Guide Distribution Electrique Ht

Sommaire - partie HTA

B1

4. Etude dune installation HTA4a Introduction et mthodologieLivraison et comptage de l'nergie lectrique Mthodologie

B3B3B4 B5

4b Rglementation, normes et architectures de rseauxRglementation et normes Architectures de rseaux

B11B18 B18

4c Liaison la terre du neutreModes de liaison la terre du neutre Neutre isol Mise la terre par rsistance Neutre la terre par ractance faible (neutre impdant) Mise la terre par ractance de compensation (neutre compens)

B21B22 B23 B24 B25 B26

4d Plan de protectionProtections Slectivit

B29B30 B34

4e Alimentations de remplacement et de scuritNormes et dnitions Choix des alimentations de remplacement Transfert de sources en HTA

B39B40 B41 B43

5. Postes HTASchma gnral et types de postesRseau de distribution dnergie Types de postes HTA

B45B46B46 B47

Poste dintrieur ou prfabriqu dextrieurFonctions dun poste Le savoir faire Schneider Electric

B48K48 K49

Choix dun posteContraintes et tapes du choix dun poste

B50B50

Poste de livraison HTA comptage BTDnition et contraintes rglementaires Schma et quipements Choix du transformateur Choix des cellules HTA Choix du matriel BT Installation, liaisons, raccordements Prise de terre et conducteurs de protection Verrouillages dexploitation

B52B51 B52 B53 B54 B56 B57 B58 B59

Poste de livraison HTA comptage HTADnitions et contraintes rglementaires Schma et quipements Slectivit Comptage HTA et mesures prives

B60B60 B61 K64 K64

Postes de rpartition HTA/HTA et sous-stations HTAPrsentation et exemple de schma

B65B65

Poste de centrale autonomeExemples de schma

B66B66

Chorus

Guide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009

B2

Sommaire - partie HTA (suite)

6. Equipements et leurs caractristiquesCaractristiques des quipements prfabriqus HTA sous enveloppe mtallique Types de fonctions et appareillage corrrespondant Normes Types de cellules et dappareillages Tenue larc interne Techniques disolation Techniques de coupure

B67B68B68 B71 B73 B75 B76 B77 B78 B80 B81 B83 B88 B89 B90

Cellules HTA

Condensateurs HTA Capteurs

Rappels sur lnergie ractive La compensation dnergie ractive dune installation Capteurs de courant phase : Transformateurs de courant (TC) Capteurs de courant phase LPCT Capteurs de courant rsiduel Capteurs de tension : Transformateurs de tension (TT) Dnition et paramtres caractristiques Choix du dilectrique et de la technologie Choix dun transformateur : contraintes rglementaires Dtermination de la puissance optimale Surcharge dun transformateur Transformateurs en parallle Transformateurs bi-tension et lvateurs Protection des transformateurs Ventilation, mode de refroidissement, normes de construction

B80

B83

Transformateurs

B92B92 B93 B96 B97 B100 B101 B102 B103 B106 B107 B108

Dmarreurs et protection moteurs HTARappel sur les moteurs Dmarreurs et protection des moteurs HTA

B107


www.schneider-electric.fr

B3

4a

4

Etude dune installation HTA 4a Introduction et mthodologie Livraison et comptage de lnergie Niveaux de tension et livraison de lnergie lectrique Mthodologie Cadre gnral Elments prendre en compte Bonnes pratiques des sites critiques Tableau synthtique des points tudier

page

B4

B5 B6 B9 B10

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B4 Introduction et mthodologie

Niveaux de tension et livraison de lnergie lectrique

Niveaux de tensionsLes niveaux de tension sont dnis par les normes NF C 15-100 et NF C 13-200.tension alternative y 50 V y 500 V y 1000 V 1 < U y 50 kV U > 50 kV domaine de tension TBT BTA BTB HTA HTB1 HTB2 autre appellation valeurs usuelles en France (tension dutilisation) 12 - 24 - 48 V 220 - 380 - 400 V 5,5 - 6,6 - 10 - 15 - 20 - 36 kV 63 - 90 150 - 225 - 400 kV

BT (basse tension) MT (moyenne tension) HT (haute tension)

Centrale de production HTA

Organisation du rseauLnergie lectrique en France est produite dans les centrales principalement nuclaires (80 % de la production), hydrauliques ou thermiques et dlivre sa sortie en HTA, gnralement 5,5 kV 6,6 kV parfois 15 ou 20 kV. Transport HTB A la sortie de la centrale, lnergie lectrique est leve en HTB (225 ou 400 kV) dans un poste dmergence HTA/HBT qui alimente le rseau de transport HTB. Ce rseau est maill an de permettre linterconnexion entre une centaine de centrales dbitant simultanment pour couvrir la consommation. Il assure aussi, par interconnexion, des changes avec les pays europens. Rpartition HTB Au voisinage des centres de consommation, des postes de rpartition et interconnexion abaissent la tension en 63 kV ou 225 kV (plus rarement 90 kV et 150 kV) et alimentent un rseau de rpartition rgional HTB. Ce rseau gnralement en boucle, dessert des postes abaisseurs HTB/HTA. Postes HTB/HTA Ces postes sont de deux types selon leur rseau aval HTA : @ postes sources HTB/HTA alimentant le rseau public de distribution HTA. (environ 2000 postes) @ postes de livraison privs HTB/HTA alimentant le rseau des quelques 600 consommateurs importants dnergie de la grande industrie (sidrurgie, chimie, etc.) dont la puissance dpasse 10 MW. Distribution HTA Les postes source alimentent le rseau HTA (en gnral 20 kV) qui dessert : @ les postes HTA/BT de distribution publique (environ 620 000) qui desservent les trs nombreux abonns BT @ les postes dabonns HTA des utilisateurs privs plus gros consommateurs.

Transport, interconnexion rpartition HTB

Poste d'mergence HTA/HTB

Rseau de transport HTB

225 400 kV

HTB

Poste HTB de rpartition / interconnexion

Rseau de rpartition HTB

63 225 kV

Distribution HTA

Poste Sources HTB/HTA

Poste priv HTB/HTA comptage HTB (> 10 MW)

HTA

Rseau de distribution HTA

Rseau priv HTA, BT

5 36 kV

Livraison HTA

Poste de distribution publique HTA/BT

Livraison et de comptage de lnergie en HTAPoste priv HTA/BT comptage BTPoste priv HTB/HTA comptage HTA

Distribution BT

BTRseau de distribution publique BT

Rseau priv BT

Rseau priv HTA, BT

400 V

Abonns BT

La livraison de lnergie lectrique HTA se fait : @ avec comptage BT pour un poste comportant un seul transformateur HTA/BT de courant secondaire assign infrieur ou gal 2000 A, (un transformateur 20 kV/400 V de puissance infrieure ou gale 1250 kVA). @ avec comptage HTA dans les autres cas

Le raccordement se fait obligatoirement en HTA au dessus de 250 kVA (1) jusqu une limite de puissance 10 MW, avec deux types de comptage : Poste HTA comptage BT Lorsque le poste de livraison comporte un seul transformateur HTA/BT de courant secondaire assign Is y 2000 A (2) Ceci correspond pour un transformateur 20 kV/400V une puissance normalise y 1250 kVA. Le rseau en aval du poste est alors un rseau BT. Poste HTA comptage HTA Lorsque le poste de livraison comporte : @ soit un seul transformateur HTA/BT de courant secondaire Is > 2000 A(1) @ soit plusieurs transformateurs. Le rseau en aval du poste comporte, selon les cas, une distribution HTA vers une ou plusieurs sous-stations HTA, ou directement une distribution BT.(1) Limites des raccordements en HTA et BT Le raccordement @ peut se faire en HTA partir de 50 kVA (par exemple si une extension ultrieure de puisance est prvue) et obligatoirement au dessus de 250 kVA @ se fait obligatoirement en BT en dessous de 36 kVA et en gnral en BT jusqu 250 kVA

KVA BT obligatoire

35

50 HTA possible en gnral BT

250 HTA obligatoire



Mthodologie

B5

Cadre gnral

4a

La conception dune installation doit prendre en compte de multiples proccupations qui doivent aboutir une optimisation technicoconomique, sans concessions vis vis des aspects de scurit du personnel. Des tudes danalyse des risques sont de plus en plus un pralable pour dterminer une solution otimise adapte la criticit et la lgislation des sites.

La conception dune installation lectrique impliquant la HTA comporte, quelle que soit la complexit de linstallation des lments de base communs : lapproche technico-conomique de la solution doit tre globale et rechercher un compromis adapt entre la scurit, la disponibilit et lefcacit nergtique de linstallation.

Pris en compte de lensemble des cotsLaspect technico-conomique doit prendre en compte lensemble des cots sur la dure de vie de linstallation. Cot de linvestissement initial Dsign par CAPEX (Capital Expenditure) ce cot intgre notamment : p Etudes : ce sont les tapes classiques de ralisation dune installation (schmas lectriques, besoin de puissance, plan de protection, slectivit...). Des tudes danalyse des risques de linstallation peuvent tre indispensables compte tenu du caractre critique de lactivit (ex : data centers, process sensible), voire tre exiges par la legislation (ex : NF C 15-211 pour les tablissements de sant publics ou privs). Ces tudes ont un impact sur larchitecture les produits et les services et font appel des expertises spciques (tudes de slectivit, protection foudre...) p Equipements matriels : leur cot est comparer aux fonctionnalits offertes, qui peuvent permettre des gains apprciables sur lexploitation et la maintenance (ex : maintenabilit des tableaux sous tension, appareillage communicant). p Installation et mise en uvre : la prise en compte des pertes dexploitation lies aux impratifs de dlais peut tre un lment important, amenant la dnition de pnalits de retard et lorientation vers des solutions intgres pr-testes en usine, de type postes prfabriqus, pour raccourcir les dlais et matriser les risques. Cot dexploitation Design par OPEX (Operation Expenditure) il inclut tous les cots de fonctionnement, qui dpendent des options prises lors de la phase tude. p personnel dexploitation et de maintenance, li au mode de conduite de linstallation p contrats de maintenance p consommation lectrique, lis aux choix retenus en matire : _ doptimisation des contrat de fourniture _ doptimisation de lexploitation, par la mesure et la surveillance des principaux paramtres de fonctionnement et des consommations. Cot total Dsign par TCO (Total Cost of Ownership), il intgre le CAPEX et lOPEX sur la dure de vie de linstallation. Cette approche permet notamment la prise en compte des cots directs et des cots cachs, constats souvent postriori.

