PostesHT MT

SYSTÈMES D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE GUIDE DE RÉFÉRENCE

Les postes HT / MT

ELEC International Symposium

Edition 1998

2.2

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Les postes HT / MT

Equipe rédactionnelle

AVEC LE SUPPORT TECHNIQUE DU GIMÉLEC

Jean-Pierre BEAUDET

SCHNEIDER ELECTRIC

Jean FERLAY ALSTOM Jean-Claude VIAU BOUNEZOU ALSTOM

1. Description des postes HT/MT .........................................p 4 INTRODUCTION

2.2. MODÉLISATION

DU SOUFFLAGE DE L’ARC POUR OPTIMISER

LES CHAMBRES DE COUPURE POUR DISJONCTEURS UTILISANT LE SF6 COMME MOYEN D ’EXTINCTION DE L’ARC

2.3. FIABILITÉ

DES DISJONCTEURS HAUTE TENSION

1.1. GÉNÉRALITÉS 1.2. CONDITIONS

D ’ENVIRONNEMENT

1.3. STRUCTURE

DES POSTES

1.4. TYPES

3. Le transformateur ................p 19

DE POSTES HT

1.5. RAPPEL

SUR LES COMPOSANTS ELECTRIQUES D ’UN

TECHNIQUE DE COUPURE POUR DISJONCTEUR

UTILISANT LE SF6 COMME MOYEN D ’EXTINCTION

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CAPITALISATIONS DES PERTES

LE BRUIT DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE

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POUR LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE

4. Le poste ...................................p 27 4.1. SÉCURITÉ

DU PERSONNEL EXPLOITANT EN CAS DE

DÉFAUT INTERNE DANS L’APPAREILLAGE

4.2. DISPONIBILITÉ

REDUCTION DES ÉNERGIES DE COMMANDE

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3.2. LA

3 .4. CONNEXIONS

2. Le disjoncteur ........................p 14

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TENUE AUX COURTS-CIRCUITS DES TRANSFORMATEURS

3.3.

POSTE HT/MT

2.1. NOUVELLE

3 .1. LA

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D ’UNE SOUS STATION HT/MT

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Jean-Pierre ARTHAUD Jean-Claude LEROY Georges THOMASSET Gilbert TRIAY

JEUMONT SCHNEIDER TRANSFORMATEURS SCHNEIDER ELECTRIC SCHNEIDER ELECTRIC SCHNEIDER ELECTRIC

5. Les services............................p 30

6. Evolutions technologiques...p 40

5 .1. RÉDUCTION

6.1. LE

5.2. ETUDES

DU DÉLAI DE LIVRAISON

ENCOMBREMENT RÉDUIT

ET RÉALISATION DES POSTES HT/MT

5.3. SURVEILLANCE 5 .4. ANALYSE

DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE

6.2. CONCEPT

DU SECTIONNEUR DISJONCTEUR

6.3. DISJONCTEUR

DE GAZ DISSOUS DANS L’HUILE DES

6 .4.

TRANSFORMATEURS

5.5. MONITORING

POSTE INTÉRIEUR HT/MT, PRÉFABRIQUÉ ET À

LIMITEUR DE COURANT (HT)

EVOLUTION PROBABLE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE

DES DISJONCTEURS

6.5. Capteurs 5.6. DÉTECTEUR

D ’ARC POUR L’APPAREILLAGE

5.7. SURVEILLANCE

D ’ETAT

5.8. CONTROLE-COMMANDE

:

MAINTENANCE PREDICTIVE

ET PROTECTION NUMÉRIQUE DES

POSTES HT/MT

5.9. FACILITÉ

D ’UTILISATION

:

RÉGLAGE À DISTANCE DE

DISPOSITIFS DE PROTECTION

5.10. PROTECTIONS

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NUMÉRIQUES

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Les postes HT / MT

1 DESCRIPTIF DES POSTES HT/MT

INTRODUCTION Situé à la jonction des réseaux de Transport et de Distribution, le poste HT/MT joue un rôle important pour les régies de distribution d'électricité. Ce rôle est appelé à évoluer de façon significative dans un futur proche :

Le troisième chapitre expose certains des services importants qui peuvent d'ores et déjà être fournis pour améliorer la disponibilité du poste. Enfin et en conclusion, les constructeurs français très impliqués en Recherche et Développement proposent certaines des évolutions possibles des équipements et des systèmes de contrôle des postes HT/MT.

● Les réseaux en eux-mêmes peuvent être en phase de

développement, d'optimisation ou de réingénierie, obligeant ainsi les décideurs à sélectionner de façon pertinente les équipements à fournir.

L'objet d'une telle publication n'est pas de réécrire un nouveau document technique spécialisé. Ceci existe déjà et peut être fourni par des comités comme ceux de la CIGRE, CIRED ou autres agences de normalisation.

● L'environnement qui joue un rôle croissant en orientant les

spécifications de ce même équipement : croissance de la population urbaine, contraintes dues à la pollution, confort de l'utilisateur.

Les constructeurs français préfèrent souligner ce qui leur semble important eu égard aux spécifications fonctionnelles demandées, sans oublier les évolutions majeures de notre monde de l'électricité.

● Et bien sûr la dérégulation en cours des marchés de la

distribution de l'électricité qui apporte de nouveaux comportements comme de renforcer l'efficacité des réseaux et d'augmenter les services aux consommateurs.

● Dans la description générale, les besoins, les

De façon générale, ceci amènera les constructeurs, dans les années à venir, à concevoir une palette élargie de produits et services servant les mêmes fonctions mais bien différenciées selon les usages souhaités par les responsables des régies électriques.

● Ensuite est présenté un aperçu rapide de la façon dont

Les constructeurs français sont conscients de cette évolution et vous proposent ici les dernières tendances de l'offre des postes HT/MT. Le document commence par une vue d'ensemble de ce qu'est un poste HT/MT suivi par un chapitre décrivant les évolutions récentes de l'appareillage électrotechnique.

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fonctions, la structure, l'environnement, les types et les composants du poste sont examinés.

la disponibilité électrique peut être évaluée et pilotée par les ingénieurs de réseaux. ● Le troisième chapitre est dédié à la conception et à

l'étude du poste et comprend des thèmes tels que contrôle et pilotage. Enfin un chapitre orienté vers les postes compacts et pré - industrialisés éclaire les progrès réalisés par les constructeurs français pour prendre en compte les contraintes d'environnement.

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1.1. GÉNÉRALITÉS

1.1.2. RÉSEAUX

Les principales fonctions des réseaux électriques sont d'assurer la mise en commun de tous les moyens de production et le transit de puissance entre ces moyens de production et les différents utilisateurs. Des dispositions sont prises afin qu'un incident ou une avarie sur une unité de production ou une ligne de transport n'entraîne en général pas de répercussion au niveau des utilisateurs. Le degré de sécurité recherché entraîne naturellement des conséquences sur les coûts. Des règles de gestion sont fixées aux unités de production, de transport ou de distribution pour rechercher l'optimum entre sécurité et coûts. On distingue ainsi plusieurs niveaux de réseau classés par tension qui assurent diverses fonctions spécifiques, dont :

1.1.1. RÉSEAUX DE TRANSPORT D'INTERCONNEXION

ET

Les réseaux de transport et d'interconnexion ont principalement pour mission :

DE RÉPARTITION

Les réseaux de répartition ou réseaux Haute Tension ont pour rôle de répartir, au niveau régional, l'énergie issue du réseau de transport. Leur tension est supérieure à 170 kV selon les régions. Ces réseaux sont, en grande part, constitués de lignes aériennes, dont chacune peut transiter plus de 100 MVA sur des distances de quelques dizaines de kilomètres. Leur structure est soit en boucle fermée, soit le plus souvent en boucle ouverte, mais peut aussi se terminer en antenne au niveau de certains postes de transformation. En zone urbaine dense, ces réseaux peuvent être souterrains sur des longueurs n'excédant pas quelques kilomètres. Ces réseaux alimentent d'une part les réseaux de distribution au travers des postes de transformation HT/MT et d'autre part les utilisateurs industriels dont la taille (supérieure à 100 MVA) nécessite un raccordement à cette tension.

● De collecter l'électricité produite par les centrales

importantes et de l'acheminer par grand flux vers les zones de consommation (fonction transport), ● De permettre une exploitation économique et sûre des

moyens de production en assurant une compensation des différents aléas (fonction interconnexion) :

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1.2.CONDITIONS D 'ENVIRONNEMENT

1.3. STRUCTURE DES POSTES

L'ensemble des équipements et appareils électriques doit satisfaire les contraintes suivantes : ● Contraintes climatiques :

températures minimales et maximales, vent, ● neige, ● glace, ● vent de sable, ● etc.

L'ensemble des appareils de coupure ou d'isolement (disjoncteurs et sectionneurs), ainsi que l'appareillage de mesure et de protection propre à une liaison, sont regroupés dans une travée. Outre les jeux de barres, un poste comporte donc autant de travées que de liaisons qui y sont raccordées.

●

Le plus souvent, un poste comporte un, deux, voire trois jeux de barres. Chaque liaison peut être reliée à l'un ou l'autre de ces jeux de barres. Il est ainsi possible de constituer des nœuds, que l'on peut éventuellement relier entre eux par l'intermédiaire d'une liaison courte, comportant des organes de coupure et d'isolement (disjoncteurs et sectionneurs), et appelée couplage.

●

● Contraintes géographiques :

altitude bord de mer, ● agressions chimiques, ● etc. ●

Un deuxième jeu de barres se justifie non seulement parce qu'il permet une meilleure exploitation du réseau, mais aussi parce qu'il est pratiquement indispensable à la sécurité de fonctionnement du réseau. La défaillance d'un jeu de barres rend en effet indisponible l'ensemble des liaisons qui y sont raccordées, et revêt donc un caractère particulièrement grave pour le fonctionnement du réseau si l'on ne dispose pas d'un second jeu de barres utilisable en secours. Il est par ailleurs nécessaire, à moins d'accepter de se priver de la totalité d'un poste, donc de l'ensemble des liaisons qui y sont raccordées, de disposer de deux jeux de barres pour les soumettre alternativement aux opérations d'entretien indispensables.

