soit du domaine priv avec laccsaux abonns grande consommation(suprieure 10 MVA) livrsdirectement en HT. Dans un pays lenombre de ces abonns est trs faible(ex: 600 en France). Il sagitessentiellement dindustriels tels lasidrurgie, la cimenterie, la chimie, letransport ferroviaire,...

La structure de ces rseaux estgnralement de type arien (parfoissouterrain proximit de sites urbains).Dans ce domaine, les politiques derespect de lenvironnement et deprotection des sites (zones protges)sopposent souvent la constructiondes lignes. En consquence, lapntration du rseau de rpartitionjusque dans les zones forte densitde population est de plus en plusdifficile et coteuse.

Les tensions sur ces rseaux sontcomprises entre 25 kV et 275 kV.

Les protections sont de mme natureque celles utilises sur les rseaux detransport, les centres de conduite tantrgionaux.

le rseau dedistribution MTCe niveau dans la structure lectrique

dun pays sera plus dtaill dans leschapitres suivants. Aussi seulsquelques lments simplesdidentification sont indiqus ici.

La finalit de ce rseau estdacheminer llectricit du rseau derpartition aux points de moyenneconsommation (suprieure 250 KVAen France).

Ces points de consommation sont :ssoit du domaine public, avec accs auxpostes de distribution publique MT/BT,s soit du domaine priv, avec accs aux

postes de livraison aux abonns moyenne consommation. Le nombre deces abonns (ex : 160 000 en France)ne reprsente quun faible pourcentagedu nombre total des consommateurslivrs directement en BT. Ils sontessentiellement du secteur tertiaire, telsles hpitaux, les btimentsadministratifs, les petites industries, ...

La structure est de type arien ousouterrain.

Les tensions sur ces rseaux sontcomprises entre quelques kilovolts et

40 kV (cf. fig. 2).Les protections sont moinssophistiques que dans le cas desrseaux prcdents.

fig. 2 : rpartition des rseaux MT nationaux selon leurs diffrents niveaux de tension, enfonction des longueurs de lignes.

12 < U < 17 kV 17 < U < 24 kV

% 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

6070

95

80

95

10

103

Belgique France GrandeBretagne

Italie Japon

< 12 kV > 24 kV

5 5

25

5

35

2

8/8/2019 ct155

6/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.6

En ce qui concerne lexploitation de cesrseaux, elle peut tre assuremanuellement ou de plus en plus, partlcommande partir de centres de

conduite fixes et/ou embarqus dansdes vhicules. Mais pour tenir comptedes besoins spcifiques la conduitedes rseaux de distribution MT, cescentres de conduite sont diffrents deceux utiliss sur les rseaux detransport et de rpartition. Lamultiplicit et la dispersiongographique des points detlconduite, la gestion de plusieurscentres de conduite simultans, lenombre et la qualification desexploitants ncessitent des solutionsadaptes : ergonomie et convivialit

des postes de travail, outils daide laconduite, outils de configuration descentres de conduite, et gestion desdiffrents supports de transmissionutiliss.

le rseau de distribution BTLa finalit de ce rseau estdacheminer llectricit du rseau dedistribution MT aux points de faibleconsommation (infrieure 250 KVAen France) dans le domaine publicavec laccs aux abonns BT. Il

reprsente le dernier niveau dans unestructure lectrique.

Ce rseau permet dalimenter unnombre trs lev de consommateurs(26 millions en France) correspondantau domaine domestique.

Sa structure, de type arien ousouterrain, est souvent influence parlenvironnement.

Les tensions sur ces rseaux sontcomprises entre 100 et 440 V.

Ces rseaux sont le plus souventexploits manuellement.

la nature du courantlectriqueLes transferts dnergie sur ces

diffrents rseaux sont raliss via lecourant lectrique.

Les liaisons par courant continu ouHVDC (high voltage direct current) sontutilises pour les changes entre paysuniquement au niveau des rseaux detransport. Le choix de cette techniquepermet doptimiser lutilisation descbles dnergie, en particulier ensupprimant les effets de peau. Detelles liaisons intercontinentales voircontinentales existent, par exemple uneliaison (300 MW/200 kV) relie lItalie la Sardaigne via la Corse.

Dans les autres cas, en particulier lesrseaux MT de distribution publique,les liaisons sont ralises par courantalternatif. En effet, sur ces rseaux,lutilisation du courant continu ne seraitpas rentable :s pertes rduites sur des rseauxcourts (infrieurs 100 km),s installations rendues plus coteuses(ncessit de nombreux convertisseurscontinu / alternatif).

De plus, le courant alternatif est trsbien adapt aux nombreuxchangements de tension(transformateurs) durant lecheminement de lnergie lectrique.

A quelques exceptions prs (ArabieSaoudite), et en dehors du continentamricain o est gnraliselutilisation du 60 hertzs, la frquencedu courant est 50 hertzs.

A noter le cas du Japon o la moiti dupays est en 60 hertzs, et lautre moitien 50 hertzs.

la planification des rseauxLa mise en place et lvolution de lastructure dun rseau dalimentation

lectrique dun pays correspond auxoprations de planification.

Pour les rseaux de transport et derpartition, ces oprations sontgnralement centralises, car :s les dcisions menant unemodification de la structure de telsrseaux, par exemple lintroductiondun nouveau poste HT/MT, imposentla prise en compte de nombreuxparamtres, techniques etconomiques ;s le nombre de ces paramtres avecleurs interactions ventuelles

ncessitent lassistance doutilsinformatiques, lutilisation de base dedonnes et de systmes experts.

Pour les rseaux de distribution MT etBT, la planification est par contresouvent dcentralise.

8/8/2019 ct155

7/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.7

2. le distributeur

sa raison dtre :fournir de llectricitLa raison dtre des distributeursdnergie lectrique est de fournir delnergie lectrique auxconsommateurs en tenant compte deplusieurs objectifs tels que :s continuit et qualit de service,s scurit des biens et des personnes,s souplesse et confort dexploitation,s comptitivit commerciale.

le mtierSi la fourniture dlectricit estsatisfaisante dans les paysindustrialiss, le taux dlectrificationdemeure encore variable dans certainspays.

Des objectifs diffrents selon lesniveaux dlectrification

Pour les pays non lectrifis 100 %,lobjectif prioritaire reste lamliorationde ce taux dlectrification. Pour cela, lamajorit des investissements est

consacre la construction de rseauxet douvrages (cf. fig. 3).

Cependant les capacits de financement,quelques fois rduites, peuvent amenerdes solutions axes sur la simplificationde la structure des rseaux au dtrimentde la performance. De mme, unedisponibilit et une comptence dupersonnel quelque fois limites peuventconduire une exploitation simplifie.

Des situations variables dans lespays industrialiss

Dans les pays lectrifis 100%, lesutilisations de lnergie lectrique sont

trs dissemblables :s les consommations nationales dnergielectrique sont trs diffrencies (cf. fig.4). Ces diffrences sont dues la tailledu pays, sa croissance conomique(PNB) et au poids du secteur industriel(exemple 40% de la consommationfranaise).s les consommations par habitantpeuvent varier dans un rapport 10 entrecertains pays (cf. fig. 4). Ces carts sontdus principalement la politique tarifairedes distributeurs, mais aussi auxconditions climatiques.

Le mtier de distributeur MT nest pasuniforme : il est souvent tendu ladistribution BT -Basse Tension- et danscertains cas il est aussi responsable dela production et du transport, parexemple :

s au Japon, neuf compagniesrgionales prives assurent chacunepour sa zone les activits deproduction, transport et distribution.

s en Allemagne environ milleentreprises oprent dans le domaine de

la distribution dlectricit. A peu prs1/3 possdent leurs propresinstallations de production.

s en Grande-Bretagne la production est la charge de deux compagnies(NP - National Power- et PG -PowerGen-). Le transport est assur par lasocit NGC -National Grid Cie- , et ladistribution par environ douze RegionalElectricities Cie. Cette organisation estissue de la loi de privatisation desdistributeurs anglais vote en 1990.s en Italie une loi a fond l E.N.E.L. en

1962. Il sagit dun service public

charg de la production, du transport etde la distribution ; il gre environ 80%de llectricit distribue en Italie.

s en France la situation est similaireavec l E.D.F.

fig. 4 : consommations nettes par pays et par habitant.

fig. 3 : dcomposition des cots dune ligne

arienne MT.

transformateurs= 5% appareillage MT

= 5%

lignes+ poteaux+ installation totale= 90%

19

1860

27

5200

108

2790183

3190

294

5320595

4900

2355

11760

Consommation nette / paysTWh

Consommation nette / habitantKWh

Portu al Danemark Espa ne Italie France Japon Etats-Unis

30

100

300

1000

3000

300

1000

3000

10000

30000

8/8/2019 ct155

8/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.8

Ainsi il apparait au travers de cesquelques exemples, que le nombredintervenants, en particulier dans ladistribution MT peut tre trs variable

selon les pays (cf. fig. 5).

Dans le cas de la distribution MT, ledistributeur a, en gnral, laresponsabilit complte du rseau,depuis le poste HT/MT jusquau postede transformation MT/BT. De plus lemtier de distributeur intgremaintenant une offre commerciale avecla vente du produit lectricit, sousforme de kWh. Il doit donc amliorersans cesse la qualit de ce produit pourrpondre aux exigences de sesdiffrentes clientles, et restercomptitif vis--vis des autres sources

dnergie. Cet objectif conduit lesdistributeurs envisager plusieursniveaux de prix lis diffrents niveauxde qualit du kWh vendu.