Recherche du meilleur compromis technico-conomique assurant la scuritLa recherche dun optimum ne doit ne faire aucune concession aux aspects lis la scurit des personnes, tout en intgrant les aspects technico-conomiques prcdents et les risques lis au fonctionnement de linstallation Respect des rglements et normes La connaissance et le respect des rgles de scurit imposes selon lactivit du site (protection des travailleurs, IGH, ERP, tablissements de sant publics et privs, sites classs ICPE...) est un prlable absolu (voir page B12). Equilibre adapt entre cots et disponibilit de lnergie Les cots, valus en TCO, sont mettre en balance avec les risques pour les personnes et les biens rsultant des pannes ou dysfonctionnement de linstallation : p obligations lgales : pour les hpitaux lobligation, assortie de responsabilits pnales, de garantir la continuit des soins dans les situations de crise lectrique, et dassurer une disponibilit de lnergie adapte la criticit des applications p cots des pertes de production pour des process continus, se cumulant souvent avec ceux darrt pour remise en route des installations. p cot de perte dexploitation pour des sites critiques (ex. : data centers). Ces lments sont lis la disponibilit des quipements, et donc la disponibilit et la qualit lnergie lectrique exige compte tenu de leur criticit de fonctionnement. La recherche dun optimum adapt devra donc intgrer notamment des lments de : p criticit des applications (1) p disponibilit des quipements et de lnergie lectrique (2) p qualit de lnergie (3) p architecture et sources de remplacement secours Et la solution concilier : p sret dalimentation par lachitecture et le recours des sources de remplacement p simplicit dexploitation, prenant en compte le niveau de qualication du personnel p maintenabilit : priodicit et organisation pro-active base sur : une maintenance prventive et une maintenance prdictive p utilisation des possibilits de communication des quipements p exibilit de linstallation permettant son adaptation et son volution (extension).Guide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009

(1) Criticit : la criticit dun vnement est le produit de la frquence de survenance par le facteur de gravit (extrait du Plan blancde gestion de la crise pour les hpitaux). La normes NF C 15-211 (installations lectriques de locaux usage mdical) dnit ainsi 3 niveaux : - niveau 1 : pas de coupure - niveau 2 coupure y 15 s - niveau 3 : coupure 15 s 30 mn. (2) Disponibilit : la disponibilit dun quipement (plus largement dun systme) est son aptitude remplir sa mission un instant dtermin. La disponibilit de lnergie revient la continuit de sa fourniture dans les conditions de qualit prvues. (3) Qualit de lnergie : les lments relatifs la qualit de lnergie sont prciss par la norme EN 50160. Ils impliquent la frquence, lamplitude la forme de londe et la symtrie du systme triphas

Chorus

B6 Mthodologie

Elments prendre en compte

Les principaux lments prendre en compte sont les suivants.

Analyse des risques de linstallationCette tape est souvent un pralable indispensable pour orienter vers les options les mieux adaptes lactivit du site et la criticit des applications. Par exemple les tablissements de sant sont tenus de faire lanalyse des risques en fonction des conditions locales de dessertes offertes par le distributeur, dtudier les solutions les plus adquates et de se doter des quipements ncessaires (circulaire DHOS/ E4/2005/256 revue en sept. 2006). Cette analyse peut impliquer de risques lectriques, mais aussi concerner des phnomnes pouvant indirectement dboucher sur des situations de crise lectrique (effet de la foudre, contrle daccs, vandalisme, etc).

Lanalyse pralable des risques a souvent un impact en terme darchitecture, mais aussi de mode de conduite, maintenance, formation du personnel

Mode de conduiteAvant et pendant ltude de conception dun rseau, il faut avoir prsent lesprit le mode de conduite envisag pour lexploitation de linstallation. @ conduite par du personnel quali ou non @ niveau dautomatisation souhaitable @ type de supervision avec prise en compte des possibilits du web. La solution peut tre impose au dbut de ltude par les contraintes et le type dinstallation (exemple : danger pour le personnel dans certaines industries chimiques). Sinon les diverses possibilits doivent tre tudies tout au long du droulement de ltude. Le choix de solutions intgrant la communication ds lorigine entrane un supplment de cot faible, compar aux avantages retirs.

Lassociation dune architecture de Gestion Technique Electrique (contrle-commande) associe larchitecture de puissance, utilisant lespossibilits de communication des quipements suivant des protocoles standards p des creux de tension p des coupures brves p des coupures longues p des surtensions temporaires p des surtensions transitoires (chocs de manuvre ou chocs de foudre).

Tension dalimentationLe poste, en aval du point de livraison comporte-t-il un rseau priv de distribution ou des cellules HTA protgeant des rcepteurs (transformateurs, moteurs, ) ? Est-il ncessaire davoir une, deux ou trois tensions diffrentes dans le rseau priv ventuel ? Ce choix a des consquences conomiques importantes.

Types de postesIl faut se poser sufsamment tt la question du choix du ou des postes utiliss : @ poste dintrieur, avec les contraintes de gnie civil, environnement et scurit corrrespondantes @ poste dextrieur prfabriqu qui apporte une rponse globale la plupart de ces contraintes.

Contraintes amont@ mode de raccordement au rseau, li aux possibilits du rseau (antenne, boucle, double drivation) la puissance de linstallation (type de comptage) et prenant en compte les aspects tarifaires (un ou plusieurs fournisseurs, possibilit de dlestage, production complmentaire autonome...) @ qualit de la source amont (puissance de court-circuit, rgime de neutre, prsence de surtensions frquence industrielle ou front raide, micro-coupures ou baisses de tension fugitives, etc.) et prsence dautres utilisateurs proches pouvant inuer sur la qualit de lnergie.

En rgime normal dalimentation, les perturbations du rseau public peuvent tre : p des creux de tension p des coupures brves p des coupures longues p des surtensions temporaires p des surtensions transitoires (chocs de manoeuvre ou chocs de foudre) p des uctuations rapides de tension (icker) p des distorsions harmoniques.

Contraintes aval@ besoin de continuit de service (ou niveau de disponibilit) @ localisation et caractristiques des rcepteurs prsentant des contraintes de fonctionnement spciques (exemple : les rcepteurs de forte puissance qui gnrent de fortes chutes de tension lors de leurs dmarrages, les fours arc ou les rcepteurs vitesse variable, gnrateurs dharmoniques, les ordinateurs ncessitant une alimentation permanente, etc.).

Gnrateurs dharmoniquesOn sassurera que leffet polluant des gnrateurs dharmoniques ventuels a bien t pris en compte et matris par isolement dans un rseau spcique et/ou utilisation de ltres si ncessaires.La nouvelle norme NF C 13-200 prconisera de sparer les rcepteurs sensibles des rcepteurs polluants et de rduire les niveaux de perturbation quils gnrnt des valeurs acceptables par les rcepteurs sensibles. Les perturbations produites comportent : p distorsions harmoniques (lectronique de puissance) p dsquilibres (rcepteurs monophass) p uctuations rapides de tensions (icker) (fours arc) p -coups de tension (ds au dmarrage de moteurs). Ces perturbations peuvent gnrer : p des chauffements dangereux p des surtensions p des rsonances p des chutes de tension p des contraintes mcaniques dans les machines tournantes p des dysfonctionnements, arrts ou dtrioration de machines.

Fractionnement ventuel des sources dalimentation pour tenir compte des rcepteurs polluantsOn peut fractionner les sources dalimentation pour isoler les rcepteurs polluants (gnrateurs dharmoniques) ce qui permet galement de rester matre du ou des rgimes de neutre.perturbations formes donde caractristiquescreux de tension surtensions < 0,5 s > 0,5 s < harmoniques dsquilibre fluctuation de tension



B7

4a

Bilan des puissancesIl se fait en calculant la somme des puissances installes et, en dduisant la puissance absorbe rellement compte tenu des divers facteurs de simultanit, dutilisation, etc.

Bilan de puissance par site gographiquePour une installation trs tendue, on ralise un bilan de puissance par site gographique qui dtermine une premire approche de la structure du rseau ainsi que le choix du nombre des rseaux de transport (un pour les rcepteurs polluants, un pour les autres rcepteurs) et la ncessit davoir un, deux ou trois niveaux de tension.

Choix du rgime de neutreIl fait intervenir les critres suivants : la politique gnrale (sites similaires), la lgislation en vigueur, les contraintes lies au rseau, les contraintes lies lexploitation du rseau, les contraintes lies la nature des rcepteurs. Lorsque le ou les rgimes de neutre sont choisis, ils entranent le choix des protections mettre en uvre.

TransformateursOn peut alors choisir les transformateurs, les tensions de transport, de distribution et dutilisation ayant t dnis, les bilans de puissance par site gographique effectus et les rcepteurs polluants isols. On standardisera les puissances des transformateurs 3 ou 4 pour des raisons conomiques et de maintenance.

Compensation de lnergie ractiveOn tudiera galement la compensation de lnergie ractive qui sera ralise localement, globalement ou de manire panache en fonction des rsultats de ltude technico-conomique correspondante.

Sources de scurit et de remplacementil faut dnir leur nombre et leurs caractristiques. Elles peuvent tre imposes par les dcrets et les textes lgislatifs (tablissement Recevant du Public, Immeuble de Grande Hauteur) ou installes pour protger loutil de production et, bien sr, assurer la protection des personnes. Il est parfois ncessaire de disposer dune source autonome ; cette ventualit dpend du bilan conomique du cot de lnergie et/ou des contraintes amont et aval. Dans le cas o la continuit de service doit tre imprativement conserve (exemple : ventilateur dun haut fourneau) la source autonome (turbine gaz par exemple) est une source de remplacement qui fonctionne en permanence.

Schma unilaireDe ltude de tous les points prcdents dcoule le schma unilaire qui est un premier squelette hirarchis. Il doit comporter les divers quipements fonctionnels installer sur le rseau compte tenu des fonctions de raccordement, rpartition, protection des quipements, utilisation des sources, dlestages... Les tapes suivantes permettront doptimiser ces quipements.