●

● Contraintes environnementales :

hauteur limitée, agressions chimiques, ● surface minimale au sol, ● etc. ● ●

● Contraintes électriques : ●

isolement :

➤ surtension à 50 Hz, ➤ surtension de manœuvre, ➤ surtension de foudre.

Voir schémas unifilaires à simple et double jeu de barres HT : Schémas 1 et 2

échauffement, court-circuit : ➤ tenue électrodynamique, ➤ pouvoir de fermeture, ➤ pouvoir d'ouverture.

● ●

● Contraintes mécaniques : ● ● ●

endurance mécanique des appareils de coupure, tenue des isolateurs, etc.

● Contraintes séismiques : ●

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tenue aux tremblements de terre selon les spécifications.

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Schéma 1 : Unifilaire avec simple jeu de barre haute tension

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Schéma 2 : Unifilaire avec double jeu de barre haute tension

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1.4. TYPES DE POSTES HT Les postes peuvent être très différents entre eux dans le domaine d'installation des équipements électriques. Il existe 3 grandes familles d'installation des postes HT / MT :

1 ERE FAMILLE : LE POSTE EXTERIEUR L'ensemble des appareils HT est installé à l'extérieur.

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2EME FAMILLE : LE POSTE INTERIEUR a) Le poste à isolement dans le gaz (GIS) Les connexions inter-appareils sont isolées dans le gaz. Ce type de poste est généralement installé dans un bâtiment.

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b) Le poste isolé à l'air L'ensemble des appareils est installé à l'intérieur d'un bâtiment, les connexions inter-appareils sont à isolement dans l'air.

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1.5. RAPPEL SUR LES COMPOSANTS ELECTRIQUES D'UN POSTE HT/MT

● Le premier ensemble de sujets concerne le disjoncteur

lui-même : de nouvelles techniques d'interruption, réduisant l'énergie de fonctionnement, l'optimisation des chambres de coupure, via une modélisation de l'arc électrique des différents milieux, des méthodes de calcul sophistiquées, et des essais en laboratoires, la fiabilité des équipements électriques prise en compte dès la phase de conception.

Nous citons ci-après les principaux composants électriques entrant dans la composition d'un poste HT/MT : ● Disjoncteur, ● Sectionneur fusible, ● Sectionneur et malt, ● Transformateur de mesure (courant, tension), ● Transformateur de puissance, ● Système de protection, ● Parafoudre, ● Sources auxiliaires :

● Le second ensemble de sujets concerne le cœur du

courant alternatif, courant continu (batterie chargeur), ● Comptage de l'énergie électrique, ● Système de contrôle local, ● Système de téléconduite : ● télécommande, ● télémesure, ● consignation des états, défauts et mesures, ● etc.

poste : le transformateur de puissance : tenue électromécanique aux courts circuits qui doit être testée, capitalisation des pertes pour permettre le choix d'une conception optimisant la durée de vie de l'équipement, réduction des bruits pour tenir compte des contraintes de l'environnement spécifiques aux zones urbaines, les connections haute et moyenne tension pour réduire l'impact sur la surface ou le volume nécessaire à l'installation du transformateur de puissance.

● ●

● Le troisième ensemble d'articles considère le poste

HT/MT dans sa totalité : sécurité du personnel, avec les essais de tenue à l'arc interne, et propositions visant à améliorer la disponibilité électrique du poste.

Une sélection de sujets est présentée ci-dessous par les constructeurs français pour montrer les récentes évolutions concernant essentiellement les équipements électrotechniques.

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2. LE DISJONCTEUR 2.1. NOUVELLE TECHNIQUE DE COUPURE POUR DISJONCTEUR UTILISANT LE SF6 COMME MOYEN D'EXTINCTION REDUCTION DES ENERGIES DE COMMANDE 2.1.1. COUPURE A SOUFFLAGE SF6 Dans les disjoncteurs à soufflage autopneumatique, le soufflage de l'arc résultait de la compression du gaz SF6 contenu dans un volume sous l'action d'un piston solidaire du contact mobile. Cette technique ne permettait pas d'utiliser des commandes à énergie réduite. De nouveaux principes de coupure ont été développés, et n'exigent aujourd'hui qu'une énergie de manœuvre réduite pouvant être fournie par une commande à ressort où une commande à gaz dynamique.

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Ces nouveaux principes de coupure sont caractérisés notamment par l'utilisation importante de l'énergie d'arc, pour générer le soufflage nécessaire à la coupure du courant. Cette nouvelle conception de chambre de coupure à soufflage thermique a été facilitée par les études en laboratoire de physique de l'arc et par le développement de nouveaux logiciels

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2.1.2. COUPURE A SOUFFLAGE THERMIQUE SF6 ASSISTE

2.1.3. COUPURE A DOUBLE VOLUME DE SOUFFLAGE SF6

La coupure thermique utilisant l'énergie de l'arc pour l'expansion thermique du gaz contenu dans le volume de soufflage a été améliorée en utilisant aussi cette expansion thermique pour accélérer la partie mobile du disjoncteur en coupure, ce qui a permis d'utiliser de même une commande de faible énergie, même aux tensions les plus élevées jusqu'à 245 kV.

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L'énergie de compression est réduite à la valeur suffisante pour couper les courants faibles, l'énergie de l'arc est utilisée par l'expansion thermique de l'autre volume pour couper les courants forts, ce qui a permis de diminuer encore les énergies de manœuvre, tout en augmentant les performances.

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2.2. MODÉLISATION DU SOUFFLAGE DE L’ARC POUR OPTIMISER LES CHAMBRES DE COUPURE POUR DISJONC TEURS UTILISANT LE SF6 COMME MOYEN D’EXTINCTION DE L’ARC

2.2.1. Travaux dans les laboratoires de physique de l’arc Ils permettent : ● De faire des mesures électriques et de pression pendant la

coupure, de visualiser l'arc et l'écoulement gazeux par différentes méthodes optiques. ● De fournir des résultats expérimentaux, et d'affiner les

modélisations d'arc utilisées dans les logiciels de calcul d'écoulement.

2.2.2. CRÉATION DE LOGICIELS Ces logiciels permettent d'étudier l'écoulement du gaz de soufflage utilisé pour l'extinction de l'arc, de simuler le fonctionnement dynamique du disjoncteur, et de son organe de manœuvre, de reproduire grâce à l'utilisation de modèle d'arc, la coupure d'un disjoncteur dans un circuit donné, et donc de définir les conditions nécessaires à l'interruption du courant.

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● Logiciels de calcul d'écoulement gazeux ● Sont utilisés selon que l'on s'intéresse à la coupure des

courants faibles (ligne à vide, câbles à vide, batterie de condensateurs), ou à la coupure de forts courants de courtcircuit. ● Logiciels pour la modélisation du fonctionnement à vide et en charge Ils permettent de simuler le fonctionnement à vide et en coupure de court-circuit de tout disjoncteur à commande à ressorts et pour toutes les conditions de coupures habituelles (monophasée, triphasée, commande unipolaire ou tripolaire, courant symétrique ou asymétrique etc. ). La validation de ce logiciel de simulation a été faite par le calcul et lors d'essais expérimentaux effectués sur disjoncteurs. Ces simulations sont utilisées pour optimiser le dimensionnement des chambres de coupure, tout particulièrement celles où l'expansion thermique joue un rôle important pour la surpression de soufflage. Elles permettent de définir l'énergie minimum nécessaire pour le fonctionnement à vide et en charge lors d'un fort courant de court-circuit. ● Logiciels de simulation dynamique du mécanisme.

Ils permettent d'optimiser la cinématique reliant les pôles à la commande du disjoncteur et de calculer les efforts où les contraintes en tout point du mécanisme.

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2.3. FIABILITE DES DISJONCTEURS HAUTE TENSION La notion de fiabilité pour le matériel électrique est aujourd'hui prise en compte dès la conception des appareils, et s'appuie sur des essais souvent très longs. Pour s'assurer de leur fiabilité, les disjoncteurs HT mis sur le réseau français subissent dans les laboratoires d'EDF deux séries d'essais : des essais mécanoclimatiques qui permettent de connaître l'endurance mécanique de l'appareil, et des essais d'endurance électrique qui permettent de vérifier la durée de vie de la chambre de coupure. La durée de vie technique des disjoncteurs a été fixée à 25 années, pendant lesquelles la chambre de coupure n'est l'objet d'aucune maintenance.

Ces essais spécifiques ont des retombées sur toute la gamme des disjoncteurs et assurent une plus grande fiabilité d'exploitation. Une autre notion de fiabilité est apparue dans la révision de la CEI 56. En effet intervient la notion de statistique, pour les disjoncteurs ayant à couper des courants capacitifs, et de probabilité de réallumage, conduisant à augmenter le nombre d'essais de coupure. On distingue aujourd'hui deux classes de matériel : classe B avec une faible probabilité de réallumage. classe A avec une très faible probabilité de réallumage. Pour la classe A il est demandé un conditionnement de 3 coupures à 60%, suivi d'environ 170 fermeturesouvertures pour les disjoncteurs utilisés sur les bancs de condensateurs. On s'assure par ce plus grand nombre d'essais, que de façon peu probable, le disjoncteur coupe des courants capacitifs sans réallumage.

En fin de vie, l'appareil doit pouvoir assurer les fonctions de protection pour lesquelles il est prévu. Les essais mécano-climatique comportent 10.000 cycles de manœuvres effectuées dans différentes conditions climatiques. Les essais d'endurance électrique sont basés sur des statistiques établies pour chaque niveau de tension, du nombre moyen d'opérations effectuées par un disjoncteur pendant ses 25 ans de service, et du niveau de courant coupé.

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3. LE TRANSFORMATEUR

3.1.2. LA MAÎTRISE DE L'ASPECT THÉORIQUE ● Le calcul des courants de court-circuit

Il est fait conformément aux normes de références ou au cahier des charges. On prend en compte tous les cas possibles de courtscircuits : courts-circuits bi et triphasés, courts-circuits monophasés, aux bornes de tous les enroulements. On considère l'hypothèse la plus pessimiste d'un courtcircuit franc, avec asymétrie maximum du courant de court-circuit. Enfin on retient le cas le plus sévère.