Par ailleurs, le rseau de distributionlectrique constitue lui-mme un capitalimportant pour le distributeur. Il doitrentabiliser au maximum cetinvestissement, et cest pourquoi lesbesoins des distributeurs intgrent deplus en plus, les notions de gestiondnergie.

Enfin le distributeur a un rle social et

politique important, rle qui peutinflchir ses choix, ou du moins leurspriorits, en voici deux exemples :s lalimentation de nouveaux clientspeut ncessiter une extension durseau,s le cot du kWh peut tre limit pourintgrer une politique conomiquegouvernementale.

son volution :fournir une nergie dequalitDe plus en plus, le distributeurdnergie est conduit fournir un produitlectricit de qualit. Pour cela il doit :s rduire les coupures dalimentationen nombre et en dure vis--vis de sesabonns,s en minimiser les consquences,s viter les perturbations, telles quefluctuations de tension et de frquence(cf. fig. 6).

au temps de fonctionnement dunrenclencheur.

Un dfaut permanent implique unecoupure longue de quelques minutes quelques heures ; il ncessite uneintervention humaine.

Les rseaux ariens naturellementbeaucoup plus exposs que lesrseaux souterrains ncessitent dessolutions spcifiques aux problmesrencontrs tels que :s branches darbre tombant sur uneligne arienne ;s oiseaux se posant sur la ligne ou sessupports ;s dfauts ds la foudre, au vent, augel, la neige ;s

vandalisme.Par suite, la nature des dfauts estdiffrente sur les rseaux ariens etsouterrains :s sur les rseaux ariens, les dfautssont majoritairement fugitifs (80 90 %) et monophass (75 %) carsouvent lis aux orages, un fil tombau sol, ou au contournement dunisolateur par exemple.s sur les rseaux souterrains, lesdfauts sont majoritairementpermanents (100 %) et polyphass(90 %) car souvent conscutifs au

sectionnement dun cble.Un besoin dinformations

Limportance de la comprhension desincidents en rseau justifie de plus enplus un besoin dinformations que lesdistributeurs satisfont par des tudesstatistiques.

Ces travaux danalyse ont pour but de :s classifier et codifier les incidents,s dterminer leurs origines et causes,s traiter statistiquement les frquencesdoccurence,s rechercher les corrlations,s

tudier comparativement laperformance de diffrentes topologies,s analyser les rsultats selon lesmatriels installs et les mthodesdexploitation utilises.

Ces statistiques sont un outil daide auxdistributeurs pour la conception,lexploitation et la maintenance desrseaux de distribution publique.

De plus afin de pouvoir dcider desmeilleures solutions, la qualit deservice doit pouvoir tre quantifie etmesure, et non plus approche demanire subjective. Pour cela de

pays nombre de distributeurs le plus important

total distribuant 80%

de la consommationnationale

Allemagne 600 20 R . W . E.

Arabie Saoudite 5 5 S . C . E . C . O .

Espagne 200 6 Hydro Electrica

France 200 1 E . D . F .

Grande Bretagne 15 10 Regional Electricities Cie

Italie 150 1 E . N . E . L .

Japon 9 9 Tokyo Electric Power Co

paramtres valeurs tolrances

nominalesFrquence (50 Hz) 1Hz

Tension MT (12 24 kV) 7%

Tension BT (230 ou 400V)arien 10%souterrain 5%

fig. 6 : exemple des contraintes qualit

dun distributeur (EDF - France).

La nature des dfauts dpend dutype de rseau

Pour les abonns, les consquencesde ces phnomnes dpendent avant

tout de la nature du dfaut.

Un dfaut peut tre :s selon sa dure, fugitif ou permanent ;s selon la nature de l'incident,monophas ou triphas.

Un dfaut fugitif se traduit souvent parune coupure brve de lordre dequelques 100 ms, essentiellement lie

fig. 5 : les distributeurs dnergie lectrique dans quelques pays.

8/8/2019 ct155

9/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.9

nouveaux outils ( base de modlesmathmatiques) sont crs, avec enparticulier la notion d'nergie nondistribue. E.D.F utilise notamment

pour la mesure du cot de la nonqualit en distribution arienne MT laformule :A*N*N*P + B*N*P*T, avec

N = nombre de coupures permanentespar dpart,P = puissance moyenne par dpart enKW,T = temps moyen dinterruption pardfaut,A et B = coefficients de valorisationconomique

(en 1990, pour EDF en France

A = 6 FF / kW et B = 13.5 FF / kWh).

Mais la mesure de la qualit de servicepeut ncessiter la prise en compte deparamtres plus nombreux. Lacomplexit des formules de calcul etles simulations effectuer, justifientalors le dveloppement doutils logicielsde plus en plus performants pour aider la dcision.

Pour mesurer la fiabilit de la fourniturednergie au client rsidentiel BT, lesdistributeurs prfrent utiliser le critrede degr dindisponibilit : il sagit dutemps cumul annuel durant lequel unclient moyen est priv dlectricit en

raison dun dfaut sur le rseaulectrique (HT, MT ou BT).

Enfin, il est important de noter que denombreux incidents chez un abonn BTsont ds au rseau MT (60 % selon unetude de lEDF) (cf. fig. 7).

Les rseaux, les matriels et leshommes voluent.Cependant il ne faut pas oublier que laperformance dun rseau dpend avanttout de sa topologie. Or dans le monde,les rseaux actuels rsultent dunempilement historique de structures aufur et mesure de la croissance desbesoins. De plus un rseau vieillit etncessite en permanence des effortsde maintenance comme de rnovationpour conserver ses performances etviter des incidents, sources d'nergienon distribue.

Pour rpondre ces besoins, lesconstructeurs proposent donc desmatriels sans entretien ou maintenance rduite ; matriels pourlesquels les oprations dentretien, demodification, dadjonction, ne nuisentpas la continuit de service.

De plus les distributeurs dnergie sontcontraints dengager des actions demaintenance prventive, en particulierlauscultation des ouvrages par

enregistrement et analyse des incidentssurvenus sur les rseaux (utilisationdoscilloperturbographes etdhorodateurs).

Pour cela, les volutions des matrielsde protection et de contrle-commandeavec la technologie numrique(microprocesseur) et lessor desrseaux de communication, offrent desperspectives de solutions innovantesdans la prdictique (cf. lexique).

Enfin, la pratique des travaux soustension comme la conduite distance

des rseaux (tlconduite) sont aussides lments favorables lamlioration de la qualit de service,en rduisant le nombre de coupures etleur dure.

Bien entendu, tous cesdveloppements ncessitent unerapide adaptation des personnels, lexemple du changement de travail

actuel dans les centres de conduite :s il existe encore des centres deconduite dans lesquels :s les diffrents tats des rseaux sontaffichs par dplacement manuel desymboles sur de grands synoptiques deplusieurs mtres carrs,s et les instructions relatives auxmanuvres sont crites la main surdes journaux ;s dans les nouveaux centres tous cestravaux se font sur des consolesinformatiques, avec :s toutes les informations disponibles en

temps rel sur des crans (schmasdes rseaux, descriptif gographique),s lhistorique des vnementsenregistr automatiquement(consignations des tats).

fig. 7 : degr dindisponibilit de lnergie lectrique sur un rseau BT (EDF - France).

0 1 2 3 4 5 >5

10

20

30

40

50

0

60

heure

temps de coupure

1986 1995

%nombre declients BT

8/8/2019 ct155

10/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.10

s le choix du niveau disolement desmatriels obit gnralement desnormes internationales et/ou nationales,s le choix dune distribution en arien ouen souterrain influe beaucoup sur lecot dinstallation et la qualit de service(ex: cots dune tranche / sensibilitaux dfauts fugitifs...). En MT, dans lespays industrialiss, ce choix peut tresynthtis en trois cas :s milieu urbain forte densit avec unedistribution souterraine,

s milieu suburbain forte densit avecune distribution souterraine ou aro-souterraine,s milieu rural faible densit avec unedistribution arienne.Cependant il est noterquhistoriquement, pour des raisons decots dinstallation, de nombreux milieuxurbains sont en distribution arienne,cest le cas au Japon et aux Etats-Unis.

les diffrents schmas derseaux MTLe choix des schmas est important pourun pays : en particulier pour les rseauxMT car ils sont trs longs. Ainsi parexemple, lensemble de la structure MTen France est denviron 570 000 km, cellede lItalie de 300 000 km et celle de laBelgique aux alentours de 55 000 km.

Plusieurs topologies existent :s topologie boucle ferme, de typemaill,

lments dpendants de latopologie choisieLe choix dune topologie fixe lesprincipaux lments de conception dunedistribution, savoir :s les puissances appeles et la valeurmaximale des courants de dfaut laterre, ex. : en MT, l EDF limite la valeurde ces courants 300 A sous 20 kV enarien et 1000 A en souterrain ;s la (ou les) tension de service, ex. : enMT le Japon distribue en 6,6 kV, laGrande-Bretagne en 11 et 33 kV et laFrance majoritairement en 20 kV ;s la tenue aux surtensions et lacoordination des isolements, ainsi queles protections contre les surtensionsdorigine atmosphrique,s le (ou les) schma des liaisons laterre, ainsi que le nombre de filsdistribus,s la longueur maximale des dparts(quelques dizaines de kilomtres enMT),s le type de distribution : arien ousouterrain (cf. fig. 8),s le type dexploitation : manuelle,automatique, tlconduite.

Il est important de remarquer que :s le choix du courant de court-circuit ades rpercussions sur la tenue desmatriels utiliss sur le rseau,s le choix de la (ou des) valeur (s) detension est toujours le rsultat duncompromis entre les cots de ralisationet dexploitation du rseau,

Par topologie dun rseau lectrique ilfaut comprendre lensemble desprincipes (schma, protection, modedexploitation) utiliss pour vhiculerlnergie lectrique en distributionpublique.

Dans la pratique, pour un distributeur,dfinir une topologie revient fixer uncertain nombre dlments physiques entenant compte de critres lis desobjectifs viss et/ou des contraintestechniques. Ces lments tant

fortement corrls entre eux, le choixdune topologie est toujours le rsultat decompromis technico-conomiques.

La traduction graphique dune topologiesera ici un schma de type unifilairesimplifi.

les critres de choix dunetopologieLe choix dune topologie rpond desobjectifs :s assurer la scurit des personnes etdes biens,s obtenir un niveau de qualit de servicefix,s assurer le rsultat conomiquesouhait.

Mais il doit aussi se soumettre desimpratifs :

s tre en adquation avec la densitdhabitat et/ou de consommation, aussiappele densit de charge qui joue un rlede plus en plus prpondrant.Exprime en MVA/km2, cette densit permetdapprhender les diffrentes zonesgographiques de consommation en terme

de concentration de charge. Une dessegmentations utilises par certainsdistributeurs consiste dfinir deux typesde zone de consommation :s zone faible densit de charge :< 1 MVA/km2,s zone forte densit de charge :> 5 MVA/km2.

s tenir compte de ltendue gographique,du relief et des difficults de construction,s satisfaire aux contraintesdenvironnement, en particulier climatiques(tempratures minimale et maximale,frquence des orages, neige, vent, etc.) etrespect du milieu.

fig. 8 : rpartition, pour quelques pays, des longueurs des rseaux MT en souterrain (cbles)

et en arien (lignes).

3. les topologies des rseaux lectriques MT

0 25 50 75 100%

souterrain arien

Allemagne

Canada

Etats-Unis

Danemark

Grande Bretagne

Pays-Bas

8/8/2019 ct155

11/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.11

s topologie boucle ouverte, de typemaill simplifi,s topologie boucle ouverte,s topologie radiale.

Dautres topologies sont aussiappliques, par exemple la doubledrivation sur les rseaux MT franais.

Bien quaucune ne soit normaliseen MT, les distributeurs sappuient surdeux topologies de base : radiale etboucle ouverte.Chacune de ces deux topologiessera donc aborde plus en dtail etdfinie par :s son principe de fonctionnement,s son schma unifilaire-type,s son application-type,s ses points forts et points faibles.

Schma radialCe schma est aussi appel en antenne.

Son principe de fonctionnement est uneseule voie dalimentation. Ceci signifieque tout point de consommation sur unetelle structure ne peut tre aliment quepar un seul chemin

lectrique possible. Il est de typearborescent (cf. fig. 9).

Cette arborescence se droule partirdes points dalimentation, qui sontconstitus par les postes de distributionpublique HT/MT ou MT/MT.

Ce schma est particulirement utilispour la distribution de la MT en milieurural. En effet il permet facilement, et un moindre cot, daccder despoints de consommation de faibledensit de charge ( 10 kVA) etlargement rpartis gographiquement( 100 km2).

fig. 9 : les deux schmas de base dun rseau de distribution MT, radial (ou en antenne) et en boucle ouverte (ou coupure dartre).

fig. 10 : tableau comparatif des deux schmas de base de rseaux MT.

Trs souvent un schma radial est li une distribution de type arien.

Ses points forts et faibles sont rsums

dans le tableau de la figure 10.Schma boucle ouverte

Il est aussi appel coupure dartre.Son principe de fonctionnement est deux voies dalimentation. Ceci signifieque tout point de consommation surcette structure peut tre aliment pardeux chemins lectriques possibles,sachant quen permanence seul un deces deux chemins est effectif, le

technologie points forts points faibles

radiale s simplicit. squalit de service.s exploitation.s cots d'installation.

boucle ouverte ssimplicit. sexploitation avec les manuvressqualit de service plus nombreuses.

scots d'installation.

poste HT/MT

transformateurs HT/MT

schma radial schma en boucle ouverte

chemin d'alimentation de tous les postes sauf le n1

point d'ouverturede boucle

transformateursMT/BT

poste n1transformateurMT/BT

chemind'alimentationdu poste n1

transformateur

MT/BT

transformateurMT/BT

8/8/2019 ct155

12/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.12

les schmas des liaisons la terre du neutreLe choix du schma des liaisons la

terre du neutre (ou rgime du neutreMT) dfinit entre autres les valeurs dessurtensions et des courants de dfautqui pourront exister sur un rseau dansle cas de dfaut la terre. Il fautremarquer que ces deux paramtressont antinomiques, savoir quelobtention dune faible valeur decourant entrane le risque dunesurtension leve, et rciproquement.Ces valeurs imposeront alors lescontraintes lectriques que devronttenir les matriels lectrotechniques.Mais par ce choix du schma de

liaison, simultanment, sontslectionnes les solutions possiblespour la protection du rseau lectrique,et influences les mthodesdexploitation.

Les cinq schmas utiliss dans lemonde en MTL encore, il nexiste pas un schmatype des liaisons la terre du neutre.

Cependant, il est possible derassembler, selon cinq coles, tous lescas rencontrs travers le monde(cf. fig. 12) :s neutre direct la terre et distribu,s neutre direct la terre et nondistribu,s neutre mis la terre via uneimpdance,s neutre mis la terre via un circuitaccord,s neutre isol de la terre.

Comme il a dj t dit, aucune de cescoles ne simpose dans le monde :

certaines solutions sont spcifiques des pays, et diffrentes coles peuventexister dans un mme pays, voiremme au sein dun mme distributeurdlectricit.

fig. 11 : schma de distribution en double drivation, utilis par EDF - France.Dans lencadr, squence de lautomatisme dun permutateur Merlin Gerin,conforme aux spcifications EDF - France.

secours tant ralis par cettepossibilit de bouclage. Dans un telschma , il y a toujours un pointdouverture dans la boucle (dou le nom

de boucle ouverte aussi utilis pourcette solution), ce qui revient unfonctionnement quivalent deuxantennes.

Le schma unifilaire-type estvidemment une boucle sur laquellesont connects les points deconsommation (cf. fig. 9) qui peuventtre des postes de distribution publiqueMT/BT, et/ou des postes de livraisonpour un abonn en MT. Chaque point(entre 15 et 25 points par boucle) estraccord sur la boucle par deuxinterrupteurs MT. Tous ces

interrupteurs sont ferms, except lundeux qui constitue le point douverturede la boucle et dfinit le chemindalimentation pour chaque point deconsommation. Ce point d'ouverturepeut tre dplac dans la boucle, enparticulier lors des manuvres dereconfiguration de rseau faisant suite un dfaut.

Trs souvent ce schma est associ une distribution de type souterrain.

Il est typiquement utilis en milieuurbain forte densit, avec les points

forts et faibles dcrits dans le tableaude la figure 10.

Schma double drivationCe schma peu utilis estessentiellement exploit dans la rgionparisienne par EDF, il est prsent parla figure 11.

Le principe mis en uvre est lesuivant :s le rseau MT est ddoubl, il comportedeux circuits A et B normalement enpermanence sous tension,s tout poste MT/BTs est raccord sur les deux cbles MT

(A et B), mais nest effectivementconnect qu un seul cble(interrupteur MT ferm sur le cbleA),s est quip dun automatisme localsimple,s en cas de dfaut sur le cble A,lautomatisme dtecte labsence detension sur ce cble, vrifie la prsencedune tension sur le cble B et donnealors des ordres douverture pour uninterrupteur MT puis de fermeture pourlautre interrupteur MT.

posteHT/MT

posteHT/MT

1

0

t f

A B

t f = 5 ou 25 s

rseaualimentpar...

arrive"A"

arrive"B"

t f

10

1

0

A

U

t

circuit "A"circuit "B"

8/8/2019 ct155

13/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.13

Mais in fine, le choix dun schma deliaisons la terre du neutre en MT esttoujours le rsultat dun compromisentre les cots dinstallation et

dexploitation.

La diffrenciation entre ces cinqcoles

Il a t dit prcdemment que le choixdu schma des liaisons la terre duneutre influence la performance durseau et la conception de son plan deprotection. En effet les principalesdiffrences des cinq coles sont dansle comportement du rseau en situationde dfaut la terre.

Ces diffrences se traduisentconcrtement au niveau :

s de la facilit de dtection de cesdfauts,s du degr de scurit atteint pour lespersonnes,s de limpact sur la tenue des matrielslectrotechniques.

A distinguer cependant, le schma neutre distribu qui permet unedistribution en monophas. Cettepossibilit peut se justifier dans certainspays pour un objectif de cotdinstallation moindre. Cependant lesdispositifs de protection plus complexesimposent une maintenance plus

contraignante.Indpendamment de ce cas particulier,le tableau de la figure 13, synthse despoints forts et faibles de ces coles,explicite pourquoi aucune de cescoles ne simpose dans le monde.

le plan de protectionLa structure lectrique dun payscorrespond un ensemble de rseauxlectriques.

Un rseau lectrique peut lui-mme

tre dcompos en zones.Chacune de ces zones estgnralement protge par undisjoncteur en association avec desdispositifs de dtection (capteur demesure : transformateur de courant, depotentiel,..), de protection et decontrle-commande (relais deprotection), et de dclenchement(actionneurs).

Lensemble de ces lments constitueune chane de protection (cf. fig. 14)qui assure llimination de la partiedfaillante du rseau en cas de dfaut.

fig. 14 : la chane de protection MT,et la photographie dun SF Set (Merlin Gerin), un exemple dintgration complte.

pays

neutre isol

de la terre

neutre mis

la terre via uncircuit accord

neutre mis

la terrevia uneimpdance

neutre distribu

et mis la terreen de nombreuxpoints

neutre mis

directement la terre etnon distribu

cole

Allemagne

Japon

France

Espagne

Australie

Canada

s

s

s

s

s

s

s

s

s

fig. 12 : les diffrents schmas de liaison la terre du neutre en MT , et leur

application dans le monde.

coles du neutre MT points forts points faibles

direct la terre et autorise la distribution s ncessite de nombreuses prisesdistribu en monophas ou de terre de bonne qualit (scurit)

triphas s impose un plan de protectioncomplexes provoque des courantslevs de dfaut la terre

direct la terre et facilite la dtection provoque des courants levsnon distribu des dfauts la terre de dfaut la terre

isol limite les courants cre des surtensionsdes dfauts la terre

accord favorise lauto-extinction ncessite desdu courant des dfauts protections complexes la terre

impdant(compar au neutre limite les courants ncessite des protections plusdirect la terre) des dfauts la terre complexes

(compar au neutre rduit les surtensions provoque des courants de dfautisol de la terre) la terre plus levs

fig. 13 : une synthse des points forts et faibles des cinq coles de liaisons la terre duneutre en MT.

capteurde

mesure

unitde

protection

actionneurorgane

decoupure

rseau lectrique

8/8/2019 ct155

14/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.14

Son rle est dassurer la scurit enprotgeant contre les dfautsdisolement entre phases ou entrephase-terre, et contre les surcharges

prolonges. En particulier, la chane deprotection doit rduire lesconsquences dun dfaut de court-circuit, savoir les risques dincendie,dexplosion, de dtriorationmcanique, ...

Le plan de protection dun rseau estlensemble de ces chanes deprotection, intgrant les matriels misen uvre, mais aussi lorganisation dufonctionnement entre eux. Cetteorganisation du plan de protection, ycompris les temps de dclenchementdes disjoncteurs associs, dfinit la

dure maximale de passage descourants de dfaut aux diffrents pointsdu rseau lectrique.

Lefficacit dun plan de protectiondpend de plusieurs critres : lafiabilit, la slectivit, la rapidit, lasensibilit, lvolutivit.

La fiabilitCe critre situe le niveau de qualit ence qui concerne la scurit despersonnes et des biens, en particulierface aux dangers dlectrocution parlvation du potentiel des masses. De

fait, bien quune unit de protection soitrarement sollicite, lors dun dfaut elledoit agir efficacement, et ce durant denombreuses annes. Ce critre affectedirectement la performance du rseau,ainsi par exemple toute interruption dela distribution doit tre justifie car elleprovoque une perte dexploitation pourles abonns et pour le distributeur.

La sensibilit

Ce critre a galement une significationen terme de scurit et dconomie : iltraduit la facilit de dtecter de faiblescourants de dfauts sans tre sensible

aux phnomnes transitoires ds aurseau (manuvres) ou aux effetslectromagntiques environnants, doncavant lexistence dun risque pour lespersonnes et les biens, et cela sansdclenchement intempestif.

La slectivit

Ce critre est surtout pris en comptesur le plan conomie dexploitation,puisquil indique dans quelle mesure ilest possible de maintenir en service lemaximum du rseau lorsquun de seslments est affect dunfonctionnement anormal.

Dans la pratique il conduit liminercet lment dfectueux et seulementcelui-ci (cf. annexe 2 : les diffrentestechniques de slectivit).

La rapidit

Ce critre a, comme le prcdent, uneincidence conomique : il permet delimiter les dgts ds aux arcslectriques et aux courants de court-circuit, en particulier il rduit les risquesdincendie et les cots de rparation.

LvolutivitCe critre qui intresse essentiellementle distributeur indique le niveau prvudvolutions (possibilits et facilits)pour le plan de protection en fonctiondes modifications de la topologie du

rseau.Parmi tous ces critres, la slectivitest celui qui conduit des solutionstechniques plus particulires selon lespays. Elles dpendent de deux choixinitiaux des distributeurs dnergie :s celui du schma de liaison du neutre la terre, partir duquel sontnotamment dfinies les protectionscontre les dfauts la terre(cf. prcdent) ;s et celui du principe de slectivit dontle plus usit, appel slectivit ampre-chronomtrique, repose sur une

association de la valeur du courant dedfaut (slectivit ampremtrique) une valeur du temps de dclenchement(slectivit chronomtrique). Mais surun mme rseau plusieurs techniquespeuvent coexister, en Afrique du Sudpar exemple lE.S.C.O.M. utilise sur unmme rseau de la slectivit ampre-chronomtrique, de la diffrentielle deligne entre les postes HT/MT et lespostes MT/MT et de la diffrentiellepour les transformateurs HT/MT. Enfin,la technique de slectivit de distanceest principalement utilise par les

distributeurs allemands.

le plan decontrle-commandeSous le terme de contrle-commande

sont regroups tous les lments lis lexploitation des rseaux.

Un plan de contrle-commande dfinitlensemble de ces lments etlorganisation de leur fonctionnementrelatif. En cela le plan de contrle-commande dun rseau doit permettre lexploitant (le distributeur) de tenircompte des trois situations :s en exploitation normale,s en situation de dfaut,s en maintenance (hors et soustension).

Enfin les outils dexploitation mis enuvre dans ce plan vont fortementcontribuer la qualit de serviceobtenue. Ces outils vont du boutonpoussoir de commande dun appareilMT jusquau centre de conduite durseau MT, de lampremtre sur unecellule MT au relev automatique decourbe de charge distance dundpart MT, etc...

8/8/2019 ct155

15/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.15

4. la distribution publique MT

Ce chapitre est un rappel des principauxpostes installs sur les rseaux MT, et desprincipales technologies utilises au niveaudes matriels MT. Il se termine par deuxschmas illustrant plus concrtement leursapplications.

les postes sur les rseaux MTUn poste ou ouvrage est une entitphysique dfinie par sa localisation et sesfonctionnalits dans les rseaux

lectriques.La vocation dun poste est avant toutdassurer la transition entre deux niveauxde tension et/ou dalimenter lutilisateurfinal.

Le poste HT/MT en distribution publique

Cet ouvrage est prsent dans toutestructure lectrique dun pays ; il est situentre le rseau de rpartition et le rseaude distribution MT.

Sa fonction est dassurer le passage de laHT ( 100 kV) la MT ( 10 kV).

Son schma type (cf. fig. 15) comporte

deux arrives HT, deux transformateursHT/MT, et de 10 20 dparts MT. Cesdparts alimentent des lignes en arien et/ou des cbles en souterrain.

Le poste MT/MT en distributionpublique

Cet ouvrage peut raliser deux fonctions :s assurer la dmultiplication des dpartsMT en aval des postes HT/MT (cf.fig. 15) . Dans ce cas, le poste necomporte aucun transformateur. Il estconstitu de deux arrives MT et de 8 12dparts MT. Ce type de poste est prsent

dans quelques pays, comme lEspagne, laBelgique, lAfrique du sud.s assurer le passage entre deux niveauxMT. De tels postes MT/MT intgrent destransformateurs. Ils sont ncessaires danscertains pays qui utilisent deux niveauxsuccessifs de tension sur leur rseau MT,cest le cas par exemple de la Grande-Bretagne o le rseau MT est dcomposen deux niveaux avec le 11 kV et le 33 kV.Leur schma type sapparente celui duposte HT/MT.

Le poste MT/BT en distributionpublique

Localis entre le rseau de distribution MTet le rseau de distribution BT, cet ouvrage

assure le passage de la MT ( 10 kV) laBT ( 100 V).

Le schma type de ce poste (cf. fig. 15)est videmment beaucoup plus simple

fig. 15 : diffrents types de schma de postes utiliss sur les rseaux de distribution publique.

arrives HT

transformateurs HT/MT

disjoncteur decouplage MT

dparts MT ariens et/ou souterrains

arrives MT

dparts MT ariens et/ou souterrains

arrives MT dparts BTprotection du

transformateur MT/BT

arrivesMT

dparts privs :MT

protection gnraleet comptage MT BT

poste delivraison pourun abonn MT

poste MT/BT

poste MT/MT

poste HT/MT

8/8/2019 ct155

16/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.16

que celui des ouvrages prcdents. Enparticulier, lappareil de base MT utilisest linterrupteur et non plus le disjoncteur.

Ces postes sont constitus de quatreparties :s lquipement MT pour leraccordement au rseau amont,s le transformateur de distributionMT/BT,s le tableau des dparts BT commepoints de raccordement du rseau avalde distribution (en BT),s et de plus en plus souvent uneenveloppe extrieure prfabrique(mtallique ou de plus en plus souventen bton) qui contient les lmentsprcdents.

Le poste de livraison un abonnHT ou MT

Ces ouvrages assurent le passage dela distribution publique la distributionprive. Ils permettent le raccordements au rseau de rpartition HT dunabonn grande consommation( MVA) via un poste HT/MT,s au rseau de distribution MT dunabonn moyenne consommation

( 100 KVA) via un poste MT/BT.Le choix de la tension de raccordementau rseau de distribution publique pourun abonn dpend essentiellement de :

s la qualit du rseau BT, en particulierde sa limite en puissance (tenueslectriques) ;s la politique du distributeur, enparticulier de la tarification quilpropose, car pour labonn elle dfinitlintrt conomique de lnergielectrique, en concurrence avec lesautres sources dnergie : fuel, gaz, ...

Dans la pratique, cest la puissancesouscrite par labonn qui dfinit leraccordement en BT ou en MT, avecdes valeurs fort diffrentes selon lespays. Ainsi en France un abonn est

aliment en MT partir de 250 kVA,alors quen Italie ce seuil est plusproche de quelques dizaines de kVA.A linverse, ilest lev aux Etats-Unis o

un client peut tre aliment en BT jusqu2 500 kVA.Dans le cas des abonns livrs en HT, leschma du poste est conu

spcifiquement. Mais si labonn estaliment en MT, un schma type peuttre propos (cf. fig. 15). Cependant,linstallation dun tel poste est videmmentlie un accord du distributeur qui peutavoir des spcificits propres (comptage,conditions dexploitation, ...).

autres ouvrages MTEn dehors des postes dj cits, ilexiste dautres ouvrages MT situsprincipalement sur les rseaux ariens.Souvent monofonction, ils sont destins

:s soit la protection, cest le cas desfusibles et des reclosers (cf. lexique).s soit lexploitation, cest le cas desinterrupteurs tlcommands.Linterrupteur MT tlcommand entredans le cadre de la tlconduite desrseaux. Il permet les oprations dereconfiguration rapides sansdplacement de lexploitant.

lappareillage MT (cf. annexe 1)Lappareillage MT permet de raliser

les trois fonctions de base suivantes :s le sectionnement qui consiste isolerune partie dun rseau pour y travailleren toute scurit,s la commande qui consiste ouvrir oufermer un circuit dans ses conditionsnormales dexploitation,s la protection qui consiste isoler unepartie dun rseau en situationanormale.

Il se prsente essentiellement soustrois formes :s dappareils en spar (cf. fig. 16)(fixs directement sur un mur et

protgs daccs par une portegrillage),s denveloppes mtalliques (oucellules MT) contenant ces appareils,

s de tableaux MT qui sont desassociations de plusieurs cellules.

Lutilisation des appareils en spar estde plus en plus rare ; seuls quelquespays, tels la Turquie ou la Belgique,utilisent encore cette technologie.

Parmi tous les appareils existants, deuxsont plus particulirement utiliss danslappareillage MT, il sagit dudisjoncteur et de linterrupteur. Ils sontpresque toujours complts pardautres appareils (units de protectionet contrle-commande, capteurs demesure,) qui composent leurquipement associ.s disjoncteur MTCet appareil, dont la fonction principale

est la protection, assure galement lafonction commande, et suivant son typedinstallation le sectionnement(dbrochable, cf. lexique).Les disjoncteurs MT sont presquetoujours monts dans une cellule MT.s interrupteur MTCet appareil, dont la fonction principaleest la commande, assure aussi souventla fonction sectionnement. De plus, ilest complt de fusibles MT pourassurer la protection destransformateurs MT/BT (30% desutilisations des interrupteurs MT).

En ce qui concerne les cellules MT,leurs enveloppes mtalliques sontspcifies par la publication CEI 298qui distingue quatre typesdappareillage, chaque typecorrespondant un niveau deprotection contre la propagation dundfaut dans la cellule.Cette protection ralise par uncloisonnement de la cellule prvoit troiscompartiments de base (cf. fig. 17) :s le compartiment appareillagecontenant lappareil (disjoncteur MT,interrupteur MT,),s le compartiment jeu de barres MTpour les liaisons lectriques entreplusieurs cellules MT regroupes entableaux,

fig. 16 : les diffrentes fonctions des appareils MT utiliss en distribution publique (les contacteurs sont essentiellement utiliss dans lindustrie).

sectionneur interrupteur disjoncteur interrupteur-sectionneur

disjoncteurdbrochable

fusibleappareil MT

fonction

protection

sectionnement

commande

s

s s s s

s

s ss

s

8/8/2019 ct155

17/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.17

fig. 17 : les diffrents compartiments dune

cellule MT, sous enveloppe mtallique, et

leurs principaux lments.

Cette technologie est galementemploye pour les interrupteurs sous laforme de RMU (Ring Main Unit). Ellepermet dassurer les trois fonctions

type dun poste MT/BT raccord sur unrseau en coupure dartre (deuxinterrupteurs de raccordement aurseau plus un interrupteur-fusible ouun disjoncteur en protection dutransformateur MT/BT).

Le tableau de la figure 18 situe lesappareillages les plus frquemmentutiliss en fonction des types de poste,alors que le tableau de la figure 19

montre la situation actuelle et lesdiffrentes tendances des techniquesutilises pour la coupure en MT

s le compartiment raccordements auxcbles MT, souvent prvu pour recevoirles capteurs de mesure.

Souvent un quatrime compartimentcomplte cet ensemble, il sagit ducompartiment contrle(ou caisson BT) qui contient les unitsde protection et de contrle-commande.

En plus de cette classification il y a lieude noter la distinction entre Fixe et

Dbrochable (cf. lexique) qui sapplique lappareil et la cellule MT. Cettedistinction lie la facilit dexploitation(fonction du temps dintervention pourchanger un appareil), nintervientquindirectement dans la notion descurit du rseau.

Pour raliser les cellules MT les quatretypes dappareillage dfinis par laCEI 298 sont :s lappareillage BLOC avec descompartiments plus ou moins distincts ;s lappareillage COMPARTIMENTEdont seule lenveloppe extrieure est

obligatoirement mtallique, a les troiscompartiments raliss par descloisons mtalliques ou isolantes ;s lappareillage BLINDE a aussi lescompartiments distincts mais avec descloisons obligatoirement mtalliques ;s lappareillage GIS (Gas InsulatedSwitchgear) qui est hermtiquementclos et dans lequel les compartimentsnont plus un rle prpondrant descurit. Le GIS incorporeessentiellement des disjoncteurs.

fig. 18 : les principales applications des appareillages MT.

fig. 19 : les techniques de coupure des appareils MT, leur importance relative et lvolution de

leur emploi.

air huile SF6 vide

interrupteur MT

disjoncteur MT

s s s s s

s s s s s s

poste HT/MTpublic

MT/MTpublic

MT/BTpublic

HT/MTabonn

MT/BTabonnappareillage

grillag(appareil spar)

bloc

compartiment

blind

GIS

RMU

D

I

D

I

D

D ou I

D ou I

I

I

D

D

I ou D

I ou D

D

D

I I

I = avec interrupteur D = avec disjoncteur

appareillagedisjoncteur

contrle

raccordement et mesuretransformateur de mesure

arrive

dpart

jeu debarres

8/8/2019 ct155

18/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.18

un schma franais, et unschma nord-amricainCes deux exemples typiques sont

proposs pour illustrer concrtementles lments prsents dans cechapitre et mettre en vidence ladiversit des solutions travers lemonde. Et bien sr, dautres schmasexistent, mme dans ces deux pays.

Le schma unifilaire arien de lEDF(France) (cf. fig. 20)

Ce schma met en application lesprincipes suivants :s au poste HT/MT, mise la terre dupoint neutre par une impdance limitantle courant de dfaut phase-terre 300 A sous 20 kV,s lignes MT triphases, neutre nondistribu,s schma radial (en antenne).

Un tel concept permet de dtecter auniveau des dparts MT, dans le posteHT/MT, tous les dfauts la terre, etcela sans aucun autre organe deprotection MT en aval de ce poste.

Il en dcoule un plan de protection etcontrle-commande facile concevoir, exploiter et faire voluer.

La scurit des personnes est assureau mieux.

Cependant la qualit de serviceobtenue est moyenne par le fait quechaque dpart MT, au niveau du posteHT/MT, est assujetti une seuleprotection : en cas de dclenchementde cette protection, tout le rseau situen aval de ce dpart MT est mis horstension.Des solutions existent pour pallier cepoint faible. Elles reposent surlutilisation de matrielscomplmentaires tels les interrupteurstlcommands aujourdhui, et lesdisjoncteurs renclencheurs en rseau

demain.Le schma unifilaire arien Nord-Amricain. (cf. fig. 21)

Cette conception est quelquefoisprsente dans des pays sous influenceNord-amricaine (ex : Tunisie).Elle repose sur les principes suivants :s distribution maximale en MT, enlimitant la longueur des dparts BTpour rduire les pertes ;s distribution du neutre MT avec unemise la terre rgulire (ex : tous les300 mtres) ; fig. 20 : schma de distribution arienne MT (EDF - France).

s lignes MT triphases sur lossatureprincipale, avec drivations en triphas,biphas ou monophas pour lesbranchements MT/BT.

