Les notions de base sur les postes électriques que vous DEVEZ connaître au milieu de la nuit !

Alors, c’est quoi le poste électrique ?

Pour expliquer avec des mots très simples, je dirais que le poste électrique est un tas d’appareils électriques rassemblés et connectés en un seul endroit. Au sommet se trouvent des appareils électriques intelligents qui contrôlent et protègent les autres pour que tout fonctionne correctement. Et tous les appareils dans la sous-station sont heureux, du moins jusqu’à ce que quelque chose se passe mal…

Les choses fondamentales sur les sous-stations que vous DEVEZ savoir au milieu de la nuit !
Les notions de base sur les postes électriques que vous DEVEZ connaître au milieu de la nuit !

D’une manière moins simple, le poste électrique est l’élément clé des systèmes de production, de transmission et de distribution d’électricité. La sous-station transforme la tension de haut en bas ou de bas en haut selon les besoins. La sous-station expédie également l’énergie électrique des centrales de production vers le centre de consommation.

L’énergie électrique peut passer par plusieurs sous-stations entre la centrale de production et le consommateur, et la tension peut être modifiée en plusieurs étapes.

Contenu :

  1. Classification des sous-stations
    1. Sous-stations de transmission
    2. Sous-.transmission
    3. Sous-stations de distribution
  2. Équipement des postes
    1. Transformateurs
    2. Disjoncteurs
    3. Commutateurs de sectionnement
    4. Sous-stations de distribution
    5. Bus. Bus
    6. Pare-foudres
    7. Insolateurs et conducteurs
    8. Relais de protection
    9. Fusibles
  3. Emplacement du poste

1. Classification des sous-stations

Les sous-stations peuvent être généralement divisées en trois grands types (selon les niveaux de tension) :

1.1 Sous-stations de transmission

Les sous-stations de transmission intègrent les lignes de transmission dans un réseau avec de multiples interconnexions parallèles, de sorte que l’électricité puisse circuler librement sur de longues distances de n’importe quel générateur à n’importe quel consommateur.

Ce réseau de transmission est souvent appelé le système d’alimentation en vrac. Généralement, les lignes de transmission fonctionnent à des tensions supérieures à 138 kV. Les postes de transmission comprennent souvent la transformation d’un niveau de tension de transmission à un autre.

Système de transport et de distribution d'énergie électrique
Figure 1 – Système de transport et de distribution d’énergie électrique

La fonction principale du transport est de transmettre l’énergie en vrac des sources de production souhaitable aux points de livraison d’énergie en vrac.

Les avantages ont traditionnellement inclus la réduction des coûts de l’énergie électrique, l’accès aux énergies renouvelables telles que l’éolien et l’hydroélectricité, la localisation des centrales électriques loin des grands centres de population et l’accès à des sources de production alternatives lorsque les sources primaires ne sont pas disponibles.

Retour au sommaire

1.2 Postes de sous-transmission

Les postes de sous-transmission fonctionnent généralement à des niveaux de tension de 33 kV à 138 kV. Ce type de sous-stations transforme les hautes tensions utilisées pour une transmission efficace sur de longues distances à travers le réseau en niveaux de tension de sous-transmission

Cette façon de transmettre l’énergie par des lignes d’alimentation aux sous-stations de distribution dans les régions environnantes est beaucoup plus rentable.

Ces lignes d’alimentation sont des lignes d’alimentation radiales, chacune reliant la sous-station à un petit nombre de sous-stations de distribution.

Systèmes de sous-transmission radiale
Figure 2 – Systèmes de sous-transmission radiale

La configuration de sous-transmission à double source est plus fiable : Les défauts sur l’un des circuits de sous-transmission radiaux ne devraient pas provoquer d’interruptions dans les sous-stations. Les défauts sur un double circuit peuvent provoquer des interruptions de plusieurs postes.

La configuration de sous-transmission radiale à source unique est moins fiable : Les défauts sur le circuit de sous-transmission radial peuvent provoquer des interruptions dans plusieurs sous-stations.

La plupart des lignes de sous-transmission sont de type aérien. Beaucoup d’entre elles sont construites directement le long des routes et des rues, tout comme les lignes de distribution. Certaines lignes de sous-transmission à haute tension utilisent un droit de passage privé comme celui qu’utilisent les lignes de transport en vrac.

De plus, les nouvelles lignes de sous-transmission ont tendance à être mises sous terre, car le développement des câbles à isolation solide a rendu les coûts plus raisonnables.