3.1. LA TENUE AUX COURTS-CIRCUITS DES TRANSFORMATEURS

● Le calcul des efforts électrodynamiques de court-

circuit et des contraintes qui en résultent Le transformateur doit supporter les effets thermiques et mécaniques du court-circuit pendant la durée spécifiée ( en général 2 secondes ).

3.1.1. INTRODUCTION La tenue aux courts-circuits des transformateurs est un élément essentiel de fiabilité pour l'utilisateur. Les points principaux qui permettent d'assurer la tenue aux courts-circuits sont :

L'aspect thermique se calcule simplement, avec l'hypothèse d'un échauffement adiabatique des bobinages pendant le court-circuit. Cet aspect est rarement dimensionnant pour les transformateurs de grande puissance.

● La capacité du constructeur à maîtriser le calcul des

efforts électrodynamiques et des contraintes qui en résultent. ● L'expérience effective du constructeur pour des essais

de tenue aux courts-circuits, qui permettent de valider les hypothèses prises à la conception. ● La capacité du constructeur à maîtriser la fabrication

dans le cadre d'un système d'Assurance Qualité. Depuis plus de 30 ans, les constructeurs français, en collaboration avec EDF ont réalisé de nombreux essais. Ainsi ils ont acquis une très bonne maîtrise des problèmes de courts-circuits.

L'aspect tenue aux efforts électrodynamiques est de loin le problème principal pour les transformateurs de grande puissance, où ces efforts peuvent atteindre des valeurs importantes. Les efforts électrodynamiques sont calculés d'après la loi de Laplace. La justesse du calcul dépend essentiellement de la détermination du champ magnétique de fuite. Les calculs de champ magnétique peuvent être faits facilement à partir des méthodes analytiques classiques, ou avec des méthodes à éléments finis. Les constructeurs disposent de programmes permettant un calcul rapide et précis des efforts électrodynamiques ( voir partie " modélisation des transformateurs " ).

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● L'expérience des constructeurs français

Exemples de tracés de champ magnétique :

Cette expérience porte sur de nombreux appareils effectivement testés au court-circuit depuis plus de 30 ans. La plupart de ces essais ont été réalisés à la station EDF des Renardières. Ces essais couvrent pratiquement toute la gamme des puissances et tensions des transformateurs actuels. En particulier les transformateurs 20 et 36 MVA, 63 et 90 kV, ont été essayés aux courts-circuits. Ils ont supporté avec succès 72 essais, 8 par phase, sur 3 positions de réglage ! La pratique de ces essais a permis à chaque constructeur d'améliorer sa propre technologie. Au niveau de la conception, on a pu déterminer grâce à ces essais les contraintes maximum admissibles sur le cuivre, les isolants et les structures de maintien de la partie active.

Schéma 3 : tracés de champ magnétique en technologie cuirassée à enroulements alternés

Schéma 4 : tracés de champ magnétique en technologie colonnes à enroulements concentriques

Dans tout transformateur, le champ magnétique présente une composante axiale ( qui induit des efforts radiaux ) et une composante radiale ( qui induit des efforts axiaux ). Les efforts aussi bien axiaux que radiaux sont à prendre en compte par le concepteur. ● Les contraintes liées aux efforts de court-circuit

Les contraintes qui s'exercent sur la partie active sont : Les contraintes de flexion du cuivre entre cales ou réglettes. ● Les contraintes de compression ou de traction du cuivre. ● Les pressions sur les isolants, liées aux efforts axiaux. ●

On calcule également les contraintes transmises au circuit magnétique ou à son habillage, et éventuellement à la cuve.

3.1.3. LA MAÎTRISE DE L'ASPECT PRATIQUE ● Les essais de tenue aux courts-circuits

Ils sont effectués en conformité avec la norme spécifiée ou le cahier des charges.

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Au niveau de la fabrication, les précautions constructives suivantes ont été prises : ● bobinages des enroulements sous tension mécanique contrôlée pour éliminer les jeux entre spires. ● maîtrise dimensionnelle des bobinages avec leurs isolants. ● pré-serrage des bobinages à un niveau suffisant pour limiter tout déplacement en cas de court-circuit.

3.1.4. DÉMONSTRATION DE LA TENUE AUX COURTS-CIRCUITS PAR LE CALCUL Un essai de tenue aux courts-circuits est coûteux et parfois incompatible avec le délai de livraison des transformateurs. On a donc souvent recours au calcul pour justifier la tenue aux courts-circuits. Se pose alors le problème de la validité du calcul qui dans l'absolu, ne peut pas être considéré comme suffisant. Les constructeurs suivent la méthode en cours de mise au point à la CIGRE.

Ces essais permettent de vérifier la validité des hypothèses de conception, ainsi que le comportement global de l'appareil, et la qualité de la fabrication.

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On a également mis en évidence l'importance d'un bon équilibrage des centres magnétiques des groupes haute tension et basse tension.

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Le calcul détaillé doit faire apparaître des contraintes (sur le cuivre, sur les isolants) inférieures ou égales à celles calculées avec les mêmes méthodes sur un appareil testé avec succès. Ce calcul peut être fait, en cas de commande, sous forme d'une note technique, ou d'une revue de conception.

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3.2. LA CAPITALISATION DES PERTES

● En ce qui concerne les pertes dues à la charge, les

constructeurs ont également mis en œuvre des améliorations notables.

3.2.1. PERTES ET RENDEMENT ● Les transformateurs ont, d'une manière générale, un

L'utilisation de câbles prépermutés par exemple, permet une réduction importante des pertes par effet Foucault, dans les bobinages.

très bon rendement. Ce rendement est souvent supérieur à 99.7 % pour les transformateurs de puissance. ● Les pertes ont été considérablement réduites depuis

de nombreuses années. ● En ce qui concerne les pertes à vide, il est apparu sur

le marché des tôles magnétiques avec des pertes spécifiques de plus en plus faibles. Les tôles hipersil classiques sont toujours utilisées, mais actuellement les constructeurs disposent de tôles à haute perméabilité, ainsi que de tôles scratchées qui sont actuellement les meilleures tôles du marché. Par ailleurs, les constructeurs ont amélioré la découpe des circuits magnétiques. La découpe classique à 45° a été remplacée par une découpe plus élaborée avec plusieurs plans de joints. Cette découpe à joints décalés élimine l'effet des entrefers au niveau des joints du circuit magnétique, et conduit à une réduction importante des pertes à vide.

Schéma 7

Les pertes supplémentaires liées au flux de fuite ont aussi été réduites grâce à l'emploi d'écrans magnétiques. Pour toutes ces pertes liées au flux de fuite, les constructeurs utilisent des calculs de plus en plus élaborés de champs magnétiques. Il est actuellement possible de faire ces calculs en 3 dimensions.

3.2.2. PRIX DES PERTES Il existe toujours de nombreuses solutions possibles pour une spécification donnée, notamment en ce qui concerne les pertes. D'une manière générale, le prix d'un transformateur augmente lorsque les pertes diminuent. Par exemple, si on utilise les meilleures tôles scratchées disponibles, les pertes à vide du transformateur diminueront fortement par rapport à une version avec tôles hipersil conventionnelles, mais le prix du transformateur augmentera. Il est donc essentiel que le client spécifie le prix des pertes. Cela permet d'une part, à chaque constructeur de mettre au point une solution se rapprochant d'un optimum théorique, qui serait le prix capitalisé minimum. Cela permet d'autre part, au client de comparer les offres de plusieurs constructeurs sur la même base.

Schéma 5 Découpe classique à 45°

3.2.3. VALEURS USUELLES DE CAPITALISATION DES PERTES La valeur de la capitalisation des pertes pour les transformateurs est actuellement stable, et les valeurs usuelles sont :

Schéma 6 Découpe à joints décalés

Pertes à vide : Pertes dues à la charge : Pertes auxiliaires :

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3.300 Euro/kW 1.000 Euro/kW 1.000 Euro/kW

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Les postes HT / MT

Ces valeurs peuvent varier sensiblement suivant l'utilisation de l'appareil. Par exemple, un transformateur élévateur de centrale fonctionne à pleine charge. En conséquence, on considèrera le même prix pour évaluer les pertes à vide et les pertes dues à la charge. D'autre part, certains clients peuvent avoir besoin de valeurs de capitalisation de pertes très supérieures ou très inférieures aux valeurs typiques mentionnées ci-dessus. Exemple - Recherche d'un optimum :

Solution

Prix du Pertes transformateur totales

A B C

100 106 97

Pertes à Pertes dues Pertes = vide + à la charge + auxiliaires

100 92.3 115.6

16.4 17 15.1

80.7 73 97.6

P r i x 1

2.9 2.3 2.9

c a p i t a l i s é 2 3

100% 99.9% 105.3%

100% 97.5% 108.5%

100% 103.4% 100.2%

Le prix et les pertes sont établis en comparaison avec la solution A prise comme référence.

1. Forces de magnétostriction qui s'exercent dans le plan des tôles magnétiques.

Le prix capitalisé a été établi avec 3 hypothèses de prix de pertes.

2. Forces de Maxwell qui se produisent là où il y a une discontinuité du circuit magnétique (joints, espaces entre tôles).

1. Niveau de prix de pertes courant. 2. Niveau de prix de pertes élevé. 3. Niveau de prix de pertes faible. Avec la première hypothèse, la solution A est la meilleure : A et B ont le même prix capitalisé, mais A a un prix de transformateur plus faible.

3. Forces de Laplace qui ont leur origine dans les enroulements et qui sont proportionnelles aux courants. Ces forces sont importantes pendant un essai de court-circuit. Il existe plusieurs solutions pour limiter le niveau de bruit.

Avec la seconde hypothèse, la solution B est la meilleure.

Pour le bruit d'origine interne :

Avec la troisième hypothèse, la solution C est la meilleure : A et C ont le même prix capitalisé, mais C a un prix de transformateur plus faible.