Un tel concept rduit les cots deslignes, les pertes et les surtensionsdues aux dfauts. Mais il ncessite unegrande qualit des mises la terre duneutre.

Pour obtenir un degr de scurit despersonnes satisfaisant, il estncessaire dinclure de nombreuxappareils MT (Fusibles, Reclosers,

Sectionalisers, cf. lexique). Cependant,dans certains cas, lappareillage deprotection est rduit des fusibles detype cut-out (cf. lexique),linvestissement financier est alors

transformateurHT/MT

distribution arienne MTtrois phases, neutre non distribu

disjoncteur triphas renclenchementautomatique

IACM : interrupteurtriphas arien commande manuelle

IAT : interrupteurtriphasarien tlcommand

transformateurMT/BT

IACM

MT/BT

IAT

drivation

ossatu

reprin

cip

ale

MT/BT

MT/BT

MT/BT

IACM

IACM

IACM

IAT

poste HT/MT

8/8/2019 ct155

19/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.19

fig. 21 : schma (dtaill par phase) de distribution MT arienne nord-amricaine.

limit, mais au dtriment de laperformance et de la scurit (risquedincendie).

La conception du plan de protection etcontrle-commande est complexe auniveau de la slectivit entre lesdiffrents organes de protection.

De mme, lexploitation et lamaintenance de tels rseaux sont pluscontraignantes que pour les rseauxraliss selon le schma de lEDF :s un personnel trs qualifi (entretiende lappareillage, rglage desprotections,...) est ncessaire,

s des stocks importants en rechanges(diffrents calibres de fusibles,...)doivent tre prvus.

Cette solution se justifie surtout dansdes pays de trs grande superficie etdune densit de charge faible (ex :Etats-Unis et Canada en milieu rural).

transformateur HT/MT

disjoncteur(3 monophass indpendantsou 1 triphas)

conducteur de neutre

deux fusibles en protection dedrivation (2 phases + neutre)

recloser : disjoncteur arien

(3 monophass ou 1 triphas) renclenchements multiples

transformateur MT/BT (voirencadr ci-dessous)

sectionaliser

ossatu

reprincip

ale

MT/BT

drivation

distribution arienne MTossature principale : trois phases et neutre,drivation : mono, bi, ou triphase, avec neutre

poste HT/MT

MT/BT

MT/BT

MT/BT

Nb

Nb

Nb

poste de transformationnord-amricain MT/BT

MT

BT BT

8/8/2019 ct155

20/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.20

Enfin dans les annes 80, latechnologie numrique a permis grce la puissance de traitement desmicroprocesseurs, de raliser desunits de traitement de linformation(cf. fig. 22) qui peuvent :s assurer globalement les diversesprotections,s remplacer le relayage (automatisme)de la cellule,s fournir lexploitant la mesure desparamtres lectriques.

Ces units vocation tendue sont :s flexibles (le choix des protections sefait par une simple programmation),s paramtrables (choix de rglagestendu),s fiables (elles sont quipes dauto-surveillance ou chien de garde etdauto-test),s conomiques (leur cblage et leurtemps de mise en uvre sont rduits).

Elles permettent en outre de raliser,grce des algorithmes performants et leurs communications numriques,des fonctions supplmentaires tellesque la slectivit logique.

Profitant de cette capacit communiquer, une vritable conduitede rseau (similaire la gestiontechnique dune installation industrielle)est maintenant ralisable.

Dans le domaine des capteurs, etparticulirement de courant, latendance employer des capteurs large bande de mesure la place destransformateurs dintensit (1 ou 5 A)saffirme. De tels capteurs conus parlapplication du principe de Rogowski

(capteur amagntique) sontcommercialiss. Il apportent auxdistributeurs des solutions optimises(rduction des variantes et facilit dechoix) et largement plus performantes(meilleure linarit de la courbe derponse) que les transformateurstraditionnels.

fig. 22 : SEPAM, une unit de protection et

contrle-commande et ses trois capteurs

amagntiques (Merlin Gerin).

5.protection et contrle-commande des rseaux MT

Lavnement des technologiesnumriques base demicroprocesseurs a considrablementmodifi les solutions utilises pour laconception des plans de protection etcontrle-commande. Ce chapitreprsente les dernires volutions etenvisage quelques perspectivesdavenir de ces fonctions de plus enplus complexes exploites sur lesrseaux MT. Il montre aussilimportance de la nouvelle discipline

quest la compatibilitlectromagntique (CEM).

les technologies des unitsde protection MTUne unit de protection, ou relais MT(cf. annexe 1), a pour mission :s de surveiller en permanence lesdivers paramtres dune partie dunrseau (ligne, cble ou transformateur),s dagir en situation anormale,s et de plus en plus de transmettre desinformations pour lexploitation du

rseau.

Pour cela elle analyse les valeurs desgrandeurs lectriques qui lui sontfournies par les capteurs de mesure, etdonne les ordres de fonctionnementaux circuits de dclenchement.

Longtemps limites la technologielectromcanique, les units deprotection MT connaissent aujourdhuiune volution fondamentale aveclutilisation des microprocesseurs.

Ainsi les matriels disponibles ce jourreposent sur les trois technologies :

lectromcanique, analogique etnumrique. La plus ancienne est latechnologie lectromcanique, lesrelais sont simples et spcialiss(contrle du courant, de la tension, dela frquence,) mais dune faibleprcision, leurs rglages sontsusceptibles de drive dans le temps.

La technologie lectronique analogique(transistor) plus rcente a apport laprcision et la fidlit.

8/8/2019 ct155

21/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.21

la compatibilitlectromagntiqueLa CEM se dfinit comme la capacit

dun dispositif, quipement ou systme, fonctionner de manire satisfaisantedans son environnementlectromagntique sans influencer cetenvironnement ; cet environnementpouvant inclure dautres dispositifs plusou moins sensibles.

Avec le dveloppement des techniquesnumriques et la ncessairecohabitation des matriels MT (tensionet intensit de valeurs leves toutparticulirement lors de leursmanuvres) et des dispositifs deprotection et contrle-commande

base dlectronique (faible niveau detension et forte sensibilit auxradiations lectromagntiques),Merlin Gerin a d, pour dvelopper sesnouveaux produits, approfondir puismettre en application cette disciplinequest la CEM. De plus, pour satisfaireles exigences des distributeurs (sretde fonctionnement), il a t ncessairede raliser des tests plus contraignantsque ceux dfinis par les rcentesnormes actuellement en vigueur(cf. annexe 1) qui prcisent les limitesde perturbations acceptables :

s Ainsi pour les appareils de mesure, lanorme CEI 801-3 prconise des essaissur la bande de frquences27 MHz - 500 MHz et trois niveaux desvrit (1, 3, 10 V/m) alors que lesconditions de test dans les laboratoiresMerlin Gerin sont bien plus svres : lagamme de frquences couvertesstend de 10 kHz 1 GHz ; de plus,de 27 MHz 1 GHz les appareilspeuvent y tre tests des champsatteignant 30 V/m. (voir aussi le CahierTechnique Merlin Gerin n149)s Et pour les matriels MT, certains

tests sont raliss sur des tableauxcomplets (appareillage MT et unit deprotection) en situation relledexploitation.

Mais bien que la CEM soit prise encompte dans toutes les phases dedveloppement et de fabrication desappareils, pour raliser un quipementparfaitement oprationnel, elle doitaussi tre applique dans les phasesdinstallation et de cblage sur site.

les applications ducontrle-commande en MT

Vers une exploitation centralise

La tlconduite est le regroupement enun ou quelques points de tout ce quiest ncessaire au contrle-commande distance dun rseau MT (cf. fig. 23).Ces points de regroupement sont despostes de conduite fixe ou mobile(embarqus dans un vhicule). Ils sontaussi appels, selon les distributeurs,centre de conduite, dispatching ouSCADA (supervisory control and dataacquisition).

Pour tenir compte des besoinsspcifiques la conduite des rseaux

de distribution MT, ces centres de

conduite sont diffrents de ceux utilisssur les rseaux de transport et derpartition. La multiplicit et ladispersion gographique des points de

tlconduite, la gestion de plusieurscentres de conduite simultans, lenombre et la qualification desexploitants ncessitent des solutionsadaptes :s ergonomie et convivialit des postesde travail,s outils daide la conduite,s outils de configuration (cf. lexique)des centres de conduite,s gestion des diffrents supports detransmission utiliss.

Dans la pratique le terme tlconduite

englobe les fonctions de

fig. 23 : exemple de tlconduite dun rseau MT, avec les diffrentes liaisons ncessaires aux

changes dinformations.

ondes radiorseau tlphonique commut

rseau tlphonique(ligne spcialise)

rseautlphoniquecommut

ondesradio

appareil arien MTposte MT/BTposte HT/MT

centre fixede conduiteposte mobile

de conduite

8/8/2019 ct155

22/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.22

tlsignalisation, tlsurveillance,tlmesure, et tlcommande. Cesfonctions peuvent se rpartir en deuxgroupes lis au sens de transmission

entre lexploitant et le rseau :s tlsurveillance, des appareils verslexploitant (cf. fig. 24)s tlcommande, de lexploitant versles appareils.

