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Quelques aspects pratiques des réseaux de distribution MT

De Guide de l'Installation Electrique

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Sommaire

Réseaux aériens

Sous l’action du vent, du gel..., les conducteurs peuvent entrer en contact et entraîner un court-circuit momentané (non permanent).

La fissuration d’isolateurs en céramiques ou en verre par des débris portés par des vents ou des tirs sans précaution d’armes, ou encore des surfaces d’isolateurs avec de forts dépôts de pollution, peuvent entraîner un court-circuit à la terre.

Beaucoup de ces défauts sont auto-extincteurs. Par exemple, en environnement sec, des isolateurs cassés peuvent demeurer en service sans être détectés, mais ils provoqueront vraisemblablement un amorçage à la terre (ex. : par un support métallique) lors d’une pluie violente. En outre, des surfaces d’isolateur recouvertes par de forts dépôts de pollution provoquent généralement un amorçage à la terre dans des conditions humides.

Le passage du courant de défaut se traduit alors presque systématiquement par un arc électrique, dont la chaleur intense sèche le chemin du courant et, dans une certaine mesure, rétablit ses propriétés d’isolement. Dans le même temps les dispositifs de protection ont généralement fonctionné pour éliminer le défaut, par fusion de fusibles ou déclenchement de disjoncteur.

L’expérience montre que, dans la grande majorité des cas, le remplacement des fusibles ou la refermeture du disjoncteur restaure l’alimentation.

Pour cette raison, il est possible d’améliorer considérablement la continuité de service des réseaux aériens en utilisant des disjoncteurs équipés d’automatismes de ré-enclenchement sur les départs concernés.

Ces automatismes permettent un certain nombre de manœuvres de refermeture si un premier essai ne réussit pas, avec des temporisations réglables entre essais successifs (de façon à permettre la dé-ionisation de l’air au niveau du défaut) avant que la fermeture finale du disjoncteur n’intervienne après tous (en général trois) les essais infructueux.

D’autres améliorations de la continuité de service sont aussi possibles par l’utilisation d’interrupteurs télécommandés sur des tronçons de réseaux et par des interrupteurs-sectionneurs d’isolement de sections fonctionnant en coordination avec un disjoncteur réenclencheur.

Sur les réseaux HTA français le disjoncteur de chaque départ de poste source est équipé d’un automatisme de ré-enclenchement qui assure des cycles d’ouverture-fermeture (cf. Fig. B7).

La continuité de service est encore améliorée par des interrupteurs télécommandés (IAT) et des automatismes en réseau (IACT : interrupteur aérien à coupure dans le creux de tension).

Fig. B7Exemple de cycles de réenclenchements automatiques du disjoncteur d’un poste source HTA

Réseaux souterrains

Les défauts sur les câbles des réseaux souterrains peuvent parfois provenir d’un mauvais confectionnement de boîte à câbles, ou d’une mauvaise pose des câbles. Mais ils résultent le plus souvent de dommages occasionnés par des outils tels que pioches, marteaux-piqueurs ou par des engins de terrassements utilisés par d’autres services publics.

Les défauts d’isolement se produisent parfois dans des boîtes de raccordement du fait de surtension, en particulier aux endroits où un réseau MT est raccordé à un réseau de câbles souterrains. Dans ce cas, la surtension est en général d’origine atmosphérique, et les effets de réflexion d’ondes électromagnétiques au niveau de la boîte de jonction (où l’impédance du circuit change brutalement) peuvent amener des contraintes sollicitant l’isolement sur la boîte à câbles jusqu’à créer un défaut. Des dispositifs de protections contre les surtensions tels que des parafoudres sont fréquemment installés à ces emplacements.

Les défauts sur les réseaux souterrains de câbles sont moins fréquents que ceux des réseaux aériens, mais ce sont toujours des défauts permanents qui nécessitent plus de temps de localisation et de réparation.

Lorsqu’un défaut se produit sur un câble de boucle MT, l’alimentation peut être rapidement rétablie à tous les utilisateurs dès que le tronçon de câble comportant le défaut a été localisé. Toutefois, si le défaut se produit sur un départ d’alimentation radiale, le délai de localisation du défaut et de réparation peut représenter plusieurs heures et il affectera tous les utilisateurs, raccordés en simple dérivation, en aval du défaut. Dans tous les cas, si la continuité de service est essentielle sur toute ou partie d’une l’installation concernée, une source de secours doit être prévue.

Téléconduite des réseaux MT

La téléconduite centralisée, basée sur des systèmes SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) et les développements récents des technologies de communication numériques, est de plus en plus utilisée dans les pays où la complexité des réseaux fortement interconnectés justifie l’investissement.

La téléconduite des départs MT permet de réduire les coupures en cas de défaut câble en permettant une reconfiguration de boucle rapide et efficace. Elle est réalisée par des interrupteurs équipés d’une commande électrique mis en œuvre dans un certain nombre de sous-stations de la boucle associés à des unités de télécommandes adaptées. Tous les postes ainsi équipés peuvent être réalimentés par des manœuvres télécommandées alors que les autres nécessiteront des manœuvres manuelles complémentaires.