● Utiliser des tôles magnétiques HI.B. ● Diminuer l'induction magnétique : abaisser l'induction

de 1.75 Tesla à 1.50 Tesla, réduit le niveau de bruit de 7 dB. Si on utilise en plus une conception à joints décalés (Step Lap Core) on peut obtenir une réduction supplémentaire de 4 dB.

Sur cet exemple on peut voir l'importance d'une évaluation pertinente du prix des pertes, afin de comparer et choisir les meilleures solutions, suivant les besoins du client.

3.3. LE BRUIT DES TRANSFORMA TEURS DE PUISSANCE Le bruit des transformateurs a une origine interne de nature électromagnétique et une origine externe liée aux ventilateurs (pour les types de réfrigération à air forcé). Le bruit d'origine électromagnétique met en jeu trois types de forces alternatives. Les fréquences à considérer sont 100 Hz ou 120 Hz, et leurs premiers harmoniques :

● Ajouter des barrières acoustiques autour de la cuve.

Pour le bruit des ventilateurs : ● Choisir des ventilateurs à faible vitesse, avec rendement optimum. ● Utiliser un ou deux stades de réfrigération. ● Inclure des silencieux dans le système de réfrigération. ● Pour des niveaux de bruit spécifiés très faibles, utiliser

un refroidissement naturel, avec des radiateurs.

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Nous montrons deux exemples relatifs à des appareils de réseau : ● Le premier est un autotransformateur 336 MVA535 /

141kV conçu avec un faible niveau d'induction (1.5 Tesla) installé aux USA.

Niveau de bruit : 69dB Nema Standard

3.4. CONNEXIONS POUR LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Un des problèmes importants à résoudre pour l'installation d'un transformateur est son raccordement aux réseaux d'alimentation et d'utilisation. Toutes sortes de solutions sont possibles à l'extérieur, à l'intérieur, avec des liaisons huile ou SF6 selon les utilisations, les tensions et les intensités en jeu. Aujourd'hui, l'environnement intervient dans les solutions.

3.4.1. LIAISONS NON PROTÉGÉES PAR TRAVERSÉES Sur la partie extérieure de la traversée, l'extrémité a une forme cylindrique ou plate permettant l'adaptation de cosses de raccordement. Ces liaisons non protégées doivent être conformes avec les normes de sécurité.

3.4.2. LIAISONS PROTÉGÉES Elles peuvent se faire par bornes embrochables, boîtes à câbles ou liaisons SF6 ● Normes embrochables ou traversées :

ce type de traversée limitée à 1250 A et 36 kV, permet la connexion directe des câbles isolement sec au transformateur. Une traversée embrochable est constituée essentiellement de deux parties : une pièce fixe située sur le couvercle du transformateur et une pièce mobile recevant le câble. La connexion entre la partie fixe et la partie mobile se fait par contact embrochable (du type à tulipe).

● Le second exemple montre une réactance 85MVAR

315kV installée au Canada, à l'intérieur d'une enceinte acoustique. Cette réactance est équipée de radiateurs montés à l'extérieur de l'enceinte. Niveau de bruit : 55dB Nema Standard

Remarque : la connexion ou la déconnexion du transformateur doit toujours se faire hors tension . Pour éviter les fausses manœuvres il est possible de monter un système de verrouillage évitant toute manipulation lorsque le transformateur est sous tension.

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Les postes HT / MT

● Boîtes à câbles :

● Liaison SF6 :

Ce système permet une interface entre les câbles d'arrivée ou de départ et les bornes du transformateur. Les boîtes à câbles évitent tout contact accidentel sur les parties sous tension. La protection extérieure est assurée par une structure en tôle ou des boîtes moulées en fonte. Si la matière isolante est l'air (fig.8) ces boîtes peuvent être utilisées pour des tensions jusqu'à 36 kV et des intensités jusqu'à 4000 A. Au-dessus de 36 kV, l'utilisation de l'huile ou du compound s'impose comme milieu isolant pour obtenir un dimensionnement compatible avec la taille du transformateur (fig. 9). Jusqu'à 72.5 kV, ces boîtes peuvent être tripolaires, audelà elles sont unipolaires. L'huile des boîtes à câbles est indépendante de celle du transformateur. Le passage du transformateur à la boîte se fait par l'intermédiaire d'une traversée huile-huile.

Pour les hautes tensions et dans certaines configurations d'environnement, les traversées ainsi que les boîtes à câbles ont des dimensions prohibitives. Il est intéressant dans ces cas d'envisager une liaison sous SF6. La compacité des installations sous SF6 et la sécurité apportée ont vu leur domaine d'action descendre jusqu'à des tensions de 72.5 kV. Cette solution est de plus en plus souvent recommandée pour les sousstations installées en ville. L’installation extérieure au transformateur (barres, sectionneurs, disjoncteurs, etc.) est conditionnée sous SF6 (postes blindés). Il est, dans ce cas nécessaire, d'effectuer une interface entre le transformateur et les gaines de départ dont l'isolement est réalisé par du SF6 sous pression.

Fig 8

Le départ est réalisé par câble isolé dont le raccordement est effectué à l'intérieur de la boîte. Le départ se fait par câble équipé d'une tête de câble avec bride de fixation. Les jonctions s'effectuent à l'intérieur de la boîte par des portes de visite appropriées . La boîte à câble peut être équipée si nécessaire d'un sas de déconnexion.

L'étanchéité est maintenant assurée par le corps isolant de la traversée. Un détecteur permet de détecter une éventuelle migration du gaz vers le transformateur. Pour les installations à l'extérieur, un système élastique (soufflet) est interposé entre la liaison et le transformateur. Il permet d'absorber les contraintes mécaniques dues à la dilatation des gaines.

Fig 9

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Les postes HT / MT ◆ 2.2

3.4.3. RAPPELS IMPORTANTS Quelques conseils pour optimiser les raccordements électriques des transformateurs : Les sorties d'un transformateur triphasé correspondent en général aux phases et au neutre du primaire et/ou du secondaire. Mais il se peut également qu'elles correspondent aux extrémités des enroulements de chaque phase, le couplage se faisant alors à l'extérieur du transformateur. Il est alors important de définir correctement le positionnement des bornes de l'appareil afin de simplifier au maximum les connexions extérieures. C'est le cas également des transformateurs monophasés, équipant un banc triphasé.

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L'isolement d'un certain nombre de type de raccordements est sensible à la pollution. C'est le cas des traversées pour lesquelles il est indispensable de vérifier périodiquement l'état de propreté des porcelaines. Ne pas oublier que toute installation est soumise à des contraintes mécaniques engendrées par des phénomènes thermiques (dilatation) ou électromécaniques (courtcircuit). Toutes les précautions doivent être prises pour éviter de transmettre ces efforts au niveau des bornes du transformateur en prévoyant, le cas échéant, l'installation d'une liaison souple entre les sorties de l'appareil et les liaisons aval et amont. Dans le cas de liaisons par contact boulonné, celles-ci se feront dans les règles de l'art afin d'éviter tout risque de point chaud dû à une résistance de contact trop élevée. En particulier en cas de changement du métal conducteur (cuivre-aluminium ou aluminium-cuivre), il est nécessaire d'interposer une interface bimétal.

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4. LE POSTE 4.1. SÉCURITÉ DU PERSONNEL EXPLOITANT EN CAS DE DÉFAUT INTERNE DANS L'APPAREILLAGE ● Exigences demandées au matériel pour assurer la

sécurité en cas de défaut interne. Depuis de nombreuses années il est demandé au matériel électrique, notamment aux cellules préfabriquées MT de répondre à cette exigence, et il est aujourd'hui courant de trouver cette demande de tenue, dans les cahiers des charges. Un effort considérable a été fait par les constructeurs pour assurer la tenue du matériel, ces essais sont aujourd'hui bien normalisés dans la CEI 298. Ces exigences sont aussi demandées pour les GIS et sont normalisées dans la norme CEI 517.

4.2. DISPONIBILITÉ D'UNE SOUS STATION HT/MT Les départements de qualité considèrent normalement les défauts des produits et des systèmes mais ne mesurent pas les effets de ces défauts sur la non disponibilité. Les études de disponibilité donnent une appréciation quantitative sur les pertes de fonctionnement. En partant d'un concept de sous-station nouvelle, il peut être mis en évidence facilement ce concept d'étude de sécurité de fonctionnement pour une sous-station HT/MT comprenant, 2 lignes, 1 couplage, 2 cellules transformateurs, 2 transformateurs et un certain nombre de cellules MT comprenant un couplage.

➥ pour mémoire, se référer au schéma unifilaire (Schéma 10)

L'amorçage d'un arc à l'intérieur de l'appareillage sous enveloppe métallique est accompagné par divers phénomènes physiques. L'énergie d'un arc développé dans l'air à la pression atmosphérique ou dans un gaz isolant à l'intérieur de l'enveloppe provoquera une surpression interne et de forts échauffements locaux, représentant pour l'équipement des contraintes mécaniques et thermiques élevées. Cette surpression interne agit sur les capots, portes, voyant. L'effet thermique de l'arc agit sur l'enveloppe, et provoque l'expulsion de gaz chauds, et de particules incandescentes, par des membranes ou clapets judicieusement placés sur le matériel. Une simulation de l'environnement, murs, plafond, pour le matériel d'intérieur permet de tester le matériel dans les conditions normales d'exploitation. Des indicateurs en tissu sont disposés verticalement et horizontalement, en face avant des cellules préfabriquées, zone où le personnel exploitant pourrait se trouver.

● L'objectif final est de garantir au client la continuité de

service de la sous station. Pour se faire, la perte de puissance sur le jeu de barres sera le critère choisi. La liberté d'action au niveau de la conception de l'étude incite à réaliser une étude de disponibilité. L'identification des points faibles permet de proposer deux leviers d'action : ● ●

● Un des faits révélé par l'étude est qu'un disjoncteur de

couplage haute tension augmente la disponibilité par rapport à un sectionneur - voir schéma unifilaire.

Divers critères sont retenus pour qualifier le matériel : ● les portes, capots normalement en place ne sont pas ouverts. ● pas de projections de particules de grandes dimensions pouvant présenter un danger. ● pas d'indicateurs brûlés.

le remplacement d'un sectionneur de couplage par un disjoncteur augmente la disponibilité de la sous station de 30%. ● l'adjonction d'un sectionneur de terre sur une travée haute tension transformateur améliore la maintenabilité et en même temps maintient une globale disponibilité. ● en dépit d'un temps de réparation long, les transformateurs ne sont responsables que de 2,5% de non disponibilité. ●

Des dispositions constructives sont prises pour assurer la tenue de ces critères, et l'art du constructeur est de canaliser les gaz chauds, tout en les refroidissant, pour diminuer leur vitesse d'évacuation et leur température.

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améliorer l'étude, préparation d'un plan de maintenance adapté au risque que le client accepte d'assumer. Ce plan doit prendre en compte l'établissement de procédures de maintenance et la constitution d'un stock de pièces de rechange.

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Les postes HT / MT

● Au moyen d'un exemple étudions une sous-station

b) Autres appareils excepté les transformateurs : Les étapes de maintenance sont les suivantes : ● détection alarme ● diagnostic ● transport de l'équipement de remplacement si nécessaire ● réparation ● mise en service

conventionnelle de type H. L'événement indésirable choisi est la perte de puissance sur le jeu de barres MT. voir schéma unifilaire (schéma 10) le schéma en H comprend : 2 arrivées ligne, 2 cellules transformateurs, 1 couplage ● option 1 : le couplage est réalisé par un sectionneur, ● option 2 : le couplage est réalisé par un disjoncteur débrochable. ● ●

● Le calcul est réalisé par un logiciel modelant la sous

station sous forme de réseau électrique. ● Des données sont issues de l'expérience des

constructeurs ou extraites de littérature spécialisée. ●

Le réseau est modelé sous forme de nœuds et de branches. Chaque élément forme un composant basic avec lequel sont associées les caractéristiques de défaut : mode, rapport de défaut, temps de réparation.

des rapports de défauts des disjoncteurs, sectionneurs et transformateurs sont extraits des statistiques de défauts. De ces statistiques nous avons extrait les modes de défaut affectant la disponibilité.

●

des données détaillées sont aussi accessibles pour la dépendance des équipements de contrôle et de protection.

●

pour les autres appareils nous utiliserons les informations données dans la littérature spécialisée qui a l'avantage de globaliser les données de sûreté de fonctionnement au niveau international.

Modes de défaut : ● M1 défaut d'isolation, ● M2 ouverture intempestive, ● M3 défaut d'ouverture suite à un court-circuit, ● M4 défaut d'alimentation électrique, ● M5 défaut de basculement du normal secours, ● M6 défaut de déclenchement, ● Les résultats ci-dessous montrent pour le couplage,

l'avantage indéniable du disjoncteur débrochable par rapport au sectionneur.

● Les scénarios de réparation sont définis comme suit :

Exemple : un simple défaut de base cause l'événement indésirable (perte de puissance sur le jeu de barre MT) ● défaut d'isolation côté jeu de barres MT, ● défaut d'isolation côté départs MT, ● défaut d'isolation sur le disjoncteur de couplage MT, ● défaut d'isolation sur le disjoncteur d'arrivée MT, ● la plupart des défauts simples de base sont éliminés par le disjoncteur de couplage.

a) Transformateurs : ● scénario A : réparation avec les pièces de rechange disponibles sur site ●

scénario B : réparation sans les pièces de rechange disponibles sur site

●

scénario C : réparation possible sur site Alternative 1 - Couplage HT réalisé par sectionneur

Alternative 1

Ratio de non disponibilité heures / an

Départs MT pris en compte Scénario défaut transformateur

Départ MT non pris en compte Scénario défaut transformateur

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1.44

1.43

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Alternative 2 - Couplage HT réalisé par disjoncteur débrochable

Alternative 2

Ratio de non disponibilté heures / an

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Départs MT pris en compte Scénario défaut transformateur A B C

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Les postes HT / MT ◆ 2.2

● En conclusion, nous avons montré l'avantage de

Alternative 1

réaliser une étude de disponibilité. De cette manière il est possible de proposer à l'utilisateur la solution la mieux adaptée à son besoin. De plus il est à souligner que les résultats sont intéressants pour être comparés avec les solutions possibles. Des incertitudes sur les données excluent l'utilisation de valeurs absolues. Nous sommes dans le domaine des probabilités et un constructeur ne peut pas contractuellement garantir la disponibilité d'une sous-station. Pour pouvoir améliorer l'efficacité des réseaux électriques, l'exploitant demande de plus en plus de services spécifiques. Ceux-ci peuvent être inclus dans les équipements ou être fournis en tant que tels. À titre d'exemple, on peut citer quelques types de services spécifiques disponibles : ● De plus en plus la réduction des temps de mise à

disposition des postes complets est exigée et les constructeurs français ont adapté leurs sites industriels pour satisfaire cette nouvelle exigence. Mais les services couvrent aussi l'ingénierie complète du poste depuis la conception jusqu'à l'installation et les tests avant mise en service. ● Une fois le poste en service, et pour les besoins de

maintenance, le pilotage des transformateurs de puissance associé au diagnostic de l'évolution de l'huile de l'équipement peut être proposé. La surveillance du disjoncteur est aussi un besoin croissant. Dans ce cas, des dispositifs de détection d'arc ou des outils de maintenance prédictive existent comme fonctions complémentaires incorporées dans les équipements.

Alternative 2

● Pour un meilleur confort d'exploitation des réseaux, le

pilotage en ligne est aussi largement demandé. Ceci se fait généralement en pilotant le poste. Le téléréglage des protections ou leur autotest complètent ces dispositifs d'optimisation.

Fig.10

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5. LES SERVICES

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5.1. RÉDUCTION DU DÉLAI DE LIVRAISON

5.2.1. PHASES ÉTUDES Dans la phase études, trois critères sont à considérer :

L'achat d'un poste HT/MT représente un investissement important. Les clients, face à des contraintes économiques de plus en plus sévères, passent de plus en plus de temps à définir leurs besoins et à optimiser leurs choix technico-commerciaux. Ce comportement général conduit à des commandes tardives et par conséquent à des délais de livraison de plus en plus courts. Les constructeurs français ont anticipé cette évolution et ont réussi en réduisant le temps de fabrication. Pour cela, ils ont dû modifier leurs études, leur processus de fabrication et leur organisation industrielle. Actuellement, ces profonds changements leur permettent de proposer et d'atteindre un délai de livraison inférieur de moitié par rapport à celui pratiqué il y a cinq ans.

● L'environnement de l'ouvrage, ● La technique du poste, ● L'aspect financier.

Étude de l'environnement : Dès la phase d'étude, les problèmes d'environnement doivent être pris en compte afin de réaliser un ouvrage intégré dans le paysage. Le rôle prépondérant du chef de projet apparaît clairement. Il assure les relations avec les différentes administrations telles que préfecture, mairie, associations de riverains pour concilier au mieux la notion d'environnement. Le cahier des charges de l'architecture est le suivant : étude des matières, coloris, textures et formes pour l'ensemble des éléments du poste. ● étude de l'interface poste/environnement extérieur, c'est-à-dire de l'enceinte (clôture) et du portail, ainsi que des abords. ● étude des architectures internes aux installations. ●

5.2. ÉTUDES ET RÉALISATION DES POSTES HT/MT L'ingénieur chef de projet, chargé des études et de la réalisation d'un poste a besoin d'une méthode lui permettant de : ● Déterminer : ● ● ●

les différents facteurs à prendre en compte, les différents types de solutions possibles, les caractéristiques des différentes solutions.

● Dialoguer, communiquer efficacement avec les constructeurs d'appareillages et d'équipements électriques, les ensembliers et installateurs :

Nous aborderons succinctement la phase étude et la phase réalisation d'un tel projet.

Étude technique : Une fois que les contraintes demandées par les administrations et les riverains sont définies, le chef de projet doit étudier la faisabilité technique de l'ouvrage. Il doit trouver une solution qui concilie les notions d'environnement et ses impératifs techniques. En fonction des besoins et contraintes à satisfaire, le choix du type de poste est retenu : ➤ poste extérieur, ➤ poste intérieur. On peut noter que les liaisons souterraines pour les arrivées lignes HT ou les alvéoles des transformateurs améliorent l'impact visuel. Étude économique : Un poste intérieur est plus onéreux qu'un poste extérieur. Les postes intérieurs offrent par contre un grand nombre d'avantages, en particulier : ➤ grande facilité d'intégration dans l'environnement, ➤ faible emprise au sol, ➤ équipement électrique moins onéreux, ➤ etc.

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Certains équipements peuvent remplir plusieurs rôles :

5.2.2. PHASE RÉALISATION

les thermostats : température de l'huile dans la cuve du transformateur, maîtrise de la réfrigération des radiateurs par les ventilateurs, avec contacts d'alarme et de déclenchement. ● les thermomètres : avec un index de maximum avec contacts d'alarme et de déclenchement ● image thermique : plus haute température de l'enroulement ● relais Buchholz de protection : ➤ déconnecte le transformateur s'il y a un dégagement de gaz suite à la décomposition des matériaux d'isolation solide et liquide sous l'effet de la chaleur ou d'un arc électrique (deux contacts peuvent fonctionner : alarme et déclenchement) ➤ protège le transformateur si il y a une fuite importante du diélectrique. ●

La phase de travaux est délicate parce qu'elle génère une gêne importante pour les riverains : ● Pollution sonore, ● Pollution visuelle, ● Entrave à la circulation.

Bien que cette gêne soit ponctuelle, il est nécessaire que les travaux se déroulent le plus rapidement possible et le plus discrètement possible. L'utilisation de sous-ensembles préfabriqués, des cellules Moyenne Tension ont permis de diminuer la durée du chantier. En effet, la préfabrication implique un travail en temps masqué pour le chantier. La préfabrication est aussi un gage de qualité et de sécurité. Il est toujours plus facile de travailler dans un atelier, en intérieur, avec tout l'outillage nécessaire, que sur un chantier où les conditions climatiques ne sont pas toujours évidentes et où il manque toujours l'outil dont on a justement besoin.

relais de protection du changeur de prises en charge : pour la protection de la seule cuve du changeur de prises en charge ● indicateur de niveau de l'huile : niveau de l'huile dans le conservateur, avec un ou deux contacts ● indicateur de circulation d'huile : à deux positions marche / arrêt, état des pompes de circulation d'huile. ● soupape de sécurité : sensible à l'augmentation de la pression dans la cuve du transformateur. Par sa rapidité d'ouverture, la pression décroît et la cuve se trouve protégée contre les dommages. ●

L'organisation du chantier est aussi primordiale. Si elle est bien cadrée, elle permet de minimiser le risque d'incidents. La sécurité est donc renforcée. C'est de l'organisation que dépend aussi le respect des délais.

5.3. SURVEILLANCE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Les transformateurs de puissance ont toujours été équipés de dispositif de protection et commande qui permettaient l'analyse, le diagnostic et la prévention. La protection des transformateurs a trois objectifs : ● Protéger l'appareil de perturbations extérieures,

courts-circuits, surtensions et surcharges, ● Protéger les installations connectées à l'appareil et son

environnement l'appareil,

de

défauts

apparaissant

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● Surveiller le fonctionnement de l'appareil, avertir de

toute évolution dangereuse, et limiter les dégâts si un défaut apparaissait.

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La mesure de variables comme les tensions et les intensités permet le contrôle du transformateur. Les moyens nécessaires à ces mesures sont : ● Les transformateurs de tension, ● Les transformateurs d'intensité, ● La commande à distance des positions du changeur de prises en charge Jusqu'à maintenant, toutes ces informations sont vérifiées régulièrement depuis la salle de commande ou sur le site. Aujourd'hui, d'autres informations peuvent être fournies aux clients et leur permettent une surveillance continue du transformateur : ● Hydrogène dans l'huile ● Humidité de l'huile ● Humidité de l'air dans le conservateur ● Pression de l'huile dans les traversées haute tension ● Mesure de décharges partielles Toutes ces informations, selon la puissance et la position stratégique du transformateur, faciliteront la maintenance préventive et réduiront le coût de visite de routine sur le site. Pour tous les appareils, l'analyse de gaz dans l'huile du transformateur restera le moyen le plus précis pour un diagnostique sur l'évolution et le vieillissement du transformateur.

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Fig 11

5.4.ANALYSE DES GAZ DISSOUS DANS L'HUILE DES TRANSFORMATEURS Lors de la manifestation d'un phénomène thermique ou électrique anormal au sein d'une isolation, des produits de décomposition vont se former suite à la détérioration des matériaux concernés. La majeure partie de ces composés sont des gaz comme l'hydrogène, les hydrocarbures légers et les oxydes de carbone. Leur composition dépend à la fois du type de phénomène à leur origine et des isolants mis en cause. Dans le cas d'un transformateur en service, si le phénomène est brutal et de forte intensité, les gaz produits vont se dégager au Buchholz entraînant soit une alarme, soit un déclenchement avec mise hors tension de l'appareil. Par contre, si le phénomène est suffisamment lent et d'importance limitée, les gaz produits vont se dissoudre dans l'huile sans provoquer de manifestation visible susceptible d'attirer l'attention quant au comportement de l'appareil. L'analyse périodique des gaz dissous dans l'huile apporte donc un moyen facile d'évaluation du comportement des transformateurs. Elle peut mettre en évidence la présence d'éventuel défaut latent dont la connaissance, si elle est obtenue à temps, peut éviter de graves incidents pour l'appareil.

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Les analyses des gaz dissous s'effectuent par chromatographie en phase gazeuse, après leur extraction de l'huile. Les méthodes de prélèvement des échantillons et les procédures d'analyse doivent répondre à la norme CEI 567 : guide pour le prélèvement des gaz et de l'huile dans le matériel électrique rempli d'huile et pour l'analyse des gaz libres et dissous. Il est recommandé d'utiliser des seringues en verre équipées d'un robinet inox pour effectuer les prélèvements d'huile en évitant toute entrée d'air. De nombreuses méthodes d'interprétation des analyses de gaz dissous ont été proposées. Malgré quelques différences provenant essentiellement des expériences propres de leur auteur ou des types de matériels pour lesquels elles ont été élaborées, elles sont toutes basées sur les mêmes principes généraux : nature de gaz caractéristiques formés par un type de dégradation, ● quantités relatives de la production de ces gaz caractéristiques. ●

En effet, d'une manière schématique, le degré d'insaturation et la proportion des gaz insaturés sont d'autant plus importants que l'énergie mise en jeu dans la dégradation est forte ou que la température du phénomène est élevée : ●

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des décharges partielles de faible énergie se manifestent dans des vacuoles gazeuses conduisant à une production importante d'hydrogène avec un peu d'hydrocarbures saturés (méthane et éthane en plus faible proportion).

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des phénomènes thermiques conduisent à une production d'éthylène avec un rapport éthylène/éthane croissant avec la température, ● des décharges de forte énergie ou des petits arcs provoquent une formation d'acétylène. D'autre part, une quantité d'oxyde de carbone, CO et CO2, est significative de la participation d'isolants cellulosiques dans la dégradation . ●

L'interprétation de l'analyse des gaz dissous dans l'huile des transformateurs permet l'identification de la dégradation par l'analyse des valeurs de trois rapports de concentration de gaz dissous C2H2 /C2H4, CH4/H2 et C2H4/C2H6 dont les limites correspondent aux différents types de défauts répertoriés. La norme CEI 599, en cours de révision, régit l'interprétation des résultats des analyses des gaz dissous.

5.4.1. CONCLUSIONS ET PRÉCAUTIONS L'analyse des gaz dissous par chromatographie gazeuse dans les huiles prélevées dans des appareils en service apporte incontestablement un moyen efficace pour déceler des défauts latents et pour évaluer le comportement de l'appareil examiné. Toutefois, l'interprétation des résultats, vis-à-vis de l'état du transformateur et des actions à entreprendre est bien souvent délicate et reste toujours du domaine du spécialiste. En effet, l'interprétation des résultats doit très souvent être traitée individuellement sans faire appel à des méthodes générales ou préétablies.

5.5. MONITORING DES DISJONCTEURS Le disjoncteur est l'organe essentiel des postes T.H.T. Il doit pouvoir manœuvrer de façon fiable sur commande manuelle et lorsqu'il est sollicité par les relais de protection du poste. Les constructeurs s'assurent d'une conception fiable en intégrant leur expérience dans la conception de nouveaux appareils tout en s'appuyant sur des méthodes modernes, telles que l'AMDEC, ainsi que sur des calculs de modélisation mécanique, électrique et diélectrique. La conception est, bien sûr, validée par des essais de type par les normes ainsi que par des essais complémentaires plus sévères. Il est apparu toutefois utile d'assurer quelques fonctions de surveillance de paramètres essentiels permettant de garantir un bon fonctionnement du disjoncteur ou de détecter une dérive annonciatrice de défaut possible ; l'exploitant peut alors intervenir de façon préventive.

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5.5.1. PRESSION SF6 Les disjoncteurs fonctionnent sous une pression SF6 de quelques bars et il est nécessaire de s'assurer que cette pression ne descend pas au-dessous d'un seuil minimal. Généralement un premier seuil d'alarme est prévu pour permettre à l'exploitant de procéder au regonflage de l'appareil à la pression nominale. Un deuxième seuil d'alarme est prévu si la pression atteint la valeur minimale.

5.5.2. CIRCUITS AUXILIAIRES Il est nécessaire de s'assurer de la présence des tensions auxiliaires destinées à l'alimentation du moteur du mécanisme, des relais auxiliaires et des bobines d'enclenchement et de déclenchement. Des relais de présence tension assurent cette fonction. De plus des dispositifs de supervision des circuits de déclenchement/enclenchement garantissent l'intégrité des circuits correspondants.

5.5.3. ÉNERGIE EMMAGASINÉE DANS LE MÉCANISME. Les puissances mises en jeu lors de la manœuvre du disjoncteur nécessitent un stockage des énergies correspondantes. Suivant le type de mécanisme employé la surveillance du niveau d'énergie stockée se fera de diverses façons : ● Pour les commandes mécaniques : vérification de compression des ressorts d'enclenchement / déclenchement. ● Pour les commandes hydrauliques, pneumatiques ou à SF6 : le niveau de pression du fluide est vérifié par un pressostat.

5.5.4. SYNCHRONISME ENTRE POLES Pour les disjoncteurs ayant un mécanisme de commande unipolaire il est prévu, pour le cas de manœuvre tripolaire, un dispositif dit de discordance de phases détectant la non-opération d'un ou de deux pôles en cas d'ordre de manœuvre triphasée.

5.5.5. VITESSE DES CONTACTS MOBILES L'information vitesse des contacts mobiles des chambres de disjoncteur est un paramètre intéressant à surveiller car une vitesse correcte (à l'ouverture et à la fermeture) est une condition essentielle d'un fonctionnement normal de l'appareil. Les temps de fonctionnement de chaque pôle sont mesurés, comparés entre eux et à des valeurs minimales/maximales autorisées.

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5.5.6. RECONSTITUTION DE L' ÉNERGIE DE COMMANDE Dans le cas d'utilisation de commandes hydraulique ou pneumatique la durée de fonctionnement de la moto pompe ou du compresseur est mesurée. En cas de fonctionnement prolongé une alarme est donnée. Le nombre de démarrages ainsi que la durée de fonctionnement cumulé sont enregistrés par des compteurs à des fins de maintenance.

5.5.7. CONCLUSION L'exploitant d'un poste dispose ainsi d'un nombre raisonnable de fonctions de surveillance du disjoncteur permettant de détecter préventivement les causes essentielles de défaut de fonctionnement.

Bien que les exigences de tenue à l'arc interne soient aujourd'hui souvent demandées, le matériel étant testé en conséquence, on peut par certains dispositifs (fibre optique ou augmentation de la pression) diminuer l'évolution de défauts phase-terre, en défaut bi ou triphasé, ou éliminer rapidement un défaut triphasé pour éviter les contraintes dues à l'effet thermique. Des systèmes optoélectroniques sont aujourd'hui utilisés et permettent de ne pas prendre en compte les arcs de manœuvre de l'appareillage, dans le cas d'un blindé par exemple, manœuvre de sectionneur sur transfert de barres, établissement et coupure de barres à vide, établissement et coupure de courants induits. Par contre ces systèmes doivent être sensibles aux arcs de faible intensité, tout comme aux arcs de puissance permettant de maîtriser la durée du défaut, et ses conséquences thermiques.

5.7. SURVEILLANCE D'ETAT : MAINTENANCE PRÉDICTIVE La continuité de service est une priorité. Toutefois des interruptions volontaires ou subies se produisent : ● Lors d'incidents nécessitant une remise en état, ● Lors d'opérations de maintenance. Les interventions sont coûteuses par : ● La perte d'exploitation, ● Les pièces ou composants à changer, ● Les temps de main d'œuvre.

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● Elle ne tient pas compte de l'état réel du matériel, des

contraintes subies entre interventions, ● Elle provoque des interventions de service, ● Elle entraîne des opérations inutiles.

L'exploitant souhaite examiner la criticité des défauts pouvant affecter l'équipement et être informé de l'état réel des matériels et de leur capacité à pouvoir remplir leur fonction. Ces informations permettent de déclencher, de façon prédictive, des opérations préventives. Le risque d'incidents et les coûts associés se trouvent réduits. Une périodicité adaptée des interventions hors incidents tend à : ● Éviter des opérations inutiles, ● Réduire le coût de la maintenance.

5.6. DÉTECTEUR D'ARC POUR L'APPAREILLAGE

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Les concepts de maintenance évoluent. La notion d'opération de maintenance systématique basée sur des critères de durée et/ou de nombre d'opérations tend à être remplacée car elle présente quelques inconvénients :

Le problème se pose donc de définir les paramètres pertinents à vérifier et de concevoir les capteurs, chaînes de mesure et traitement. Ces dispositifs sont intégrés dès la conception des matériels ; ils peuvent être connectés en permanence ou être utilisés périodiquement suivant la nature du phénomène à surveiller.

5.8. CONTROLE-COMMANDE ET PROTECTION NUMÉRIQUE DES POSTES HT/MT L'exploitation des réseaux consiste à utiliser au mieux l'ensemble des moyens de transport et de distribution existant à un instant donné pour mettre à la disposition des utilisateurs l'énergie électrique qu'ils demandent, en recherchant le meilleur équilibre possible entre prix de revient et qualité du service souhaitée en particulier la continuité de service. La satisfaction de cet objectif nécessite la mise en œuvre d'un système performant et homogène capable : ● D'assurer en permanence la surveillance des équipements électriques, ● De déclencher les actions appropriées à leur protection et à leur commande. Le système de conduite propose une réponse globale aux besoins de protection, de contrôle-commande et de conduite du poste.

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Il est constitué des éléments suivants :

Par leur simplicité de mise en œuvre, les systèmes numériques permettent une réduction significative des coûts de conception et d'installation :

● Des unités de protection et de contrôle qui :

réalisent les fonctions de protection des ouvrages et les automatismes associés (réenclencheurs), ● mesurent les grandeurs électriques (courant, tension, énergies...), ● traitent les données (détection des événements et datation) et les transmettent aux niveaux supérieurs, ● commandent les organes de manœuvre et de coupure,

● Leur modularité permet de s'adapter très facilement à

● D'une unité de supervision et de commande qui

● Affichage et visualisation claire des informations et

●

tous les types et tailles de postes, ● L'utilisation d'un réseau local de communication facilite

la connexion et le raccordement des unités, ● La tâche des metteurs en œuvre est simplifiée par

l'utilisation d'outils de configuration très conviviaux.

centralisent l'ensemble des données pour réaliser : la consignation des événements, la conduite locale centralisée à partir de synoptiques animés, ● la liaison avec le système de téléconduite du réseau.

grandeurs du d'interprétation.

procédé

évitant

les

erreurs

● ●

● Sécurité des commandes et des réglages par mots de

passe, validations et contrôle de cohérence. ● Présence de nombreux tests et autotests permanents

vérifiant l'intégrité des matériels et des fonctions. Les défauts détectés conduisent à des positions de replis sûres.

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Schéma 12 : contrôle-commande et protection numérique des postes HT/MT

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5.9. FACILITÉ D'UTILISATION : RÉGLAGE À DISTANCE DE DISPOSITIFS DE PROTECTION Le réglage à distance concerne les temporisations des dispositifs de protection et des systèmes d'automatisme. Un changement de ces réglages est toujours lié à une modification du fonctionnement ou de la configuration du réseau (puissance et courant de court-circuit) : ex : arrivées distributeur ou arrivées groupe, ex : un transformateur ou deux en parallèle. Les dispositifs de protection pertinents (normalement la protection d'intensité) existent en plusieurs exemplaires dans les unités de contrôle et peuvent être associés à ces changements par validation dans la logique de commande du dispositif. ● Les seuils correspondants sont préréglés et prétestés :

le basculement d'un jeu sur l'autre peut se faire par télécommande, ● ou automatiquement par activation d'une entrée ou selon une logique prédéfinie. ●

5.10. PROTECTIONS NUMERIQUES Des systèmes complets de protection de réseau utilisent des unités de contrôle numériques. De tels dispositifs doivent assurer une sûreté de fonctionnement élevée. Les fonctions d'auto-surveillance et de position de repli sûre sont indispensables. Les unités de contrôle sont munies de fonctions d'auto surveillance (autotests) qui ont pour rôle de détecter les défaillances internes. Ces défaillances sont classées en deux catégories : les défaillances majeures et les défaillances mineures.

● Suite à une défaillance mineure l'unité de contrôle est

en marche dégradée et peut continuer à effectuer toutes ses fonctions de protection si les fonctions touchées sont des fonctions périphériques (affichage, communication). Grâce à cette classification de défaillance, il est possible d'obtenir un compromis entre un haut niveau de sécurité et un haut niveau de disponibilité. En résumé : L'autotest et l'autodiagnostic de l'unité de contrôle permettent : ● A l'exploitant d'être informé en permanence sur l'état

de fonctionnement de la protection (messages d'alarme sur l'afficheur et activation du chien de garde), ● il peut intervenir efficacement et très rapidement en cas de défaillance, ● le risque de faire fonctionner une installation avec une protection défaillante devient faible, ● une surveillance permanente de l'intégrité du circuit de déclenchement du disjoncteur (alimentation, continuité électrique), ● Une position de repli prédéterminée permettant de définir une stratégie en cas de panne (déclenchement ou non déclenchement). Le panorama sur les postes HT/MT ne peut oublier les perspectives d'évolution des technologies ou de l'état de l'art dans ce domaine. Les constructeurs français profondément engagés en Recherche et Développement présentent ici quelques unes des solutions qui seront demandées d'ici quelques années. ● Le poste en lui-même voit ses dimensions générales

changer : compacité devient un mot d'ordre. Les postes sont de plus en plus préconçus et pré industrialisés pour réduire significativement les délais de livraison.

● Une défaillance majeure atteint les ressources matérielles

communes du système (mémoire programme et mémoire travail par exemple). L'unité de contrôle n'est plus opérationnelle. Ce type de défaillance risque d'entraîner un non déclenchement sur défaut ou un déclenchement intempestif, dans ce cas l'unité de contrôle doit réagir rapidement et se mettre en position de repli sûre.

● La redondance peut également être atténuée, les

équipements étant parvenus à un très haut degré de fiabilité. Les schémas fonctionnels simplifiés apportent une réponse pertinente. ● Dans le domaine des évolutions technologiques, les

● La position de repli sûre est caractérisée par un

dispositifs limiteurs de courant, incorporés dans le disjoncteur commencent à être offerts. De même des travaux existent sur les transformateurs de puissance supraconducteur ou à tôles amorphes. Enfin de nouvelles générations d'équipements voient le jour tels que des transformateurs de mesure de type nonconventionnel ou des capteurs numériques.

blocage en position neutre de l'Unité de Traitement, par un voyant allumé en face avant, par message sur l'afficheur, par le relais chien de garde en position défaut (repos) et par les sorties relais (sorties TOR : Tout Ou Rien) en position repos.

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Les autotests proposés dans les unités de contrôle sont récapitulés dans le tableau suivant.

Fonctions

Type d’autotest

Périodicité d’éxécution

Position repli

Alimentation

Détection de l’alimentation du processeur hors tolérance Détection d’une baisse des tensions d’alimentation

En permanence

Oui

Aquisition

Détection de saturation des voies analogiques

En permanence

des courants

Contrôle de cohérence entre les voies courantes

Acquisition des tensions

Détection de saturation des voies analogiques

Entrée/sorties Cde/disjonc.

Contrôle de l’alimentation des relais de sortie A la mise sous tension Tests des commandes des Entrées/Sorties (E/S) et en permanence

Oui

Entrée sorties TOR Logique cde

Contrôle de l’alimentation des relais de sortie

Oui

Oui

Oui

Périodiquement

Test du processor central Test de la mémoire de travail Test du sélecteur de signaux et de leur numérisation Test du système d’acquisition des mesures Test de cohérence entre matériel et logiciel Cartouche Chien de garde logiciel (allocation de temps limité à chaque fonction) Cartouche Test de présence Cartouche Test de mémoires Test du nombre d’écritures en mémoire de sauvegarde des paramètres

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Test des mémoires Test du processeur central de l’afficheur

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Unité de traitement

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en permanence en permanence

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périodiquement

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périodiquement

Oui

A la mise sous tension et : en permanence périodiquement en permanence

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A la mise sous tension et périodiquement

Non Non

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6. EVOLUTIONS

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6.1. LE POSTE INTÉRIEUR HT/MT, PRÉFABRIQUÉ ET À ENCOMBREMENT RÉDUIT Le poste intérieur haute tension de conception préfabriqué répond à des exigences élevées en ce qui concerne l'environnement, la facilité d'exploitation et la réduction des coûts.