La tlsurveillancePour sa part, elleregroupe lessignalisations de position des diffrentsappareils MT, leur dclenchementventuel sur dfaut, la mesure desconsommations instantanes oupondres dans les diffrentes parties

du rseau lectrique, et toute autreinformation permettant de connatreltat, jour, du rseau. Elle permet parexemple, dimprimer automatiquement(consignation) et en continu (au fil deleau), sur occurrence outemporellement, tous les vnements

ncessaires pour conduire le rseau entemps rel, ou pour en effectuer uneanalyse ultrieurement.

Toutes ces informations avec leurmode de restitution, sont dfinies lorsde la conception du plan de contrle-commande. En particulier les imagessynoptiques sont cres en fonction delinstallation relle et des besoins delexploitant. De plus, elles sont animesen temps rel. Ainsi lexploitant peutvisualiser :s les schmas dexploitation (rseaulectrique, poste, cellule MT) ;s les tats de linstallation (positionsdes appareils MT, ...) ;s les valeurs des grandeursdexploitation (courants, tensions,

puissances, ...) ;s les valeurs de rglage desprotections MT ;s le contenu dtaill des alarmes, avecleur chronologie dapparition ;

s

fig. 24 : plusieurs fonctions, ici regroupes selon le sens de leurs transmissions entre

lexploitant et le rseau, sont ncessaires pour raliser la tlconduite.

La tlcommandeLa commande distance de louvertureet de la fermeture des appareils de

puissance est lexemple lmentaire dela tlcommande. Lapplication pratiqueen est les interrupteurs et disjoncteursMT tlcommands. Dautres actionspeuvent tre tlcommandes :rglages, automatisme,

Les ordres de tlcommande doiventtre excuts avec le maximum desret. Ce qui est obtenu parlutilisation dun rseau decommunication performant permettantde disposer des informationsncessaires en temps rel. Ainsi unordre de manuvre dun appareil MT

est transmis via une tlcommandedouble (TCD), et confirm par le retourdune tlsignalisation double (TSD).

Les procdures de tlcommandeintgrent galement des demandes devalidation et de confirmation avantlexcution dun ordre de manuvre.

La tlconduiteDans la distribution MT elle est unesource dconomies au niveau delexploitation du rseau. En effet, sansavoir se dplacer, lexploitant peut enpermanence contrler et intervenir surle fonctionnement de son rseau. Unexemple : suite un dfaut il estpossible de changer rapidement leschma dexploitation du rseau afin derendre minimale la partie de rseaunon alimente, et cela en consultant distance les indicateurs de localisationde dfaut (cf. lexique) installs endiffrents endroits sur le rseau MT,puis en agissant sur les interrupteursMT tlcommands. Il en rsulte uneforte rduction de lnergie nondistribue, mais aussi une optimisationde ce rseau avec les possibilits degrer au mieux la rpartition des

charges.La charge du rseau peut aussi fairelobjet danalyses.

En particulier partir de la consignationde la courbe de charge elles permettentde vrifier et doptimiser lesconsommations dnergie.

Enfin, pour une meilleure efficacit,loprateur peut disposer rapidementde linformation la plus pertinente parun pr-traitement automatique tel uneopration de tri, de mise en formegraphique, de calcul,...

tlconduite

tlcommande(transit d'ordres)

tlsurveillance(transit d'informations)

s commande distancedes appareils MT du rseaux,s changement distancedes rglages.

+

=

s tlsignalisation,s tlmesure.

8/8/2019 ct155

23/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.23

Gestion automatique des sourcesdnergieCette gestion, dont lobjectif estdamliorer la qualit de service par la

continuit dalimentation sur le rseau,a pour principale application lapermutation entre les diffrentessources dnergie lectrique. Cetteapplication base dautomatismes estralise par les units decontrle-commande.

La topologie en double drivationexploite par lEDF sur certains de sesrseaux souterrains en est un exemple.

Les architectures decontrle-commande en MTLavnement des technologies

numriques a considrablement modifiles solutions utilises pour le contrle-commande MT. En particulier, la facilitde disposer dunits de protection etcontrle-commande numriques defaible volume et dun cot raisonnablepermet, avec une conduitedexploitation centralise, dutiliseraujourdhui des intelligences locales.Cette volution offre les avantagessuivants :s elle pallie les inconvnients duneintelligence concentre en un seul point.En effet une dfaillance en ce point serait

catastrophique pour lensemble delexploitation du rseau lectrique.s elle offre lavantage dune meilleuremaintenabilit et dune souplesse defonctionnement accrue.

Les rseaux lectriques, quelque soitleur schma, se prtent tout fait cette volution. Aussi, malgr ladiversit des mthodes dexploitation,est-il logique de voir se dvelopper unehirarchisation des fonctions ducontrle-commande MT.Dans ce but, un plan decontrle-commande MT dfinit :s les fonctions raliser,s leur localisation hirarchique,s et leur localisation gographique.

Il peut toujours tre tudi selon quatreniveaux (cf. fig. 25) :s niveau 0 : appareils MT et capteurs,s niveau 1 : protection et contrle-commande dune cellule MT,

s niveau 2 : conduite locale dunouvrage ou poste,s niveau 3 : tlconduite dunrseau MT.(cf. application EDF en annexe 3).

fig. 25 : les diffrents niveaux hirarchiques des fonctions du contrle-commande MT.

conduiteloc

ale

dunouvrag

e

protection

etcontrle-

commande

dunecellu

leMT

appareilsMTe

tcapteurs

tlconduite

dunrseau

lectrique

8/8/2019 ct155

24/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.24

L'ensemble constitue une architecturede contrle-commande MT, dont lefonctionnement repose sur denombreux changes dinformations

entre les diffrents niveauxhirarchiques. Ces informations sontessentiellement :s des tlsignalisations,s des tlmesures,s des tlcommandes.

Leurs changes peuvent avoir lieu enpermanence ou sur vnement(incident en rseau, ordre demanuvre,...) ; ils ncessitent desrseaux de communicationperformants.

les rseaux decommunicationTous ces changes sont regroupsdans la fonction tltransmissiondfinie par les paramtres suivants :s son organisation,s ses supports matriels,s son protocole de communication.

Lensemble de ces paramtres devantpermettre de garantir que tout messagemis est reu correctement(sans erreur).

Lorganisation destltransmissionsLa solution la plus simple est de fairecommuniquer deux metteurs-rcepteurs. Ce systme est vite limitdans ses applications car seuls deuxpoints sont relis. Lorsque plusieursunits participent au contrle-commande, la liaison point pointdevient insuffisante, do la notion demulti-point. Dans ce cas, deuxorganisations sont possibles :s matre-matreToutes les units places dans cette

organisation peuvent prendre linitiativede communiquer.s matre-esclaveLunit de contrle-commande deniveau le plus lev dans la hirarchiede larchitecture est gnralement lematre. Il est charg de grer toutes lestransmissions, pour cela il interrogetous les esclaves tour de rle defaon continue ou suite unvnement. Les esclaves rpondentaux interrogations et excutent lesinstructions fournies par le matre.

En ce qui concerne lecontrle-commande des rseauxlectriques, lorganisation la plussouvent utilise et la plus sre est celle

de type matre-esclave.

Quant la transmission des donnes,elle est de type srie. Ceci signifie queles informations codes en binaire (0/1)sont envoyes les unes aprs lesautres sur un mme support. Lesavantages de cette transmission sontavant tout un cblage trs simple etune bonne immunit aux perturbationsextrieures.

Les supports matriels detransmission

La transmission des informations

ncessite aussi de disposer dun ou deplusieurs supports matriels.

Dans le cas du contrle-commande desrseaux lectriques, les supportsutiliss sont :s la paire filaire, le cble coaxial(liaisons tlphoniques spcialises ourseau tlphonique commut national),s londe radio (faisceaux hertziens),s le cble dnergie (cas des courantsporteurs sur ligne).

La fibre optique est encore en phaseexprimentale car, malgr son grandavantage dtre insensible aux

perturbations de nature lectrique, soncot de mise en uvre reste un freinimportant. Quant aux liaisons parcourant porteur, elles ne sont utilises ce jour quen gestion de charge desrseaux, par exemple pour lenvoi dessignaux de changement tarifaire parlEDF et lenvoi dordres de dlestageaux Etats-Unis. Mais elles sont enphase exprimentale pour dautresapplications, par exemple le tlrelevdes compteurs dnergie ou lareconfiguration du rseau aprs undfaut.

En fait, aucun support ne simposeaujourdhui ; son choix dpend dediffrents critres :s nombre dinformations vhiculer,s frquence (nombre et priodicit) deschanges,s vitesse requise pour les changes,s nature des informations,s distance de transmission,s relief du terrain (exemple : zonemontagneuse),s cot de linformation change.

En pratique un distributeur dnergielectrique utilise toujours diffrentssupports :s les lignes spcialises (paire filaire)

pour le contrle-commande desouvrages importants (poste HT / MT,poste MT / MT ),s les liaisons radiolectriques outlphoniques pour le contrle-commande des ouvrages secondaires(poste MT / BT et interrupteur MTarien tlcommands).