Valeurs des courants de défauts à la terre de l’alimentation MT

(voir Fig. B8 et Fig. B9) Les valeurs des courants de défaut à la terre dans les réseaux de distribution MT dépendent du régime de neutre. Ces valeurs doivent être limitées afin de réduire leurs effets, principalement :

  • dommages à l'équipement,
  • surtensions temporaires,
  • surtensions transitoires,
  • tensions de contact et de pas.

Le neutre d'un réseau MT peut être relié à la terre par cinq méthodes différentes, selon le type (résistive, inductive) et la valeur (zéro à l'infini) de l'impédance Zn connectée entre le neutre et la terre :

  • Zn = ∞ neutre isolé, pas de connexion intentionnelle de neutre,
  • Zn est une résistance de valeur relativement élevée,
  • Zn est une réactance, de valeur généralement faible,
  • Zn est une réactance de compensation, destinée à compenser la capacité du réseau,
  • Zn = 0 : le neutre est mis à la terre.
Régime de neutre
Isolé Résistance Réactance Compensé Direct
Dommages Trés faibles Faibles Faibles Trés faibles Trés élevées
Surtensions temporaires Elevées Moyennes Moyennes Moyennes Faibles
Transient over voltages Elevées Faibles Elevées Elevées Faibles
Tensions de contact et de pas Trés faibles Faibles Faibles Faibles Elevées

Fig. B8Effets du courant de défaut phase-terre

Fig. B9Circulation du courant de défaut phase-terre

Le courant de défaut I K1 est la somme de deux composantes :

  • le courant de neutre à travers l'impédance Zn,
  • le courant capacitif à travers la capacité phase - terre.

Lorsque Zn est une réactance ces deux courants sont opposés, ce qui signifie que la réactance compense le courant capacitif. Si la compensation est parfaite, la valeur de courant de défaut est nulle.

Boucle Moyenne Tension

Une boucle MT (voir Fig. B10) est généralement alimentée à partir de deux postes primaires distincts. Elle alimente des postes secondaires MT / BT dédiés à la distribution publique BT et les installations électriques privées.

Les postes secondaires MT / BT, et ceux dédiés au raccordement des installations électriques privées sont connectés en série au moyen de câbles souterrains.

Deux interrupteurs à coupure en charge sont utilisés pour le raccordement de chaque poste secondaire.

La boucle est normalement ouverte, tous les interrupteurs étant fermés sauf un.

En cas de défaut entre A et B, le disjoncteur C déclenche et élimine le défaut. Les deux postes S1 et S2 ne sont plus alimentés. Le rétablissement de l'alimentation de tous les postes est ensuite réalisé comme suit :

1- Isolement du câble défectueux en ouvrant les interrupteurs A et B,

2- Fermeture du point d'ouverture D,

3- Re-fermeture du disjoncteur C. Le point d'ouverture est maintenant entre S1 et S2.

Ces séquences de déconnexion de câble en défaut, suivie du rétablissement de l'alimentation peuvent être exécutées manuellement par les opérateurs du réseau MT ou automatiquement par le biais de fonctions dédiées intégrées dans le système de télé-conduite et de surveillance du réseau.

Les opérations manuelles sont généralement longues alors que le rétablissement de l'alimentation automatique peut être exécuté en moins d'une minute par le système de télécommande. Ces automatismes disponibles maintenant dans tout système de contrôle exigent une instrumentation appropriée de la boucle :

  • détecteurs de défaut aux deux extrémités des câbles souterrains,
  • interrupteurs en charge motorisés,
  • unités de commande à distance (Remote Terminal Units, RTU) dans chaque station secondaire. Les RTU effectuent :
    • la surveillance des détecteurs de défaut et des interrupteurs,
    • l'automatisme local,
    • la commande des interrupteurs,
    • la communication avec le centre de contrôle et de surveillance à distance,
  • une alimentation auxiliaire DC dans chaque poste.

Comme décrit ci-dessus, la plupart des boucles sont historiquement équipées d'interrupteurs en charge et protégés à chaque extrémité seulement par des disjoncteurs situés dans les postes primaires HT / MT. En cas de défaut, tous les clients alimentés par un câble en défaut sont déconnectés. Mais en fait, les clients en amont du défaut auraient pu ne pas être déconnectés.

L'ajout de disjoncteurs, situés de manière adéquate et associés à des relais de protection appropriées peut réduire le nombre de clients déconnectés en cas de défaut. A titre d'exemple, une boucle comprenant deux disjoncteurs supplémentaires est divisée en quatre sections indépendantes. Supposons que le point ouvert est situé entre les deux disjoncteurs supplémentaires. En cas de défaut dans la section délimitée par ces deux disjoncteurs, seule une partie des postes secondaires de la section seront déconnectés, tous les autres restant sous tension.

Fig. B10Configuration en boucle ouverte et fonctionnement