LA

CONCEPTION RIGOUREUSE ET LE MONTAGE

EN USINE DES FONCTIONS PRINCIPALES ASSURENT UN HAUT NIVEAU DE QUALITÉ. LES ESSAIS SUIVANTS SONT RÉALISÉS

:

● Tests de routine (diélectriques), ● Tests type (perturbation radio, décharges partielles,

échauffement, tension mécanique), En effet, les postes haute tension se situent fréquemment près des centres de consommation (industrie, tertiaire, habitat). Ils doivent participer à la conservation ou au respect des sites urbains ou semi-urbains.

LA

PRÉFABRICATION ET L’INDUSTRIALISATION

:

POUSSÉE DES ÉLÉMENTS SUIVANTS

● Tests spéciaux (arc interne),

Il faut noter que tous les composants haute tension ont été testés séparément au préalable.

LES DIFFÉRENTS ORGANES DE COUPURE OU DE PROTECTION HT SONT REGROUPÉS DANS UN SOUS-ENSEMBLE COMPARTIMENTE, PRÉFABRIQUÉ. IL FACILITE CONSIDÉRABLEMENT

● Cellules HT et MT,

LE MONTAGE DU POSTE SUR LE SITE. ● Tableaux AC/DC, ● Systèmes de protection et de contrôle commande

numérique

La conception prend en considération tous les constituants du poste : HT - transformateur - MT - BT - Automatismes - contrôlecommande et protections numériques - locaux annexes.

● Bâtiments du poste HT / MT

Cette conception permet une baisse significative du coût global du poste par :

permettent la réduction : ● De surface au sol et de hauteur,

une réduction des encombrements, une industrialisation optimisée des fonctions du poste, ● une exploitation simplifiée, ● une meilleure disponibilité, ● une maintenance limitée. ● ●

● Des délais de livraison, ● De la durée des travaux de mise en place sur site, ● Des coûts (investissement, exploitation, indisponibilité)

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LE BÂTIMENT EST CONSTITUE DE :

courant de défaut, le sectionneur-disjoncteur assure sur sa distance d'ouverture une tenue diélectrique égale à celle d'un sectionneur. La suppression des sectionneurs en amont et en aval du disjoncteur réduit ainsi les risques de fausses manœuvres sur site.

● Une base d'accueil constituée d'une dalle avec les

réservations nécessaires, ● Une structure réalisée en poutres et poteaux, ● Un habillage extérieur en bardage, ● Une toiture métallique.

Il est à noter que cette évolution va dans le sens de l'évolution des normes sur l'appareillage. Les sectionneurs sont en effet amenés à répondre à des nouvelles contraintes qui nécessitent la mise en place de dispositifs d'aide à la coupure, ce qui rapproche de plus la fonction sectionneur de celle du disjoncteur.

LOGES TRANSFORMATEURS Elles sont du type loges ouvertes : Les transformateurs sont accolés au bâtiment et installés à l'extérieur. Ils sont séparés les uns des autres par des murs coupe feu. Pour des contraintes architecturales ou d'environnement, une façade d'habillage en bardage métallique peut être installée.

LOCAUX ANNEXES

Des essais mécaniques - de coupure et surtout d'usure électrique combinant une série de coupures équivalente à une durée de vie de l'appareil de 25 ans et une sanction diélectrique - ont permis de qualifier le concept de sectionneur-disjoncteur. De plus, en l'absence de normalisation internationale, les exigences propres aux disjoncteurs et aux sectionneurs ont été vérifiées. Pour les exigences communes aux deux fonctions, les valeurs les plus contraignantes ont été réalisées.

Ces locaux se trouvent à l'intérieur du bâtiment et comportent un local de stockage des pièces de rechange et accessoires divers et un local sanitaire.

6.2. CONCEPT DU SECTIONNEUR DISJONCTEUR Pour tenir compte du souhait formulé par les exploitants d'accroître la sécurité des postes électriques tout en réduisant leur encombrement, une nouvelle évolution a été réalisée dans l'appareillage électrique avec le développement du principe du sectionneur-disjoncteur. Ce concept regroupe en un seul appareil deux fonctions, celle du disjoncteur et celle du sectionneur. On réalise ainsi la coupure des courants de défauts (fonction du disjoncteur) tout en assurant, en position ouverte, une tenue diélectrique égale à celle d'un sectionneur. Le sectionneur-disjoncteur permet : ● De limiter les risques de mauvaises manœuvres. Dans

un poste comportant des sectionneurs et des disjoncteurs, une grande partie des défauts d'exploitation est due à des fausses manœuvres d'appareil au nombre desquelles figurent les manœuvres en charge des sectionneurs. ● D'optimiser et de simplifier l'architecture des postes en

supprimant les fonctions sectionneurs en amont et en aval des disjoncteurs (voir figure 13). En coupant le

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Schéma 13 : Exemple de schéma de poste 72,5 utilisant des sectionneursdisjoncteurs.

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Les postes HT / MT ◆ 2.2

6.3. DISJONCTEUR LIMITEUR DE COURANT (HT) L'utilisation de coupe-circuit limiteur de courant est d'une utilisation très courante en MT jusqu'à 36 kV, malheureusement un coupe-circuit est un élément limiteur qui ne fonctionne qu'une seule fois. Avec l'augmentation en puissance des réseaux, inévitablement à plus ou moins long terme, les courants de défaut vont devenir de plus en plus contraignants pour le matériel et les installations. Les limiteurs de courant, au même titre qu'actuellement les limiteurs de tension à semiconducteur ZNO sont donc amenés à jouer un très grand rôle dans l'électrotechnique de demain pour la protection des installations. Avec les essais de recherche effectués de nos jours, on peut espérer dans un futur plus ou moins lointain, avec l'utilisation des matériaux supraconducteurs, trouver des solutions industrielles permettant une réduction importante des contraintes électrodynamiques avec la réduction des courants de court-circuit.

6.4. ÉVOLUTION PROBABLE DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE Le transformateur actuel construit avec les matériaux traditionnels suivants : ● Bobinages en cuivre, ● Isolation cellulosique imprégnée, ● Circuit magnétique en tôle à cristaux orientés au silicium, ● Refroidissement par circulation d'huile minérale,

a atteint sa maturité technique. Une évolution significative des performances des transformateurs proviendra des sauts technologiques effectués sur ses matériaux constitutifs. Par exemple : ● L'utilisation de tôles amorphes déjà utilisées dans de

petits transformateurs de distribution pourrait permettre une diminution importante des pertes à vide. ● L'utilisation de bobinages en supraconducteurs haute température pourrait permettre la construction de transformateurs à pertes en charge quasi nulles et autoprotégés contre les courts-circuits. ● L'utilisation de gaz pour l'isolation et le refroidissement pourrait permettre la construction de transformateurs incombustibles, et moins polluants en cas d'ouverture de la cuve.

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6.5. CAPTEURS Les transformateurs de mesure ont la fonction stratégique de fournir aux équipements secondaires basse tension tels que : protections, compteurs, calculateurs de tranche,..., des mesures précises et fiables du courant et de la tension des lignes électriques. La technologie conventionnelle, utilisée depuis un siècle, a progressé fortement et le transformateur de mesure est considéré comme l’un des appareils les plus fiables de la sous-station. Cependant, de nouvelles technologies de capteurs, destinées à relever de nouveaux défis spécifiés par les Compagnies d‘Electricité, sont en cours de développement et presque prêtes pour la commercialisation. En effet, de nombreux avantages potentiels sont attendus, tels que : ● une meilleure précision (pas de saturation, bande passante supérieure), ● une sécurité intrinsèque (explosion impossible), ● une compacité accrue (combinés de mesure U-I faisables en très haute tension, intégration possible des capteurs dans d’autres équipements, réduction de la taille des sous-stations), ● un autocontrôle permanent, et une réduction de la maintenance, ● des interfaces numériques, une interopérabilité, ● des réductions de coûts. Suivant la technologie de la sous-station, PSEM (Poste Sous Enveloppe Métallique) ou Postes Aériens, différentes technologies de capteurs peuvent être envisagées. Des essais de type en laboratoire et des expérimentations de terrain ont été effectués et ont montré la faisabilité de l’implantation de ces matériels dans les réseaux électriques en respectant les spécifications. Le dernier gros problème ralentissant l’évolution de ces nouvelles technologies est la non-compatibilité du format des signaux secondaires avec les standards existants. Cependant, de nombreux Groupes de Travail, issus d’organismes tels que : IEC, CIGRE, IEEE, EPRI, effectuent des travaux significatifs pour progresser dans cette tâche. Des propositions techniques provenant de grosses Compagnies d’Electricité sont en cours et décrites ci-après. Dans un domaine complémentaire, la venue de nouveaux capteurs a contribué à une réelle amélioration de la “ surveillance ” des gros appareillages. D’importants et stratégiques gros matériels de la sousstation, tels que : les disjoncteurs, les transformateurs de puissance, et aussi les gros alternateurs des Centrales, ont de plus en plus de contraintes et de spécifications concernant la “ disponibilité/fiabilité ” et la “ maintenance prédictive ”.

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De nouveaux capteurs de surveillance ont été développés pour effectuer des contrôles précis et sévères. Les données sont transmises par liaisons numériques au “ Commande -Contrôle ” de la sous-station pour donner “ l’état de santé ” de ces matériels. Dans ces deux applications, les nouveaux capteurs ont été développés en utilisant les technologies modernes : ● des capteurs optiques, associés aux fibres optiques et tous les accessoires (connecteurs, épissures, traversées étanches, traversées haute tension, câbles optiques....), ● de l’électronique : analogique, numérique, optoélectronique, ● des communications numériques, réseaux, micro-ordinateurs, logiciels. Le chapitre 6 du thème 4-1 de ce Guide donne un aperçu de la tendance et de l’état de l’art des capteurs utilisés dans ces deux domaines : les transformateurs de mesure non conventionnels, et un système de contrôle et de surveillance d’un disjoncteur, par exemple.

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