Retourner au sommaire

1.3 Postes de distribution

Les postes de distribution fonctionnent généralement à des niveaux de tension de 11KV/0,4KV et fournissent de l’énergie électrique directement aux consommateurs industriels et résidentiels. Notez que le niveau de tension de distribution peut varier dans les pays du monde entier.

Les feeders de distribution transportent l’énergie des sous-stations de distribution jusqu’aux locaux des consommateurs finaux. Les feeders desservent un grand nombre de locaux et contiennent généralement de nombreuses branches.

Au niveau des locaux des consommateurs, les transformateurs de distribution transforment la tension de distribution en tension de niveau de service directement utilisée dans les foyers et les installations industrielles. Il s’agit généralement de 230 V ou 400 V.

Schéma unifilaire des principaux composants du système électrique de la production à la consommation
Figure 3 – Schéma unifilaire des principaux composants du système électrique de la production à la consommation. ligne des principaux composants du système électrique de la production à la consommation (cliquez pour développer)

Retour au sommaire

2. Équipements de la sous-station

La sous-station peut comprendre les équipements suivants :

  1. Transformateur de puissance ou transformateur de distribution (selon le type de sous-station)
  2. Disjoncteurs
  3. Déconnecteurs
  4. Isolateurs
  5. Busbars
  6. Transformateurs de courant
  7. .

  8. Transformateurs de potentiel
  9. Parasteur de foudre
  10. Relais de protection
  11. Batteries de station
  12. Système de mise à la terre

Un schéma de connexion typique d’une sous-station est présenté à la figure 4.

Schéma unifilaire typique d'une sous-station
Figure 4 – Schéma unifilaire typique d’une sous-station

Retour au sommaire

2.1 Transformateurs

Les transformateurs sont un élément essentiel de tout système d’alimentation électrique. Ils existent en différentes tailles et tensions nominales.

Les transformateurs de courant alternatif sont l’une des clés pour permettre la distribution généralisée de l’énergie électrique telle que nous la voyons aujourd’hui. Les transformateurs convertissent efficacement l’électricité à une tension plus élevée pour la transmission sur de longues distances et la ramènent à des tensions basses adaptées à l’usage des clients.

Transformateur de sous-station
Figure 5 – Transformateur de sous-station

Les transformateurs d’énergie de distribution effectuent la transition de tension nécessaire du niveau de tension de transmission (ou de sous-transmission) à un niveau adapté à la distribution d’énergie. Un exemple d’une telle transition serait le passage de 66 kV à 11 kV.

La taille d’un transformateur de puissance de distribution varie typiquement de 16 MVA à 63 MVA environ, pesant quelque part entre 20 et 50 tonnes. Le transformateur est généralement une unité triphasée.

Des banques triphasées, construites à partir d’unités monophasées, peuvent également être mises en œuvre pour des raisons spécifiques telles que les restrictions de transport routier ou la demande d’une unité de rechange monophasée.

Le transformateur de puissance est généralement le composant unique le plus coûteux dans un poste de distribution primaire. Dans ce qui suit, les caractéristiques, la construction et la protection du transformateur de puissance de distribution et leur influence sur la performance du système de distribution complet sont discutées.

L’accent est mis sur les unités triphasées isolées à l’huile minérale (immergées dans l’huile), qui constituent la majorité des transformateurs de puissance de distribution dans les applications sous l’influence de la CEI.

Retour au sommaire

2.2 Disjoncteurs

Les disjoncteurs qui contrôlent les hautes tensions et protègent les autres équipements des postes sont également situés dans les postes électriques. De nombreuses sous-stations extérieures utilisent des disjoncteurs à remplissage d’huile. Ce type de disjoncteur possède des contacts immergés dans une huile isolante contenue dans une enceinte métallique.

Un autre type de disjoncteurs haute tension est le disjoncteur à air magnétique dans lequel les contacts se séparent dans l’air lorsque la ligne électrique est surchargée.

Des bobines de soufflage magnétiques sont utilisées pour développer un champ magnétique à l’origine de l’arc produit lors de la rupture des contacts. Ainsi, l’arc s’est concentré dans des goulottes où il est éteint.

Une modification de ce type est le disjoncteur à air comprimé. Dans ce type, un flux d’air comprimé est concentré sur le contact lorsque la ligne électrique est ouverte. L’air comprimé aide à éteindre l’arc, qui se développe lorsque les contacts s’ouvrent.