Les protocoles de transmission

Le protocole est le langage utilis pourchanger des informations entre lesdiffrentes units de protection etcontrle-commande dans unearchitecture. Il dfinit la structure desmessages changs, tant pour lademande dinformation que pour lesmessages de rponse. Ces protocolespeuvent tre propres un constructeurde matriels (ou plusieursconstructeurs) ou standardiss etnormaliss. En ce qui concerne ladistribution publique, dans le conceptdarchitecture prcdemment prsentet qui se gnralise, les distributeurssefforcent de normaliser les protocolesentre les niveaux 2 et 3. Par contre, lestransmissions internes auxappareillages restent linitiative de

leurs constructeurs.

Dialoguer selon le protocole choisidans une architecture est une conditionsine qua non pour quun matrielpuisse sintgrer cette architecture.

8/8/2019 ct155

25/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.25

6. conclusion

Le fait marquant rsultant dessituations actuelles, reste la diversitselon les pays :s diversit des schmas lectriques etde leur protection,s diversit des choix techniques debase,s diversit des modes dexploitation.

Cependant deux volutions majeures long terme sont avances parlensemble des distributeurs :lvolution vers un systme MT et

lvolution vers la conduite automatiquedes rseaux MT.

Lvolution vers un systme MT

Comme il la t vu dans les pagesprcdentes un rseau de distributionlectrique MT, est ralis parlimbrication de deux rseaux :s le rseau dnergie, dont lobjectif estde vhiculer llectricit vers les pointsutilisateurs. Il est concrtis par leschma unifilaire, et est constitudappareils lectrotechniques, detransformateurs, de cbles,....s le rseau dinformations, dont

lobjectif est de traiter les donnes pourobtenir la meilleure scurit etdisponibilit globale de ce rseaudnergie. Concrtis par les plans deprotection et contrle-commande, cerseau est constitu dunits deprotection et contrle-commande, quiassocies entre elles par un rseau decommunication performant sontrparties :s au niveau des appareils MT,s au niveau des ouvrages ou postes,s au niveau du rseau lectriquelui-mme.

Cest ainsi que, de la conception lexploitation dun rseau lectrique,l'Homme Moyenne Tension devientun Homme Systme.

Lvolution vers la conduiteautomatique des rseaux MT

Aprs les rvolutions agricole etindustrielle, celle de la communicationcre de nouveaux besoins et denouvelles solutions et ce, de faonirrversible. Ltape suivante seralutilisation de systmes experts pouranalyser et exploiter automatiquementles rseaux. Cette volution fait dj

lobjet dexpriences par desdistributeurs, par exemple TEPCO auJapon.Mais un frein cette volution futureest ltat des rseaux existants. Eneffet, ceux-ci nont pas t conus dansune optique dexploitation automatise :leurs schmas complexes et nonrptitifs ne facilitent pas une analyserationnelle.Les distributeurs ont bien peru cetobstacle. Ainsi, dans leurs orientations

long terme, la simplification et larationalisation des schmas desrseaux apparaissent comme denouveaux objectifs, ncessitant desinvestissements longs et coteux.Sans attendre cette future tape, ilsexprimentent en permanence dessolutions adaptes aux schmasactuels de leurs rseaux MT.De mme, les constructeurs utilisentles plus rcentes technologies pour enfaire bnficier les distributeurs.

Bien sr, lHomme devra toujoursgarder la matrise de tels Systmes. Et

alors que les traitements delinformation ns de linformatiqueapportent dj aux distributeursdnergie un meilleur savoir et unemeilleure comprhension de leursrseaux lectriques, les annes futuresapporteront des solutions innovantesqui contribueront latteinte de lobjectifprincipal : satisfaire les besoins desconsommateurs dnergie lectriqueavec une qualit de service optimale.

8/8/2019 ct155

26/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.26

s relatives aux Ring Main UnitCEI 129, 265, 298, et 420,UTE C 64-130, C 64-131, et C 64-400,VDE 0670,BS 5227,

s relatives aux units de protectionCEI 68,CEI 255,CEI 655,NF C 20-455,NF C 63-850.

s relatives la compatibilitlectromagntiques concernant la susceptibilit auxperturbationsCEI 801 - chapitres 1 4,NF C 46-020 023 ;s concernant lmission deperturbationsEN 55 022,NF C 91-022.

La diversit des matriels cits dans ceCahier Technique, ne permet pasdindiquer toutes les normesinternationales et/ou nationales qui lesconcernent.

A titre dexemple, voici quelquesnormes :

s relatives aux appareils decoupure MTCEI 56 et 694,CEI 470 pour les contacteursUTE C 64-100 et C 64-101,

VDE 0670,BS 5311,ANSI C37-06 pour les disjoncteurs.

annexe 2 : les diffrentes techniques de slectivit

rappelLorsquun dfaut apparait sur un rseau

lectrique, plusieurs organes deprotection situs dans diffrentes zonespeuvent dtecter simultanment cetteanomalie.

La slectivit du plan de protectionpermet de faire fonctionner en prioritlorgane qui est situ le plus prs enamont du dfaut. Ainsi la coupuredalimentation est limite une zoneminimale du rseau.

Cependant, un plan de protection intgredes redondances. Ainsi, ds laconception de ce plan, il est prvu que siun organe de protection nagit pas

correctement, un autre organe plac enamont de celui-ci devra ragir son tourpour limiter les consquences du dfaut.

Chacun de ces organes de protectionmonts en cascade sur le rseauconstitue un tage de slectivit.

Dans un rseau MT le nombre dtagesde slectivit entre les transformateursHT/MT et MT/BT est gnralement limitde 3 5 selon les pays. En effet, audel, la scurit ne peut plus treassure car les temps de raction et lesvaleurs des courants de dfautdeviennent trs dangereux.

les diffrentes techniquesPour assurer cette slectivit dans un

plan de protection MT cinq principestechniques peuvent tre utiliss :ampremtrique, chronomtrique,diffrentielle, de distance, et logique.

La slectivit ampremtriqueElle est assure par les rglages envaleur de courant des seuils dedclenchement.

La slectivit chronomtriqueElle est assure par les rglages envaleur de temps des seuils dedclenchement.

La slectivit diffrentielleElle est assure par un dcoupage du

rseau en zones indpendantes, et ladtection dans chacune de ces zonesdune diffrence entre la somme descourants entrant et la somme descourants sortant. Cette techniquencessite une filerie entre les units deprotection situes aux diffrentesextrmits de la zone surveille.

La slectivit de distanceElle est assure par un dcoupage durseau en zones, et les units deprotection par calcul de limpdanceaval, peuvent localiser dans quellezone est situ le dfaut.

La slectivit logiqueCette slectivit est assure par unordre dattente logique dune dure

limite, mis par la premire unit deprotection situe juste en amont dudfaut et devant couper le circuit, versles autres units de protection situesplus en amont. Elle permet daugmenterle nombre dtages de slectivit sansallonger les temps de dclenchement enamont. Des fils pilotes sont ncessairesentre les units de protection.Cette technique mise au point etbrevete par Merlin Gerin est dtailledans le Cahier Technique n 2.

annexe 1 : quelques normes pour des produits MT

8/8/2019 ct155

27/28

Cahier Technique Merlin Gerin n 155 / p.27

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

Point de regroupement

et de rfrence

PRR : point de regroupementet de rfrence

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

tableau SM6 :cellule modulaireinterrupteur

Postes MT/BT tlcommands

rseau arien et/ou souterrain

tableau RM6 :appareillageRing Main Unit

TCL11MScalculateurde poste

Isis 2000 :consignateurd'tatssynoptique

Vigi PA

unit de protection et

de contrle-commande

tableau F24Gquipement dbrochablePoste source HT/MT

2

3

1

0

niveau 3 : tlconduite d'un rseau

niveau 2 : conduite locale d'un ouvrage

niveau 1 : protection et contrle commande d'une cellule MT

niveau 0 : appareils MT et capteurs

Les rseaux de communication :

rseau interne l'appareillage (fil fil aujourd'hui)

tltransmissions par radio et/ou rseau tlphoniques commut

tltransmissions par lignes tlphoniques spcialises

M2S : interrupteurarientlcommand

Interfaces de conduite :

d'intrieur d'intrieur d'extrieur

annexe 3 : architecture EDF et matriels Merlin Gerin

8/8/2019 ct155

28/28

Cahiers Techniques Merlin Gerins Protection des rseaux par leSystme de Slectivit LogiqueCahier Technique n 2 (F. Sautriau)

s la CEM : la compatibilitlectromagntiqueCahier Technique n 149 (F. Vaillant)

Publications diverses

Les documents traitant les thmesvoqus dans ce Cahier Techniquesont trs nombreux. Et, bien que desarticles prsentant lensemble de cessujets soient dun nombre plus rduit,nous avons jug plus intressantdorienter le lecteur intress versdes organismes diffusant les rapportstechniques issus de diffrentscongrs :

sjournes dtude technique S.E.E.s qualit et conomie delalimentation lectrique,s rseaux ruraux MoyenneTension : volution et perspective.

Adresse :Socit des Electriciens et des

Electroniciens48 Rue de la Procession75724 PARIS Cedex 15

s C.I.R.E.D.Congrs International des RseauxElectriques de Distribution.

Adresse :Institution of Electrical Engineers,Savoy Place, LONDON WC2R 0BLRoyaume-Uni.

s UNIPEDEUnion Internationale des Producteurset Distributeurs dElectricit.

Adresse :39 avenue de Friedland75008 PARIS

annexe 4 : bibliographie