Choix des canalisationsIl sagit de choisir et calculer les canalisations. A partir de lintensit nominale In, on en dduit une intensit ctive If qui tient compte de multiples coefcients lis la temprature ambiante, lexposition solaire, la proximit dautres canalisations, le mode de pose, etc. De cette intensit ctive, on en dduit la section (en utilisant les tableaux donns par les cbliers). On devra vrier ultrieurement : @ la tenue de la canalisation au courant de court-circuit maximal Icc (ne pas oublier de tenir compte de la dure du court-circuit qui peut, dans certains cas, atteindre la seconde) @ la chute de tension @ la tenue de lcran du cble dans le cas de dfaut phase-masse @ loptimisation des pertes.

Plan de protectionIl passe par le choix dune mthode de slectivit ampremtrique, chronomtrique ou logique ou de modes combins ? La coordination des protections HTA entre elles et entre la HTA et la basse tension en dcoule et peut entraner une remise en cause de la structure du rseau dnie prcdemment.

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B8 Mthodologie

Elments prendre en compte (suite)

Calcul des chutes de tensionIl doit tre ralis : p en rgime normal p en rgime perturb (cas du dmarrage des gros moteurs asynchrones par exemple). Ceci permet de constater limportance de la perturbation sur le rseau, de dterminer ou de vrier si le mode de dmarrage est correct. Il faut toujours associer la chute de tension et la dure de la chute de tension.

Calcul des courants de court-circuitIl est effectu : p en aval des transformateurs en considrant _ la valeur maximum de la premire crte (rgime transitoire), qui dtermine la tenue aux efforts lectrodynamiques _ la valeur efcace Icc du courant de court-circuit (rgime tabli) qui dtermine le pouvoir de coupure et la tenue thermique de lappareillage. p en aval des gnrateurs en considrant _ le rgime subtransitoire pour dterminer la tenue aux efforts lectrodynamiques _ le rgime transitoire pour dterminer le pouvoir de coupure de lappareillage et sa tenue thermique _ le rgime permanent pour dterminer la tenue thermique de tous les lments (dont les cbles) et pour dterminer les rglages des relais de protection.

AjustementsCes diffrents calculs entranent souvent la rvision de la structure du rseau dans le cas o le courant de court-circuit Icc est trop grand ou la chute de tension trop grande ; cela peut entraner galement une sparation des sources ou un regroupement des sources fractionnes et, aprs avoir rvis la structure du rseau, il est ncessaire de recommencer les diffrentes tapes du cheminement prcdent. Ce rebouclage peut avoir lieu plusieurs fois.

Choix du fournisseurUne dernire tape sera de choisir le fournisseur. Ce choix tiendra compte de multiples facteurs : p facteur conomique p capacit fournir et matriser une solution densemble, avec les tudes dingnierie de rseau et doptimisation de linstallation p envergure internationale du constructeur pour des installations dpendant de multinationales, avec des standards communs entre sites p capacit de support et de services et types de contrats p prsence de services de maintenance du fournisseur dans la rgion o sera implante linstallation p prsence commerciale du fournisseur dans la rgion linstallation p modularit et interchangeabilit des quipements p capacit de communication des matriels et support associ p scurit des quipements lectriques (cellules de type compartiment ) p facilit dinstallation p facilit de raccordement des cbles.



B9

Bonnes pratiques pour les sites sensibles

4a

Au del des lments prcdents, la conception de certaines installations critiques doit sinspirer dun ensemble de bonnes pratiques qui dcoulent des rglementations la plus avances (hpitaux, data centers...). Lvolution actuelle de la rglementation (ex : mise jour en cours de la norme C13-200) tend gnraliser les concepts et mthodes associes ces bonnes pratiques.

Gnralisation de mthodes prouvesLa conception de certaines installations critiques, pour prendre en compte la multiplicit des risques de dysfonctionnement et leurs consquences, doit sinspirer dun ensemble de bonnes pratiques. Ces recommandations issues de mthodes utilises dans les activits comme le nuclaire ou lavionique, ont t tendues des sites critiques comme les data centers ou les hpitaux (voir exemple page B20) Elles tendent maintenant se gnraliser et tre reprises dans des normes compte tenu de la complexit et de lintraction des quipements techniques.

Rgles des bonnes pratiquesLexprience montre que la conjonction des vnements pouvant conduire des pannes dans une installation lectrique est telle que le risque zro nexiste pas. Les dfaillances ne peuvent tre cartes quelles que soient les prcautions. Il est ncessaire de prparer la gestion de possibles situations de crises lectriques. Les recommandations qui suivent sont inspires de lexemple de sites sensibles et des rglements les plus avancs.

Niveau de criticit dapplications : ex. hopital @ Criticit 1 : pas de coupure autorise @ Criticit 2 : coupure i 15 s @ Criticit 3 : coupure 15 s 30 mn (NFC 15-211)

Analyse du risque et segmentation selon la criticit p Raliser une analyse pralable et exhaustive des besoins de linstallation pour : _ identier les applications et leur niveau de criticit 1, 2, 3 _ adapter les installations aux diffrents niveaux, en traiter les sources de risques. p Cette analyse devra tre ractualise dans le temps. p Les phases dvolution dun incident ntant pas toujours prvisibles il faut aussi : _ travailler sur des protocoles, des conduites tenir _ raliser ventuellement des simulations. Prparation technique et du personnel au risque lectrique Prparer la gestion dun vnement de crise li une panne dlectricit par : p lidentication claire de la chane de secours lectrique tablie sur les sites p lidentication des moyens techniques et humains dont on dispose p lanticipation des ractions envisager : limprcision est rduite en sentourant de moyens, dun rseau, de partenaires et de technologies de communication. Il est essentiel de disposer de ressources techniques et en personnel, internes et externes, performantes. Gestion de la crise lectrique et de laprs-crise La gestion de crise impose une dmarche prventive, comportant : p une prparation et un entranement des acteurs concerns, par des exercices. p lorganisation de la traabilit des vnements pour amliorer les procdures, par un journal de crise rendant compte des caractristiques de la panne lectrique, des moyens mis en uvre et de lefcacit du plan de crise. Utilisation dalimentation pouvant palier la dfaillance du distributeur Prvoir des sources de secours, ou des dlestages pour garantir la abilit et la continuit de lalimentation lectrique en cas de dfaillance du rseau distributeur. Conception de larchitecture lectrique et dimensionnement des installations en intgrant les besoins de demain p Adapter la conception de larchitecture et le dimensionnement des installations de distribution interne aux niveaux de disponibilit attendus par les diffrents services de ltablissement, ceci en prenant en compte les besoins futurs. p Pour cela il sera ncessaire de connatre lvolution future de lactivit du site et la puissance lectrique envisager. Ralisation dessais priodiques p Raliser lessai des installations normales et de secours selon les prconisations des constructeurs avec une priodicit approprie aux risques (ex. des hpitaux : priodicit < 1 mois) p Vrier rgulirement la capacit des installations de secours reprendre la totalit de la charge des services prioritaires. Assurer une maintenance rgulirement et sa traabilit p Organiser une maintenance rgulire des matriels et quipements participant la garantie de la abilit de lalimentation lectrique. p Consigner les oprations de maintenance prventive et corrective dans un registre spcique pour chaque dispositif de secours lectrique pour le le suivi et la traabilit des interventions Maintenir le niveau de performance des matriels et du personnel Le niveau de performance et la ractivit tant essentielle, il est important : p de permettre la maintenance des matriels en perturbant le moins possible les activits p de procder aux essais priodiques rels en charge des groupes lectrognes et autres sources autonomes, de remplacement et de scurit p dassurer et dactualiser un niveau de formation du personnel lui permettant de prendre les dcisions adaptes.

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B10 Mthodologie

Tableau synthtique de points tudier dans une installation HTA

Schneider Electric peut proposer des services dingnierie et de ralisation densemble prenant en compte tous les points de ltude de linstallation, avec une expertise et des moyens dtudes avancs.

Point tudier Rseau du distributeur et contraintes amont

Contenu@ Raccordement possible (antenne, boucle, double drivation) @ Type de comptage BT ou HTA (suivant puissance et nombre de transformateurs de linstallation) @ Aspects tarifaires (un ou plusieurs fournisseurs, possibilit de dlestage, production complmentaire autonome...) @ Puissance de court-circuit du rseau amont @ Rgime de neutre du poste source (impdant, compens) @ Risques de perturbations (surtensions frquence industrielle ou front raide, micro-coupures ou baisses de tension fugitives, foudre, etc.) et prsence dutilisateurs proches pouvant inuer sur la qualit de lnergie. @ Dcoupage de linstallation en zones prenant en compte la criticit des applications et le niveau de disponibilit souhaitable. @ Redondances de sources ventuelles ou sources de remplacement ou secours @ Localisation et caractristiques des rcepteurs contraintes de fonctionnement spciques (ex : rcepteurs de forte puissances gnrant des chutes de tension au dmarrages, gnrateurs dharmoniques, rcepteurs ncessitant une alimentation sans interruption, etc.). @ Qualication du personnel @ Niveau dautomatisation souhaitable @ Contraintes dinstallation (ex : zones de danger dindustries chimiques) @ Type de supervision (possibilits du web) @ Informations de gestion souhaites, pour qui et avec quelles autorisations daccs @ Systmes de mesures correspondants @ Intrieur, avec les contraintes de gnie civil, environnement et scurit corrrespondantes @ Extrieur prfabriqu qui apporte une rponse globale ces contraintes. @ Lgislation en vigueur @ Contraintes lies au rseau et son exploitation @ Contraintes lies la nature des rcepteurs. Lorsque le ou les rgimes de neutre sont choisis, ils entranent le choix des protections mettre en uvre. @ Calcul de la somme des puissances installes et des puissances absorbes rellement compte tenu des divers facteurs de simultanit, dutilisation, etc. @ Fractionnement ventuel des sources dalimentation pour isoler les rcepteurs polluants (gnrateurs dharmoniques). @ Equipements fonctionnels installer sur le rseau compte tenu des fonctions raliser (raccordement, rpartition, protection des quipements, utilisation des sources, dlestages...) @ Types de cellules HTA (xe, dbrochable) choix li lexploitation, la maintenance et la disponibilit de lnergie. @ Compte tenu des lments dnis pour la conduite, mesure, supervision, maintenance. @ En aval des transformateurs : _ valeur maximum de la premire crte (rgime transitoire), qui dtermine la tenue aux efforts lectrodynamiques _ valeur efcace Icc du courant de court-circuit (rgime tabli) qui dtermine le pouvoir de coupure et la tenue thermique de lappareillage @ En aval des gnrateurs : _ rgime subtransitoire qui dtermine la tenue aux efforts lectrodynamiques _ rgime transitoire qui dterminer le pouvoir de coupure de lappareillage et sa tenue thermique _ rgime permanent pour dterminer la tenue thermique de tous les lments (dont les cbles) et pour dterminer les rglages des relais de protection. @ Choix dune mthode de slectivit ou de modes combins @ Type et rglages des protection (attention aux fonctionnements possibles sur groupe de secours, qui ncessitent rglages plus bas des seuils. @ Alimentation des protections (TC, TT, LPCT...) et caractristiques @ Coordination des protections entre la niveaux HTA, et la basse tension. @ Ncessit en fonction des rcepteurs et du contrat de fourniture dnergie @ Ralisation prs des charges, globale ou de manire panache en fonction des rsultats de ltude technico-conomique correspondante. @ Etudes du mode et des contraintes de fonctionnement associes et impact sur les protections de mise en et hors services.

Contraintes aval

Conduite, mesure, supervision, maintenance

Types de postes Rgime de neutre

Bilan des puissances

Architecture et schma unilaire de puissance

Architecture de contrle commande associer la puissance Calcul des courants de courts-circuits

Plan de protection

Compensation dnergie ractive Transformateurs, condensateurs moteurs...



B11

4b

4

Etude d'une installation HTA 4b Rglementations, normes et architectures de rseaux

page

Rglementations et normes Principaux textes ofciels et normes applicables B12 en HTA et BT Installations rglementation spcique (exemples) B14 Applications des normes NF C 13-100 et NF C 13-200 B15 Architectures de rseaux Critres de choix Exemple darchitecture de site critique B18 B20

Chorus


B12 Rglementations, normes et architectures de rseaux

Principaux textes ofciels et normes applicables en HTA et BT

Ces rglementations ont pour but, dans l'ordre : @ damliorer la scurit des personnes @ de conner les dfauts et limiter leurs consquences @ de protger les biens.

Le contenu de ce chapitre est un aperu trs partiel des dcrets et des normes. Chaque ligne, chaque mot de ces derniers peuvent tre dterminants ; tout intervenant concern doit se rapprocher des services locaux de scurit et de vrication comptents de manire obtenir les complments dinformation et en tenir compte dans la mise en uvre pour la faire approuver. Les extraits ou interprtations qui suivent ont pour but dinsister sur quelques lments importants, relatifs aux installations lectriques situes depuis le point de livraison jusqu'au tableau gnral basse tension compris. Ils concernent les points suivants : @ obligation dinstallation de scurit @ nombre des installations de scurit @ conditions dutilisation dautres ns que la scurit @ sparation des installations normales et de scurit @ conditions dimplantation @ conditions de raccordement au rseau public @ conditions dexploitation. Ces lments se traduisent par des moyens : @ nombre et sparation des circuits lectriques de puissance @ nombre et sparation des tableaux (ou postes) @ dispositifs de protection et conduite des tableaux @ quelques schmas lectriques et matriels autoriss @ accessibilit aux locaux et aux matriels.

Textes ofciels et normestextes ou normes relatifs aux installations lectriquesProtection des travailleurs. Nombreux dcrets et arrts, dont le dcret du 14 nov. 88 abrogeant celui du 14 nov. 62, regroups dans la publication NF C 12-101 de lUTE.1 2 3 4 5

Protection contre les risques dincendie et de panique dans les tablissements recevant du public. Nombreux dcrets et arrts regroups dans les publications NF C 12-200 et NF C 12-201 de lUTE. Alimentation lectrique de scurit NFS 61-940 (fvrier 2002).

E LA POST

Immeubles de grande hauteur. Dcret du 15 nov. 67 et arrts jusquau 22 oct. 82 regroups dans la publication NF C 12-061 de lUTE. Installation BT dans les locaux usage mdical : norme NFC 15-211 (aot 2006). Circulaire nDHOS/E4/256 (septembre 2005). Rglementation ICPE (Installations Classes pour la Protection de lEnvironnement) suivant le dcret du 21 septembre 1977 Poste de livraison de 1 33 kV partir du rseau de distribution publique. Rgles NF C 13-100 (avril 2001). Installations lectriques haute tension. Rgles NF C 13-200 (version 2009 en prparation).

1 33

kV

16 3 kV

Installations lectriques basse tension. Rgles NF C 15-100 (dcembre 2002).

< 1 kV

textes ofcielsProtection des travailleurs dans les tablissements qui mettent en uvre des courants lectriques.

domaines dapplicationTout tablissement industriel, commercial, agricole ou administratif, quil soit public, priv ou associatif, mettant en uvre des courants lectriques. Exceptions : ouvrages de distribution publique (normalement non accessibles des personnes trangres au distributeur dnergie lectrique). Tout btiment ou enceinte dans lesquels sont admis des personnes quelque titre que ce soit en plus du personnel de ltablissement. Tout corps de btiment dont le dernier niveau, par rapport au sol le plus haut utilisable par des engins de secours du service public, est plus de : @ 50 mtres pour les immeubles dhabitation @ 28 mtres pour les autres immeubles.

Protection contre les risques dincendie et de panique dans les tablissements recevant du public (ERP). Scurit contre les risques dincendie dans les immeubles de grande hauteur (IGH)



B13

4b

Dnitions simplies des installations lectriques et des alimentations (ou sources)Attention : pour plus de dtails, se reporter aux textes ofciels.

qualicatifnormale de scurit

fonctionAssurer lexploitation courante. Assurer la scurit des personnes par un maintien en service, en cas de sinistre ou de dfaillance des sources normales : @ au moins dun minimum dclairage @ et, selon les tablissements, des matriels mcaniques entranement lectrique dont larrt comporte des risques pour les personnes (ascenseurs contrle dans le nuclaire, etc.). Poursuivre tout ou partie de lexploitation en cas de dfaillance ou darrt des sources normales. Ralimenter au minimum et en priorit les installations de scurit.

nature des alimentations (ou sources)Rseau public et/ou sources autonomes (groupes gnrateurs). Sources normales et/ou sources de remplacement autonomes ou issues dun raccordement spcial au rseau public. A titre dexemple, pour les IGH et les industries process dont larrt comporte des risques pour les personnes, il faut au moins 2 sources de scurit ou de remplacement assurant la scurit ( des drogations prs).

de remplacement

Sources diffrentes des sources normales, autonomes et/ou issues du rseau public (comme la double drivation).

Fonctions et quipements de scuritAttention : pour plus de dtails, se reporter aux textes ofciels.

assurer au moinsen cas de sinistre Le maintien en service indispensable pendant toute la dure du sinistre (1).

quipements de scurit selon les tablissements@ clairage minimal @ ascenseurs et monte-charge accompagns pour les IGH @ dsenfumage @ secours en eau et pompes @ ventilation mcanique des locaux de transformation si elle existe @ tlcommunications de limmeuble. @ matriels mcaniques dont larrt prsente des dangers pour les personnes (le personnel et/ou le voisinage). @ volets de dsenfumage @ dtections et alarmes @ signalisation de position des volets de dsenfumage et des portes coupe-feu des ascenseurs. Selon laffectation de ltablissement et selon quil est prvu : @ de poursuivre lexploitation @ dvacuer le personnel. Installations ncessaires au dmarrage en secours des sources autonomes (groupes gnrateurs) en cas de dfaillance des sources normales de dmarrage des sources autonomes.

Le maintien en service ncessaire seulement au dbut du sinistre.

hors le cas de sinistre

dans tous les cas

La scurit des personnes en cas de dfaillance des sources normales et de remplacement. Le dmarrage des sources de remplacement (affectes la scurit).

(1) C'est--dire li essentiellement au temps d'vacuation des personnes (au moins 1 heure).

Accs et conditions dexploitation de la HTA au TGBT@ seul le personnel quali et agr peut avoir accs linstallation @ des interverrouillages mcaniques doivent garantir le respect des consignes dexploitation @ le basculement des installations normales sur les installations de scurit doit tre rapide (quelques secondes), voire automatique dans tous les cas risque aggrav : _ rassemblement de nombreuses personnes (personnel ou public) partir de 20, mais gnralement au-del de 100 _ immeuble de grande hauteur _ industries process thermique chimique, biologique, nuclaire... _ transports ariens et souterrains _ tablissements sanitaires _ etc.

Chorus



Installations rglementation spciques (exemples) Exemples de rgles dinstallations

Installations lectriques des IGH (immeubles de grande hauteur)Les installations ont des obligations svres, qui sont plus ou moins applicables aux autres tablissements pour la protection des travailleurs et/ou du public selon les congurations et le nombre des personnes prsentes simultanment.Obligations @ ventilation sur lextrieur. Si la ventilation est mcanique, elle doit tre alimente par une source de scurit @ si le poste alimente des installations de scurit, il doit comporter au moins 2 transformateurs (1). Chaque transformateur doit pouvoir alimenter lui seul les installations de scurit. Sources autonomes alimentant A partir de plusieurs moteurs thermiques gnrateurs tels que la dfaillance de lun d'entre eux laisse disponible les installations de scurit la puissance ncessaire au dmarrage et au fonctionnement de tous les quipements de scurit (2). Cette dfaillance doit entraner le dlestage des quipements nintressant pas la scurit. Transformateurs HTA/BT, @ refroidissement naturel sans ventilation force @ le volume maximum autoris de dilectrique inammable par rcipient, ventuellement communicant, est de 25 litres. Ceci impose en fait lutilisation, dans les IGH, de transformateurs secs enrobs type Trihal. Tableaux dalimentation des installations Les installations de scurit doivent tre alimentes depuis 2 tableaux : de scurit en BT et en HTA @ le tableau gnral commun aux sources normales et de remplacement @ un tableau spcique aux installations de scurit situ dans un local distinct. Circuits dalimentation des installations Chaque quipement de scurit doit tre aliment par 2 canalisations diffrentes, alimentes en permanence par de scurit en BT et/ou en HTA la source normale ou de remplacement et tre commutes automatiquement sur la source de scurit en cas de dfaillance des autres sources. En cas de dfaillance de lune des canalisations, un dispositif doit commuter automatiquement lalimentation sur la canalisation restant alimente.(1) sauf si 2 postes distincts alimentent la mme installation de scurit. (2) Par drogation, dans les cas dimmeubles voisins, les installations de scurit peuvent tre alimentes par une source de scurit commune sous rserve que sa puissance permette lalimentation de scurit de limmeuble ncessitant la plus grande puissance.

Elment Poste ou local de transformation

Installations lectriques des tablissements de sant publics et privsLa lgislation de ces tablissements a fortement volu, prenant en compte les risques lis la disponibilit de lalimentation lectrique et les consquences des perturbations ou pannes. Elle est devenue une des plus avance en termes de bonnes pratiques pour des sites activits critiques (voir page B9). Les tablissements de sant, notamment les hpitaux, ont effet lobligation de garantir la continuit des soins aux patients, tout en assurant la scurit du personnel et des visiteurs (tablissement recevant du public), dans des infrastructures ou cohabitent un ensemble de processus complexes : @ des process trs critiques, qui nautorisent aucune coupure (blocs opratoires, services de ranimation, units de soins intensifs, laboratoires danalyses, etc.) @ des secteurs sensibles, dont les coupures ne peuvent excder 15 secondes @ des zones pouvant supporter des interruptions dalimentation sans risque pour les patients et le personnel : salles dattente, cuisines, locaux administratifs. La lgislation comprend 4 textes rglementaires majeurs : @ Livre blanc : la scurit lectrique dans les tablissements de sant @ Plan blanc de gestion de crise (avril 2004) @ Circulaire DHOS/E4 n2006-393 de sept. 2006 @ Norme NF C 15-211 applicable de puis janvier 2007. La rglementation ci-dessus implique notamment les obligations et responsabilits suivantes :Obligations Cette obligation lgale implique la responsabilit pnale du chef dtablissement et impose les dispositions dcrites ci-aprs. Pouvoir maintenir lalimentation lectrique du site en @ garantir la abilit et la continuit de lalimentation lectrique en cas de dfaillance du distributeur, qui na situation de crise lectrique quune obligation de moyens, mais pas de rsultats @ disposer dalimentations lectriques redondantes indpendantes du distributeur Pouvoir grer les situations de crise lectrique @ laborer une procdure valide et ractualise dans le temps impliquant : - lanalyse pralable du risque - la prparation technique au risque lectrique - la gestion de la crise puis de laprs crise par la traabilit des vnements Concevoir et dimensionner les installations en fonction @ satisfaire aux niveaux de disponibilit prsents et futurs attendus par les diffrents services en fonction de la criticit des activits de leur criticit - criticit 1 : pas de coupure tolre - criticit 2 : coupure < 15 s - criticit 3 : coupure de 15 s 30 mn Anticiper sur les besoins futurs et lvolution de lactivit @ prvoir les extensions dans le dimensionnement @ pouvoir raliser des extensions en assurant le fonctionnement normal Prvoir une maintenance @ assurer la maintenance prventive et corrective pour chaque dispositif de secours lectrique, assortie dune traabilit Raliser les essais des matriels @ essais priodiques (priode < 1 mois) des installations normales et de secours @ vrier la capacit des installations de secours reprendre la totalit de la charge des services prioritaires Garantir la performance de linstallation, tout au long @ utiliser des ressources internes et externes performantes. Notamment : de son cycle de vie - un charg dexploitation clairement identi et garant de la cohrence lectrique globale de ltablissement - un personnel disposant du niveau de formation requis et actualis lui permettant de prendre les dcisions adaptes. Elments Garantir la continuit des soins

Ce type de prescription a bien sr une incidence sur la conception de linstallation lectrique : Caractre global, expertises pointues et multiples pour prendre en compte les interactions de fonctionnement, capacit de surveillance sappuyant sur une architecture de communication associe la distribution de puissance, logistique de support, moyens de formation, etc. Schneider Electric prend en compte de lensemble de ces besoins dans une dmarche permanente de sret de fonctionnement.Guide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009


B15

Application des normes NF C 13-100 et NF C 13-200

4b

Rappel des domaines dapplication des normes NF C 13-100 et NF C 13-200Lorsquune installation est alimente par un rseau de distribution publique, les caractristiques de la protection gnrale et du comptage doivent tre dnies en accord avec le distributeur. Norme NF C 13-100 - poste de livraison (1 kV i Un i 33 kV ; In i 630 A) La norme sapplique aux installations lectriques qui constituent le poste de livraison de lnergie lectrique un utilisateur partir dun rseau de distribution publique, sous une tension nominale comprise entre 1 kV et 33 kV, le courant assign du poste tant au plus gal celui indiqu par le distributeur. En gnral, le poste est aliment sous une tension nominale de 24 kV, (tension de service 20 kV) pour un courant assign des cellules HTA darrive In i 400 A. Norme NF C 13-200 - installations lectriques HT (1 kV i Un i 63 kV) La norme sapplique aux installations lectriques alimentes en courant alternatif sous une tension nominale comprise entre 1 kV et 63 kV, pour une frquence infrieure 100 Hz. Ces installations peuvent tre alimentes : @ par un rseau de distribution publique par lintermdiaire dun poste de livraison @ par une source autonome dnergie @ par un rseau de distribution publique et une source autonome dnergie. La norme NF C 13-200 fait lobjet dune refonte prvue pour 2009, prenant en compte en particulier des lments lis la disponibilit et la qualit de lnergie en fonction de la criticit des applications.

Limites dapplicationLes normes dnissent les conditions qui doivent tre tablies et maintenues pour assurer la scurit des personnes, la conservation des biens et pour limiter les perturbations dans le fonctionnement du rseau du distributeur dnergie. Les schmas ci-dessous donnent les limites dapplication des normes NF C 13-100, NF C 13-200 et NF C 1500, suivant le type de poste raccord au rseau HTA : poste comptage BT ou comptage HTA.Basse tensionNF C 15-100

O

A

D

T NF C 13-100 C

S

Poste de livraison comptage en BT : dans le cas dun seul transformateur HTA/BT de courant secondaire Is i 2000 A (1), puissance infrieure ou gale 1 250 kVA.

NF C 13-100T

O

A

D C

S

T

NF C 13-200 ou basse tension

Installation haute

Poste de livraison comptage en HTA, alimentant plusieurs transformateurs HTA/BT ou desservant une installation prive HTA. Ce mode de comptage est galement obligatoire dans le cas dune installation alimentant un seul transformateur de courant secondaire Is > 2000 A (1). Lgendes des schmas O Point de raccordement du poste au rseau de distribution HTA. A Appareil de sectionnement (sectionneur ou interrupteur-sectionneur). D Dispositif de protection HTA. C Comptage. S Dispositif de sectionnement ou de mise la terre. T Transformateur HTA/BT. (1) La limite Is 2000 A correspond en pratique un transformateur de puissance 1250 kA en 20 V.

Chorus



Principe dapplication Application des normes NF C 13-100 et NF C 13-200 (suite)

La NF C 13-100, partie 4, intervient jusqu'aux bornes aval de sectionnement du comptage. Elle impose des mesures au niveau du poste pour assurer la scurit. La norme NF C 13-200 intervient pour l'ventuelle partie prive de l'installation. Les principales recommandations de ces normes sont les suivantes. Elles sont dveloppes dans les diffrents chapitres concerns, notamment "Postes HTA/BT"

Protection contre les chocs lectriquesIl sagit de protger les personnes contre : @ les contacts directs avec les parties actives des matriels lectriques @ les contacts indirects avec des masses ou lments conducteurs susceptibles d'tre mis sous tension par suite d'un dfaut. Protection contre les contacts directs La protection est ralise par la mise hors de porte des parties actives par loignement, interposition d'obstacle ou isolation. En pratique, dans les postes quips d'appareillage sous enveloppe mtallique prfabrique (voir page B68), les protections ncessaires rsultent de la conception et sont ralises en usine. Les protections complmentaires prvoir au niveau du transformateur sont : @ le capotage des bornes BT du transformateur @ les verrouillages par serrures HTA/TR/BT. Protection contre les contacts indirects Elle consiste faire en sorte qu'en cas de dfaut d'isolement entre une partie active et une masse on ne puisse avoir, dans aucune partie du poste, une tension de contact suprieure UL = 50 V (tension limite conventionnelle de scurit). Cette protection est ralise par : @ une liaison quipotentielle entre toutes les masses et tous les lments conducteurs, y compris le sol @ une protection homopolaire dont la ralisation dpend du type de poste (voir suite : "protections contre les dfauts terre") @ des rgles complmentaires pour la rsistance de la prise de terre des postes comptage BT (voir page B58).

Protection contre les effets thermiquesProtection contre les risques d'incendie Les matriels lectriques doivent tre choisis et installs de faon ne pas prsenter de danger d'incendie pour les matriaux voisins. Ainsi il faut viter le risque de propagation dincendie avec les matriels dilectrique huile de plus de 25 litres. C'est le cas de tous les transformateurs HTA/BT immergs qui doivent comporter les protections suivantes : @ si le transformateur est situ lintrieur du btiment, il faut prvoir : _ un dispositif de dtection dmission de gaz, dlvation de pression ou de temprature (bloc relais type DMCR ou DGPT2) _ un bac de rtention ou une fosse de rcupration @ si le transformateur est situ dans un local lectrique extrieur une distance u 8 mtres du btiment principal, aucune mesure particulire n'est prvoir. Protection contre les risques de brlures Les tempratures des surfaces externes des enveloppes et panneaux des matriels accessibles ne doivent pas excder : @ 70 C pour les surfaces mtalliques @ 80 C pour les surfaces isolantes. Les quipements prfabriqus ont des normes adaptes ces contraintes. Sur le transformateur, la protection complmentaire prvoir est un thermostat si les parois sont accessibles.

Le courant de base IB du poste est la somme des courants assigns des transformateurs et autres appareils aliments directement la tension du rseau dalimentation du poste. Pour IB > 45 A la protection du poste doit tre assure par une cellule disjoncteur.

Protection lectriqueLes surcharges, courts-circuits et courants de dfaut la terre sont limins par les dispositifs de protection amont ou aval du transformateur sur un ordre d'ouverture : @ soit de leurs propres dclencheurs @ soit de relais indirects. Ces dispositifs doivent tre coordonns avec les protections HTA en amont et BT. Protection contre les surcharges aval Elle est assure, en aval du ou des transformateurs par les dispositifs de protection conformes la NF C 15-100. Protection contre les courts-circuits Il s'agit des courts-circuits pouvant provenir de l'installation du poste. La protection utiliser dpend du courant de base IB du poste dont la valeur est : @ en comptage BT, le courant assign du seul transformateur du poste @ en comptage HTA, la somme des courants assigns des transformateurs et autres appareils HTA (moteurs...) aliments. La rgle de choix est la suivante : @ lorsque IB i 45 A et que le poste ne comporte qu'un seul transformateur, la protection peut tre ralise soit par des fusibles soit par un disjoncteur. IB = 45 A correspond un transformateur de 400 kVA en 5,5 kV, 630 kVA en 10 kV, 1000 kVA en 15 kV, 1250 kVA en 20 kV. Le chapitre "Postes" indique les fusibles utiliser selon le transformateur protg.



B17

4b

@ lorsque IB > 45 A ou que le poste comporte plusieurs transformateurs, la protection des dparts doit tre ralise par disjoncteur. Le rglage des dclencheurs ou relais du disjoncteur doit tre tel que le courant minimal de court-circuit de l'installation (en pratique Iccbi = 0,86 Icctri) provoque le fonctionnement dans un temps assurant une slectivit satisfaisante avec la protection du rseau HTA amont. En outre les appels de courant la mise sous tension de l'installation aval ne doivent pas amener de fonctionnement intempestif. Ces conditions sont en gnral remplies avec un courant de rglage gal la plus petite des deux valeurs 8 IB et 0,8 Iccbi. Le temps d'limination du courant de courtcircuit doit, en rgle gnrale, tre i 0, 2 s. Protection contre les dfauts la terre @ pour les postes comptage BT, la NF C 13-100 prcise que : _ si la distance entre lorgane de protection et le transformateur est i 100 m et si lorgane de protection et de coupure ne comprend que des fusibles sans autre dispositif de dclenchement (exemple cellule SM6 type QM), la protection homopolaire est assure par le distributeur dnergie _ dans le cas contraire (longueur > 100 m et/ou protection par relais indirects), il faut une protection homopolaire sur le dpart, par cellule combine interrupteur-fusibles (type QM), ou disjoncteur (DM1) @ pour les postes comptage HTA rseau HTA priv, la NF C 13-200 prcise : _ cas du neutre isol (schma IT) : le rseau HTA priv tant situ en aval dun transformateur HTA/BT, il faut prvoir un dispositif de contrle disolement du rseau _ cas du neutre direct la terre (schma TT ou TN) : la protection homopolaire est assure au niveau du disjoncteur gnral situ en amont ; des besoins dexploitation peuvent amener installer des protections homopolaires aussi sur certains dparts. D'autre part, lorsque le rgime de neutre du poste source amont est de type neutre compens, il est ncessaire de prvoir des protections wattmtrique homopolaires (PWH) en complment de la protection contre les courts-circuits et les dfaut de terre au niveau de la protection du poste.Voir page B27.

Protection des transformateursCes protections sont prsentes page B92. Contre les dfauts internes Il sagit de dfauts des transformateurs immergs dans un dilectrique liquide : @ baisse du niveau dilectrique @ dgagement de gaz @ surpression dans la cuve. La protection prvoir est un bloc relais type DMCR ou DGPT2 lorsque P > 630 kVA. Contre les contraintes externes Il sagit des dfauts suivants : @ surtensions @ surcharges ct utilisateur @ court-circuit @ dtrioration du dilectrique (transformateurs respirants). Les protections prvoir sont : @ parafoudre @ thermostat (si dilectrique liquide) ou sonde thermique (transformateur sec) @ fusibles ou relais maximum dintensit sur le disjoncteur @ asscheur dair et/ou conservateur pour transformateurs respirants.

Chorus


B18 Architectures de rseaux

Critres de choix

Larchitecture dun rseau a de nombreuses implications en termes de scurit, de cots et dimpact conomiques. Le choix est un optimum technico-conomique rpondant aux impratifs de scurit et prenant en compte la criticit du site avec les risques humains et conomiques lis aux pannes. Schneider Electric propose une dmarche permanente de sret de fonctionnement intgrant lensemble de ces impratifs sur la dure de vie de linstallation.

Architecture des rseaux lectriquesParamtres de choix Lensemble des constituants dun rseau lectrique HTA peut tre agenc selon diffrentes architectures. Ce choix a une incidence pour les charges directement alimentes en HTA, mais qui stend jusquaux charges BT. Le choix de larchitecture a une incidence sur : p la disponibilit de lnergie lectrique, avec des repercutions possibles en cas de panne, en fonction de la criticit du site, pour : _ la scurit des personnes et les responsabilits qui en dcoulent _ les cots conomiques darrt dexploitation et/ou de perte de production en cours _ lenvironnement, en fonction de la lgislation p le cot dinvestissement initial (CAPEX)(1) p les cot dexploitations (OPEX)(1), rpartis dans le temps sur la dure de vie de linstallation. Le choix de larchitecture sera donc fait, pour chaque application, en fonction des impratifs de scurit et dun optimum technico-conomique.(1) voir page B5

Types darchitectures On distingue essentiellement les types de rseaux HTA suivants : p les rseaux architecture radiale _ en simple antenne _ en double antenne _ en double drivation _ en double alimentation avec double jeu de barres p les rseaux boucls _ en boucle ouverte _ en boucle ferme p les rseaux incluant une production interne dnergie _ avec groupes de production locale _ avec groupes de remplacement. Le tableau ci-dessous rsume les caractristiques principales de ces structures et leur comparaison. Diffrents exemples de ces architectures donns page suivante.

architecture radiale simple antenne

utilisation

avantages

inconvnients

p process non exigeants en continuit dalimentation p process continu : sidrurgie,ptrochimie

p structure la plus simple et facile protger p cot initial minimal p bonne continuit dalimentation p maintenance possible du jeu debarres du tableau principal p bonne continuit dalimentation p simplicit des protections p bonne continuit dalimentation p souplesse dutilisation : transferts sans coupure p souplesse de maintenance

p faible disponibilit dalimentation p temps de coupure sur dfaut ventuellement long p un seul dfaut entrane la coupure de lalimentationdantenne en aval du dfaut

double antenne

p solution coteuse p fonctionnement partiel du jeu de barres en casde maintenance

double drivation double jeu de barres

p rseaux tendus p extensions futures limites p process grande continuitde service p process avec forte variation des charges

p ncessit de fonctions dautomatisme p solution coteuse p ncessit de fonctions dautomatisme

en boucle boucle ouverte

p rseaux trs tendus p extensions futures importantes p charges concentres sur

p moins coteux que la boucle ferme p coupure dalimentation dun tronon sur dfaut p simplicit des protections pendant recon guration de boucle p ncessit de fonctions dautomatisme p bonne continuit dalimentation p pas de ncessit de fonctionsdautomatisme

diffrentes zones dun site p rseaux grande continuit de service p rseaux trs tendus p charges concentres sur diffrentes zones dun site avec production interne dnergie p sites industriels process production locale autoproducteur dnergie ex. : papterie, sidrurgie p sites industriels et tertiaires remplacement (normal/secours) ex. : hpitaux, data-centers boucle ferme

p solution coteuse p complexit du systme de protection

p bonne continuit dalimentation p possibilits doptions tarifairesavantageuses p bonne continuit dalimentation des dpart prioritaire

p solution coteuse p ncessit de fonctions dautomatismeswww.schneider-electric.fr


B19

Exemples darchitectures

4b

radialeNF ou NO

Lgende : NF : normalement ferm NO : normalement ouvert Tous les appareils de coupure sans lgende sont normalement ferms

NO

NO

Simple antenne

Double antenne (avec jeux de barres trononnes)

NF ou NO

NF NF ou NO NF

NO

NO

NF

NF

NO NF

NO

NF

NO NO

NF

NO

Double drivation

Double jeu de barres

en boucleNF ou NONF ou NO

NF

NF

NF

NO

NF

NF

NF

NF

NF

NF

NF

NF

Boucle ouverte

Boucle ferme

avec production interne dnergie

G

G

G

NO NF ou NO NF ou NO

normal/ secoursNF

Production locale Chorus

Production de remplacement (normal/secours)Guide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009

B20 Introduction et mthodologie

Exemple darchitecture pour site critique : hpital

12

Deux arrives distributeur indpendantes jusquen HTB. Centrale groupe lectrogne de secours dimensionne pour reprendre les circuits prioritaires et alimentant une boucle HTA. Transfert automatique de sources entre les arrives ou entre une arrive et la centrale groupe pour assurer la continuit dalimentation des charges. Poste de transformation HTA/BT aliment par une boucle depuis le poste de livraison. Boucle HTA avec automatisme de reconguration en cas de dfaut sur un cble HTA en aval du poste darrive TGBT (tableaux gnraux basse tension) IS 333 haute disponibilit. Secours ultime par groupe lectrogne BT (mobile ou non) pour alimenter les TGBT prioritaires. CEP (canalisations lectriques prfabriques) pour liaison BT scurise transformateur-TGBT CEP en colonne montante Onduleurs alimentant les services de criticit 1 (blocs opratoires, services de ranimation, soins intensifs, automates danalyses, etc.). TG HDHQ (tableaux gnraux haute disponibilit, haute qualit) mdical alimentant les charges de criticit 1. Tableaux divisionnaires alimentant les charges de : criticit 3 (unit de strilisation, espaces daccueil, bureaux, restauration, consultation, etc.) Tableaux divisionnaires dhospitalisation alimentant des charges de criticit 2 ex : zone de dsenfumage Tableau divisionnaire alimentant les charges de criticit 1 du service durgence. Tableau IT Mdical alimentant les charges de criticit 1 du plateau technique et de la salle de ranimation. Canalisations prfabriques souples de faible puissance

Architecture de puissance scurise31Arrive Moyenne Tension 1 Groupe lectrogne Moyenne Tension

3Arrive Moyenne Tension 2

1

3

2

4

5

5

48Groupe lectrogne mobile

6

76

7

8

Distribution principale

9

10

10

9

11

11

12

12

15

14

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12

13

Distribution secondaire

14 15

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17

17

16

17

Distribution terminale

Architecture de contrle commande associe (exemple)Systme de Gestion Technique Electrique

Schneider Electric peut associer une architecture de contrle commande adapte, grce une expertise globale et des quipements communicants suivant des protocoles standard et qui constituent autant de points possibles de surveillance et de contrle. La ralisation de linstallation sinscrit dans une dmarche permanente sret de fonctionnement associant architectures, produits et services

Expert

Vers systme intgr de Gestion Technique du Btiment

Systme de sousfacturation lectrique

Assistant personnel

Navigateur Web

Base de donnes

Plateforme de tlservice InternetTlephone mobileServeur Web et passerelle Ethernet/Modbus de Gestion Technique Electrique

Ethernet

Serveur Web et passerelle Ethernet/Modbus de Gestion Technique Electrique

Modbus

Modbus

Batterie de condensateurs rguleRelais de protection MT Relais de protection MT Disjoncteur ouvert

Onduleur

Disjoncteur botier moul

Sous-compteurs dans chaque tableau dalimentation de commerces

Constituants de Distribution Electrique quips de centrales de mesure embarques

Centrales de mesure dans le cas o les constituants de Distribution Electrique ne disposent pas de fonctions



B21

4c

4

Etude d'une installation HTA 4c Liaison la terre du neutre Rgimes de neutre Cinq modes de liaisons la terre du neutre Neutre isol Mise la terre par rsistance Neutre la terre par ractance faible (neutre impdant) Mise la terre par ractance de compensation (neutre compens)

page B22 B23 B24 B25 B26

Chorus


B22 Liaison la terre du neutre

Cinq modes de liaison la terre du neutre

Le choix de la mise la terre du neutre des rseaux HTA a t longtemps un sujet de controverses, compte tenu de limpossibilit de trouver un compromis unique pour les diffrents types de rseaux. Lexprience acquise permet aujourdhui deffectuer un choix pertinent en fonction des contraintes propres chaque rseau. Ce chapitre prsente et compare les diffrents types de liaison la terre du neutre, qui se distinguent par leur mode de raccordement du point neutre et leur technique dexploitation.

Impdance de mise la terreLe potentiel du neutre peut tre x par rapport la terre par cinq mthodes diffrencies par la nature (capacit, rsistance, inductance), et la valeur (zro linni) de limpdance ZN de liaison que lon connectera entre neutre et terre : @ ZN = : neutre isol, pas de liaison intentionnelle @ ZN est une rsistance de valeur plus ou moins leve @ ZN est une ractance, de valeur faible en gnral @ ZN est une ractance de compensation, destine compenser la capacit du rseau @ ZN = 0 : le neutre est reli directement la terre.(1)(1) Ce type de schma nest pas utilis dans les rseaux HTA europens ariens ou souterrains. Il ne sera pas developp ici. Il est par contre gnralis dans les rseaux ariens nord-amricains puissance de court-circuit peu leve ; le neutre est distribu et utilis comme conducteur de protection avec mise la terre chaque poteau.

Difcults et critres de choixLes critres de choix concernent de multiples aspects : @ techniques (fonction du rseau, surtensions, courant de dfaut, etc.) @ dexploitation (continuit de service, maintenance) @ de scurit @ conomiques (cots dinvestissements, dexploitation) @ habitudes locales ou nationales. En particulier, deux considrations techniques importantes sont contradictoires : Rduire le niveau des surtensions Des surtensions trop importantes sont lorigine du claquage dilectrique des isolants lectriques, avec des courts-cicuits comme consquence. Les surtensions ont plusieurs origines : @ surtensions de foudre auxquelles sont exposs tous les rseaux ariens jusquau point de livraison aux usagers @ surtensions internes au rseau engendres par les manoeuvres et certaines situations critiques (rsonances) @ surtensions rsultant du dfaut la terre lui-mme et de son limination. Rduire le courant de dfaut la terre (Ik1) (voir gure ci-contre) Un courant de dfaut trop lev entrane toute une srie de consquences : @ dgts par larc au point de dfaut ; en particulier, fusion des circuits magntiques des machines tournantes @ tenue thermique des crans de cble @ dimensions et cot de la rsistance de mise la terre @ induction dans les circuits de tlcommunications voisins @ danger pour les personnes, par lvation du potentiel des masses. Malheureusement, loptimisation de lune de ces exigences entrane automatiquement la dgradation de lautre. Ainsi, deux mthodes typiques de mise la terre du neutre accentuent ce contraste : @ le neutre isol, qui supprime la circulation dans le neutre du courant de dfaut terre mais gnre des surtensions plus importantes @ le neutre la terre direct, qui rduit au minimum les surtensions, mais provoque un courant de dfaut lev. En ce qui concerne les considrations dexploitation, on notera selon le mode de liaison la terre du neutre adopt : @ la possibilit ou non de fonctionner lors dun premier dfaut maintenu @ la valeur des tensions de contact dveloppes @ la plus ou moins grande simplicit de mise en uvre de la slectivit des protections. Ainsi le choix se portera souvent sur une solution intermdiaire de neutre reli la terre par impdance.

ZN

Ik1

C

C

C

IcSchma quivalent dun rseau sur dfaut la terre. Les capacits C sont les capacits naturelles de fuite des cbles la terre. Le courant Ic est le courant capacitif total du rseau se rebouclant travers les phases saines du rseau.

Synthse des caractristiques des rgimes de neutrecaractristiques amortissement des surtensions transitoires limitation des surtensions 50 Hz limitation des courants de dfaut continuit de service (autorisation du non dclenchement au premier dfaut) protection slective simple dispense dun personnel qualiLgende : + bon mdiocre

rgimes de neutre isol + +

compens + ++ +

rsistance + + + + +

ractance + + + + +

direct ++ + + +



B23

Neutre isol

4c

Ce schma favorise la continuit de service en nimposant pas le dclenchement sur un dfaut 1er dfaut disolement. Ce dernier doit par contre tre localis et limin, un 2me dfaut sur une autre phase imposant le dclenchement.

Schma de principeIl nexiste aucune liaison lectrique intentionnelle entre le point neutre et la terre, lexception des appareils de mesure ou de protection.

Technique dexploitationDans un tel rseau, un dfaut phase-terre ne provoque quun faible courant par lintermdiaire des capacits phase-terre des phases saines (gure ci-contre). On dmontre que Ik1 = 3 C V @ V tant la tension simple @ C la capacit dune phase par rapport la terre @ la pulsation du rseau avec = 2 f Le courant de dfaut Ik1 peut subsister longtemps en principe sans dommages car il ne dpasse pas quelques ampres (2 A par km environ pour un cble unipolaire 6 kV de 150 mm2 de section isol au PRC dont la capacit est de 0,63 F/km). Il nest donc pas ncessaire dintervenir pour liminer ce premier dfaut, ce qui confre cette solution lavantage essentiel de maintenir la continuit de service. Mais ceci entrane des consquences : @ lisolement doit tre surveill en permanence, et un dfaut non encore limin doit tre obligatoirement signal par un contrleur permanent disolement (CPI) ou par une protection maximum de tension rsiduelle (ANSI 59N) @ la recherche ultrieure du dfaut exige dune part un appareillage dautant plus complexe quil est automatique, pour permettre une identication rapide du dpart en dfaut, et dautre part un service entretien quali pour lexploiter @ au cas o le premier dfaut nest pas limin, un deuxime dfaut survenant sur une autre phase va provoquer un vritable court-circuit biphas par la terre, qui doit tre limin par les protections de phase.

V

Ik1

C

C

C

Ic Courant de dfaut capacitif sur rseau isol

AvantageLavantage essentiel est la continuit de service du dpart en dfaut parce que le courant de dfaut trs faible permet de ne pas dclencher automatiquement au premier dfaut ; cest un deuxime dfaut qui ncessitera une coupure.

InconvnientsCPI

Contrleur permanent disolement (CPI)

@ La non-limination des surtensions transitoires par coulement la terre est un handicap majeur si elles sont leves. @ De plus, en cas de mise la terre dune phase, les autres se trouvent portes la tension compose (U = e V ) par rapport la terre, ce qui renforce la probabilit dun second dfaut. Le cot disolement est plus lev car la tension compose reste applique entre phase et terre pendant une dure qui peut tre longue puisquil ny a pas de dclenchement automatique. @ La surveillance de lisolement est obligatoire, avec signalisation du premier dfaut. @ Un service entretien quip du matriel adquat pour la recherche rapide du premier dfaut disolement est ncessaire. @ La mise en uvre de protections slectives au premier dfaut est dlicate. @ Il y a des risques de surtensions cres par ferrorsonance.

V0V0 IrsdA

Surveillance et protectionsIrsdB V0

IrsdA A 67N

IrsdB

B

67N

Le dcret de protection des travailleurs du 11 nov. 1988 impose, en rgime de neutre IT, la dtection du premier dfaut disolement. Ce premier dfaut nempche pas la poursuite de lexploitation, mais la norme impose sa localisation et son limination. Contrleur permanent disolement (CPI) Le CPI, par exemple Vigilohm THR, surveille en permanence le niveau disolement du rseau et signale son passage en dessous dun seuil pr-rgl. Protection maximum de tension rsiduelle (ANSI 59) Cette protection permet la dtection dun dfaut disolement par la mesure du dplacement du point neutre. Maximum de courant terre directionnelle (ANSI 67N) Cette protection permet la dtection du dpart en dfaut (gure ci-contre) La discrimination se fait par comparaison de langle de dphasage entre la tension rsiduelle (V0) et les courants rsiduels (Irsd), dune part du dpart en dfaut et dautre part de chaque dpart sain. La mesure du courant seffectue par un tore dont le seuil est rgl : @ pour ne pas dclencher intempestivement @ une valeur infrieure la somme des courants capacitifs de tous les autres dparts Ceci rend la dtection difcile pour les rseaux peu tendus (quelques centaines de mtres)

Ik1

ApplicationsCest une solution souvent utilise pour les rseaux industriels (i15 kV) ncessitant la continuit de service.Dtection par maximum de courant terre directionnelle ChorusGuide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009

B24 Liaison la terre du neutre Rgime de neutre

Mise la terre par rsistance

Ce schma limite le courant de dfaut la terre et permet un bon coulement des surtensions, mais il impose le dclenchement sur dfaut.

Schma de principeUne rsistance est connecte volontairement entre le point neutre et la terre.

Technique dexploitationDans ce type de schma, limpdance rsistive limite le courant de dfaut la terre Ik1, tout en permettant un bon coulement des surtensions. Mais par consquent, des protections doivent intervenir automatiquement pour liminer le premier dfaut. Dans les rseaux alimentant des machines tournantes, la valeur de la rsistance est dtermine pour obtenir un courant Ik1 de 15 50 A. Mais ce courant faible doit nanmoins vrier IRN u 2 Ic (avec Ic : courant capacitif total du rseau) pour rduire les surtensions de manuvre et permettre une dtection simple. Dans les rseaux de distribution, on adopte des valeurs plus leves (100 A 300 A) plus faciles dtecter et permettant lcoulement des impulsions de foudre.

RN

IRN Ik1

AvantagesIc

Fig. 1 : ralisations de mise la terre pour neutre accessible : rsistance entre neutre et terre

@ Ce schma est un bon compromis entre un courant de dfaut faible et des surtensions bien coules. @ Il nexige pas lemploi de matriels ayant un niveau disolement entre phase et terre dimensionn pour la tension compose. @ Les protections sont simples, slectives et le courant est limit.

Inconvnients@ La continuit de service du dpart en dfaut est moins bonne quen neutre isol : le dfaut terre doit tre limin (coupure au premier dfaut). @ Le cot de la rsistance de mise la terre crot avec la tension et le courant limit.

Ralisation de la mise la terre du point neutreNeutre du rseau accessible Si le neutre du rseau est accessible (existence denroulements coupls en toile avec neutre sorti), la rsistance de mise la terre peut tre branche : @ soit en neutre et terre (g. 1) @ soit par lintermdiaire dun transformateur monophas charg au secondaire par une rsistance quivalente (g. 2). Neutre du rseau non accessible Lorsque le neutre nest pas accessible (enroulement en triangle) ou lorsque ltude du plan de protection en dmontre lintrt, on ralise un point neutre articiel par un gnrateur homopolaire raccord sur le jeu de barres ; il est ralis avec un transformateur spcial trs faible ractance homopolaire : @ transformateur toile triangle dont le neutre primaire est directement mis la terre, et le triangle ferm sur rsistance de limitation (isolement BT, donc solution la moins onreuse) (g. 3) @ transformateur toile triangle avec rsistance de limitation (isolement HTA) entre le point neutre du primaire et la terre, et triangle ferm sur lui-mme ; cette solution est moins utilise (g. 4). Dimensionnement de la rsistance La rsistance doit supporter le courant permanent qui la traverse ; il peut tre provoqu par un dfaut impdant ou un faible dplacement du point neutre d un dsquilibre des capacits des 3 phases du rseau. On choisit en gnral une tenue permanente Ip = Id/10 (Id = courant de limitation) pendant 2 5 secondes (suprieure au temps maximal dlimination du dfaut).

RN

Fig. 2 : ralisations de mise la terre pour neutre accessible : rsistance au secondaire dun transformateur monophas

RN

RNRalisations de mise la terre pour neutre non accessible : Fig. 3 : rsistance de limitation Fig. 4 : rsistance de limitation au secondaire au primaire

ProtectionsLa dtection dun courant de dfaut Ik1 faible ncessite des protections (g. 5) diffrentes de celles de surintensit phases. Ces protections de terre dtectent le courant de dfaut : @ soit directement dans la liaison du neutre la terre 1 @ soit dans le rseau en mesurant la somme vectorielle des 3 courants en utilisant : _ soit 3 capteurs de courant de phase alimentant les protections 2 _ soit un tore 3 : mesure prcise utiliser de prfrence. Le rglage du seuil se fait en fonction du courant de dfaut Ik1 calcul en ngligeant les impdances homopolaires de source et de liaison par rapport limpdance RN et en tenant compte des 2 rgles : @ rglage > 1,3 fois l capacitif du rseau en aval de la protection @ rglage de lordre de 10 20 % du courant maximum de dfaut la terre. De plus, si la dtection est ralise par 3 TC, le rglage se situe, avec les technologies actuelles, entre 5 et 30 % du calibre des TC pour tenir compte de lincertitude lie : @ lasymtrie des courants transitoires @ la saturation des TC @ la dispersion des performances.

51G

1

251N

51G

3

RN

Fig. 5 : solutions de protection terre

ApplicationsRseaux HTA de distribution publique et industrielle.Guide de la distribution lectrique basse tension et HTA - 2009


B25

Mise la terre par ractance faible (neutre impdant)Ce schma limite le courant de dfaut la terre et permet un bon coulement des surtensions. Mais il impose le dclenchement sur dfaut avec des valeurs levs (ex : 300 ou 1000 A sur le neutre HTA des postes sources HTB/HTA)

4c

Schma de principeUne ractance est intercale volontairement entre le point neutre et la terre. Pour les rseaux de tension suprieure 20 kV, on prfre en effet utiliser une ractance plutt quune rsistance pour des raisons de difcult de ralisation dues au dgagement de chaleur en cas de dfaut.

Technique dexploitationDans ce type de schma, limpdance selque limite le courant de dfaut la terre Ik1, tout en permettant un bon coulement des surtensions. Mais par consquent, des protections doivent intervenir automatiquement pour liminer le premier dfaut. Pour rduire les surtensions de manoeuvre et permettre une dtection simple, il faut que le courant ILN soit trs suprieur au courant capacitif total du rseau Ic. Dans les rseaux de distribution, on adopte des valeurs leves (300 1000 A), faciles dtecter et permettant lcoulement des surtensions de foudre.

AvantagesLNILN Ik1

IcRalisation de mise la terre pour neutre accessible

@ Ce schma permet de limiter lamplitude des courants de dfaut. @ Il permet la mise en uvre de protections slectives simples si le courant de limitation est trs suprieur au courant capacitif du rseau. @ La bobine, de faible rsistance, na pas dissiper une puissance thermique leve, ce qui rduit son dimensionnement. @ En HTA, le cot de cette solution est plus avantageux quavec une rsistance.

Inconvnients@ La continuit de service du dpart en dfaut moins bonne quen neutre isol : le dfaut terrre doit tre limin (coupure au premier dfaut) @ Lors de llimination des dfauts terre, des surtensions importantes peuvent apparatre, dues des rsonances entre la ractance et la capacit du rseau.

Ralisation de la mise la terre du point neutreNeutre du rseau accessible Si le neutre du rseau est accessible (existence denroulements coupls en toile avec neutre sorti), la rsistance de mise la terre peut tre branche entre neutre et terre. Neutre du rseau non accessible Lorsque le neutre nest pas accessible (enroulement en triangle) ou lorsque ltude du plan de protection en dmontre lintrt, on ralise un point neutre articiel par une bobine de point neutre (BPN) raccorde sur le jeu de barres ; elle est ralise par une bobine zig-zag avec neutre sorti (gure ci-contre). Limpdance entre les deux parties de lenroulement, essentiellement selque et faible, limite le courant des valeurs suprieures 100 A. Lajout dune rsistance de limitation entre le point neutre de la bobine et la terre permet dabaisser lamplitude du courant de dfaut (isolement HTA).LN

Protections@ Le rglage de la protection se situe au niveau de 10 20 % du courant de dfaut maximum. @ La protection est moins contraignante que dans le cas de la mise la terre par rsistance, dautant plus que ILN est important puisque Ic est infrieur au courant limit.

Ralisation de mise la terre pour neutre non accessible

ApplicationsRseaux HTA de distribution publique (courants de plusieurs centaines dampres).

Chorus


B26 Liaison la terre du neutre

Mise la terre par ractance de compensation (neutre compens)

Ce rgime dit de "neutre compens" est particulirement bien adapt aux rseaux de distribution HTA avec une valeur de courant capacitif Ic leve.

Schma de principeUne ractance accorde sur la capacit phase-terre totale du rseau est intercale entre le point neutre et la terre de sorte quen prsence dun dfaut la terre, le courant dans le dfaut est voisin de zro. La ractance est compose (gure ci-contre) dune rsistance R en parallle avec une inductance variable LN. Sur le rseau de distribution en france : @ la rsistance est dite rsistance de point de neutre (RPN) xe, qui assure la circulation d'un courant actif de 20 A minimum (dfaut franc) @ l'inductance est dite bobine de point neutre (BPN) variable.

Technique dexploitationRLN

Ik1

ILN + IR

Ic

Dfaut la terre dans un rseau avec ractance de compensation la terre IL courant dans la ractance Ik1 IR Ic courant capacitif Diagramme vectoriel des courants lors du dfaut terre V0 tension rsiduelle

Ce systme permet de compenser le courant capacitif du rseau. En effet, le courant de dfaut est la somme des courants qui parcourent : @ la mise la terre par ractance @ les capacits des phases saines par rapport la terre. Ces courants se compensent puisque : @ lun est selque (dans la mise la terre) @ lautre est capacitif (dans les capacits des phases saines). Ils sajoutent donc en opposition de phase. En pratique, la faible valeur de la rsistance fait circuler un petit courant rsistif Ik1 de quelques ampres (diagramme ci-contre). Sur le rseau franais, au niveau du poste source un systme d'accord automatique (SAA) ralise priodiquement l'ajustement pour prendre en compte le changement de topologie du rseau, le dsaccord maximum autoris est de 40 A.

Avantages@ Ce systme permet de diminuer les courants de dfaut mme si la capacit phase-terre est grande : extinction spontane des dfauts la terre non permanents @ A lendroit du dfaut, les tensions de contact sont limites @ Le maintien en service de linstallation est assur malgr un dfaut permanent @ Le signalement du premier dfaut est donn par la dtection du passage du courant dans la bobine de point neutre.

Inconvnients@ Le cot peut tre lev en raison de la ncessit de modier la valeur de la ractance pour ajuster la compensation @ Pendant la dure du dfaut, il faut sassurer que le courant rsiduel circulant ne prsente pas de danger pour les personnes et les biens @ Les risques de surtension transitoire sur le rseau sont importants @ La mise en uvre de protections slectives au premier dfaut est dlicate.

ProtectionLa dtection du dfaut est base sur la composante active du courant rsiduel. En effet, le dfaut provoque la circulation de courants rsiduels dans lensemble du rseau, mais seul le circuit en dfaut est parcouru par un courant rsiduel rsistif. De plus, les dispositifs de protection doivent tenir compte des dfauts autoextincteurs rptitifs (dfauts rcurrents). Lorsque la ractance de la mise la terre et la capacit du rseau sont accordes (3 LN C 2 = 1) @ le courant de dfaut est minimum @ cest un courant rsistif @ le dfaut est autoextincteur. La ractance est dite alors bobine dextinction, ou bobine de Petersen.



B27

4c

Le neutre compens est mis en place sur une partie du rseau HTA car il permet de matriser les niveaux des surtensions sur les prises de terre HTA et BT lors de dfauts phase-terre.

Mise en place du neutre compens en FranceRaisons et avantages Le rgime de neutre compens est mis en place en France par les distributeurs sur une partie du rseau HTA. Il permet de matriser les niveaux de surtension des prises de terre HTA et BT lors des dfauts phase-terre pour mieux prendre en compte : @ les volutions des normes europennes (aspect scurit

Documents

Guide Distribution Electrique Ht