Il faut souligner que de grands arcs sont présents chaque fois qu’un circuit haute tension est interrompu. Ce problème n’est pas rencontré dans une large mesure dans les équipements de protection à basse tension.

Disjoncteurs haute tension
Figure 6 – Disjoncteurs haute tension

Deux principaux types de disjoncteurs basés sur une construction sont les disjoncteurs à cuve sous tension et les disjoncteurs à cuve morte. Avec les disjoncteurs-citernes sous tension, la surface extérieure de la chambre de coupure n’est pas mise à la terre et est sous l’influence de la tension primaire, donc « sous tension ».

Avec les disjoncteurs-citernes morts, la surface extérieure de la chambre de coupure est mise à la terre, donc « morte ». Les disjoncteurs à cuve morte ne sont généralement disponibles que pour les installations extérieures à partir de 33 kV.

Retour au sommaire

2.3 Interrupteurs de sectionnement

Les interrupteurs de sectionnement sont utilisés pour déconnecter les équipements électriques des lignes électriques qui les alimentent. Ordinairement, les sectionneurs ne sont pas actionnés lorsque le courant les traverse.

Un problème d’arc à haute tension se produirait si les sectionneurs étaient ouverts alors que le courant les traverse.

Ils sont ouverts principalement pour isoler l’équipement des lignes électriques à des fins de sécurité.

La plupart des sectionneurs sont du type « à coupure d’air » dont la construction est similaire à celle des interrupteurs à couteau. Ces interrupteurs sont disponibles pour une utilisation à l’intérieur ou à l’extérieur, en version manuelle ou motorisée.

Retour au sommaire

2.4 Bus de sous-station

La connexion électrique et physique des bus de sous-station est généralement régie par la sécurité, la fiabilité, l’économie, la maintenabilité et la facilité d’exploitation.

Le bus est en fait la structure électrique à laquelle toutes les lignes électriques et les transformateurs sont connectés. Généralement, il en existe deux types : à ciel ouvert et fermé. Les bus fermés sont utilisés dans les bâtiments ou à l’extérieur lorsque l’espace est précieux.

Les structures de bus doivent être conçues pour résister à des courants de court-circuit élevés et à des forces mécaniques importantes en conséquence.

Retourner au sommaire

2.5 Parafoudres

Les installations électriques sont exposées à des contraintes de surtension causées par diverses sources. Par nature, les surtensions provoquées par les sources ont des caractéristiques différentes en termes d’amplitude, de fréquence, de durée et de taux de montée.

Les phénomènes de surtension sont traditionnellement classés en trois catégories distinctes :

  1. Surtensions temporaires
  2. Surtensions de commutation
  3. Surtensions de foudre
Types de surtensions
Figure 7 – Types de surtensions

Dans les postes de distribution primaire, le principal dispositif de protection des équipements installés contre les surtensions est le parafoudre sans bouchon à l’oxyde de zinc. La sélection d’un parafoudre approprié dépend de plusieurs facteurs.

Les fabricants de parafoudres ont publié des directives et des exemples de sélection pour démontrer et soutenir le processus de sélection.

Le parafoudre doit résister aux surtensions de fréquence d’alimentation continues et temporaires subies dans le système pendant le fonctionnement normal, les défauts du système et les opérations de commutation. Les parafoudres doivent également être capables de limiter les surtensions de surtension en dessous du niveau de résistance spécifié des équipements de l’installation.

Un défaut à la terre monophasé ou biphasé entraîne une situation de surtension temporaire dans la ou les phases saines et également dans le neutre des transformateurs de puissance connectés en Y. L’amplitude est déterminée par les conditions de mise à la terre du système et la durée est déterminée par les réglages de protection (temps d’élimination du défaut).

Les parafoudres doivent être capables de résister aux contraintes thermiques pendant ces situations.

Parafoudres avec borne inférieure mise à la terre (144kV)
Figure. 8 – Parafoudres avec borne inférieure mise à la terre (144kV)

Retour au sommaire

2.6 Isolateurs et conducteurs

Toutes les lignes de transport d’électricité doivent être isolées pour éviter les risques de sécurité. De grandes chaînes d’isolateurs sont utilisées dans les sous-stations et à d’autres points du réseau de distribution d’électricité pour isoler les conducteurs porteurs de courant de leurs supports en acier ou de tout autre équipement fixé au sol.

Les isolateurs peuvent être en porcelaine, en caoutchouc ou en matériau thermoplastique.

Retour au sommaire

2.7 Relais de protection

Les relais de protection constituent une méthode précise et sensible de protection des équipements de distribution électrique contre les courts-circuits et autres conditions anormales.

Les relais de surintensité sont utilisés pour provoquer l’ouverture rapide des lignes électriques lorsque le courant dépasse une valeur prédéterminée. Le temps de réponse des relais est très important pour protéger l’équipement contre les dommages.

Certains types de défauts courants qui peuvent être protégés par des relais sont les courts-circuits ligne-terre, les courts-circuits ligne-ligne, les courts-circuits double ligne-terre et les courts-circuits de ligne triphasée. Chacune de ces conditions est causée par des conditions de circuit défectueuses qui tirent un courant anormalement élevé (courant de défaut) des lignes électriques.

Les relais de protection sont des dispositifs électroniques intelligents (IED) avancés alimentés de l’extérieur, également appelés terminaux Feeder.

Dans un appareillage de commutation primaire moderne, les fonctions dédiées à la baie, comme la protection, le contrôle et la mesure, sont réalisées avec des terminaux Feeder. Le terminal Feeder exécute les fonctions de protection attribuées, effectue la commande locale et à distance des appareils de commutation, recueille et traite et affiche les données mesurées et indique l’état des appareils de commutation.

Schémas de protection des jeux de barres
Figure 9 – Panneau de protection des jeux de barres avec relais MICOM

Retour au sommaire

2.8 Fusibles

Comme les lignes électriques sont fréquemment court-circuitées, divers équipements de protection sont utilisés pour prévenir les dommages à la fois aux lignes électriques / équipements et au personnel. Ces équipements de protection doivent être conçus pour supporter des tensions et des courants élevés.

Pour protéger les lignes électriques à haute tension, on peut utiliser soit des fusibles, soit des disjoncteurs.

Les fusibles à haute tension (ceux utilisés pour plus de 600 volts) sont fabriqués de plusieurs façons. Un fusible de type expulsion possède un élément qui va fondre et se vaporiser lorsqu’il est surchargé, provoquant l’ouverture de la ligne électrique connectée en série avec lui.

Fusible à expulsion
Figure 10 – Fusible à expulsion

Les fusibles à liquide possèdent une enceinte métallique remplie de liquide, qui contient l’élément fusible. Le liquide agit comme un milieu suppresseur. Lorsque l’élément fusible fond en raison d’un courant excessif dans une ligne électrique, il est immergé dans le liquide pour éteindre l’arc.

Ce type de fusible réduit le problème des arcs électriques à haute tension.

Un fusible à matériau solide est similaire à un fusible liquide, sauf que l’arc est éteint dans une chambre remplie de matériau solide. Habituellement, les fusibles haute tension des sous-stations sont montés à côté des sectionneurs à coupure d’air. Ces interrupteurs fournissent un moyen de commuter les lignes électriques et de les déconnecter à des fins de réparation.

L’enceinte du fusible et de l’interrupteur est généralement montée près des lignes électriques aériennes dans une sous-station.

Retourner au sommaire

3. Emplacement de la sous-station

Les sous-stations de distribution devraient être situées aussi près que possible de la charge à desservir. En outre, les besoins futurs en matière de charge doivent être planifiés avec précision.

Le niveau de la tension de distribution est également une considération très importante. En général, plus la tension de distribution est élevée, plus les sous-stations peuvent être éloignées les unes des autres. Cependant, ils deviennent plus grands en capacité et en nombre de clients desservis à mesure que la distance entre eux augmente.

Cour de distribution extérieure de 123 kV avec jeux de barres doubles, disposition en ligne
Figure 11 – Exemple de cour de distribution extérieure de 123 kV avec jeux de barres doubles, disposition en ligne. Les jeux de barres sont tubulaires.

La décision de l’emplacement d’un poste doit être fondée sur la fiabilité du système et sur des facteurs économiques. Parmi ces facteurs, on trouve :

  • La disponibilité des terrains,
  • Les coûts d’exploitation estimés,
  • Les taxes,
  • Les lois de zonage locales,
  • Les facteurs environnementaux et
  • L’opinion publique potentielle.

On tient également compte du fait que la taille du conducteur augmente en même temps que la taille de la charge alimentée. Le niveau de tension primaire affecte non seulement la taille des conducteurs, mais aussi la taille de l’équipement de régulation, l’isolation et les autres caractéristiques nominales de l’équipement.

Retourner au sommaire

.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *