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.......................................................................... Cahier technique n° 213 Les calculs sur les réseaux électriques BT et HT B. de METZ-NOBLAT Collection T echnique Building a New Electric World * Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permet- tent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Presse Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ». n° 213 Les calculs sur les réseaux électriques BT et HT CT 213 édition décembre 2004 Benoît de METZ-NOBLAT Ingénieur ESE, il a travaillé dans le Groupe Saint-Gobain puis est entré chez Merlin Gerin en 1986. Il est maintenant dans le groupe de compétences ‘’Réseaux Electriques’’ où sont réalisés des calculs et des études sur les phénomènes électriques concernant le fonctionnement des réseaux et leur interaction avec les matériels et équipements. Cahier Technique Schneider Electric n° 213 / p.2 Cahier Technique Schneider Electric n° 213 / p.3 Les calculs sur les réseaux électriques BT et HT Sommaire 1 Introduction p. 4 2 La vie d'un réseau électrique 2.1 Le cycle de vie d'un réseau électrique p. 5 2.2 Les phénomènes électriques dans les réseaux p. 6 2.3 La nature des réseaux et leur exploitation p. 6 2.4 Les calculs nécessaires p. 6 2.5 Tableau de synthèse p. 7 3 Moyens d'étude 3.1 Méthodologie p. 8 3.2 Rôle de l’expert p. 10 4 Les calculs de réseau 4.1 Sûreté de fonctionnement p. 11 4.2 Régime permanent p. 13 4.3 Court-circuit p. 15 4.4 Protection p. 17 4.5 Stabilité p. 18 4.6 Harmoniques p. 21 4.7 Surtensions p. 23 4.8 Compatibilité électromagnétique p. 26 4.9 Mesures pour expertise p. 28 5 Synthèse : Risques principaux pour l’utilisateur - Réponses apportées par les études p. 31 6 Conclusion p. 33 7 Annexe 1 : Historique p. 34 8 Annexe 2 : Les logiciels p. 35 9 Annexe 3 : Données nécessaires p. 36 10 Bibliographie p. 38 Ce Cahier Technique a pour objectif de donner un aperçu général sur les principaux calculs électrotechniques que requièrent les études d’ingénierie d’un système électrique pour tous les niveaux de tension. Il complète les autres Cahiers Techniques consacrés aux réseaux électriques, et qui développent des sujets ciblés sur la connaissance, la compréhension ou le fonctionnement des matériels et des installations. Ainsi tout lecteur - investisseur, concepteur, exploitant - peut saisir l’importance de ces calculs pour une bonne maîtrise de l’usage d’un réseau électrique, et leur impact sur son coût final de possession. Cahier Technique Schneider Electric n° 213 / p.4 1 Introduction Les réseaux électriques sont depuis longtemps l’objet d'études dans le but de maîtriser leur bon usage pour les process qu’ils alimentent : les principaux aspects abordés sont la conception, l'exploitation et l’évolution. A noter que, dans ce document, le vocable « process » est utilisé avec son sens général « d’application » pour l’utilisateur d’électricité (tertiaire, infrastructure, industrie, gestionnaire de réseau). L’importance donnée à ces études est cependant croissante dans le contexte mondial récent. c Depuis quelques années, l’environnement du monde électrique et ses modes d’organisation changent rapidement. v Avec la libéralisation du marché de l’électricité, les règles économiques sont modifiées : les consommateurs peuvent faire jouer la concurrence et les sociétés de distribution peuvent élargir leurs marchés. v Les utilisateurs se recentrent sur leur métier et se séparent de leurs activités secondaires telles celles nécessaires au fonctionnement d’un réseau : par exemple sous-traitance de la maintenance ou de l’exploitation des installations à des entreprises de service spécialisées. v L’évolution des technologies a plusieurs effets. D’une part l’électronique numérique et les réseaux informatiques ouvrent de nouvelles perspectives et imposent de nouvelles contraintes : elles rendent les process plus sensibles à la qualité d’énergie, permettent de mieux instrumenter et contrôler les réseaux électriques, et autorisent des actions à distance. Par ailleurs la tendance à la multiplicité des sources d’énergie (cogénération, énergies renouvelables) et des charges non linéaires peut avoir à terme un impact important sur l’architecture des réseaux et leur exploitation : perturbations en tension, protection, réglementation. c L’électricité est considérée maintenant comme un produit à part entière, ce qui implique des nécessités de qualité. Le consommateur veut disposer d’une énergie électrique ajustée à son besoin. Les process ayant des exigences extrêmement variables en sécurité et en qualité, l’électricité fournie doit répondre correctement aux impératifs du cahier des charges. A tous les niveaux de la chaîne électrique (production, transport, distribution) les fournisseurs d’énergie doivent satisfaire les clients utilisateurs selon des engagements contractuels personnalisés. c Les critères écologiques sont devenus incontournables : choix et consommation de matières (impact minimum sur l’environnement) et d’énergie (recherche du meilleur rendement). c Les aspects économiques sont plus que jamais au centre des préoccupations. L’utilisateur doit optimiser le coût global de possession de son réseau électrique. Ce coût recouvre l’ensemble des dépenses nécessaires à l’usage de l’électricité : investissement, exploitation, maintenance, achat d’énergie. Afin de comprendre pourquoi les calculs sont indispensables pour réussir les études d’ingénierie, ce CT aborde successivement : v les aspects de la vie d'un réseau électrique, utiles à la compréhension du sujet traité, v l’approche méthodologique des calculs en ingénierie électrique, v les principaux calculs à envisager selon les types de réseau et les applications qu’ils recouvrent. A noter que les calculs présentés ici ne constituent qu’un élément dans l’ensemble des processus de l’ingénierie électrique. Cahier Technique Schneider Electric n° 213 / p.5 2 La vie d'un réseau électrique Plusieurs aspects de la vie d'un réseau électrique seront développés dans ce chapitre, afin que le lecteur se situe pour ses propres installations et s’implique au bon niveau relativement au sujet traité : c le cycle de vie, c'est-à-dire la succession des phases de la vie d'un réseau électrique depuis sa conception jusqu’à ses évolutions (cf. fig. 1 ) ; c les types de phénomènes électriques qui peuvent apparaître et qui caractérisent le fonctionnement du système ; c la nature des réseaux et leur exploitation, qui déterminent très directement les impacts des évènements sur les constituants électriques ; c finalement les calculs nécessaires à l'élaboration de solutions techniquement et économiquement viables, et qui constituent un des critères du choix final de l'utilisateur. Fig. 1 : schéma du cycle de vie d’un réseau électrique. Pr év is io n s - A nt ic ip at io n Nouvelle conception Fin de vie Conception Réalisation Maintenance Evolution Fonctionnement Exploitation Process Réseau 2.1 Le cycle de vie d'un réseau électrique Le cycle de vie d’un réseau électrique (cf. fig. 1 ) comporte quatre phases typiques principalement concernées par les calculs abordés dans ce document. c Conception et réalisation C’est l’ensemble des opérations qui aboutissent à la construction d’une installation prête à l’utilisation. Les études définissent les choix de base dont l’architecture du réseau, les dimensionnements des équipements, les protections… A ce stade il est important de faire les calculs qui aident aux choix et conditionnent les performances attendues. c Fonctionnement et exploitation C’est la phase opérationnelle d’utilisation des installations pour l’alimentation du process, pendant laquelle se produisent sur le réseau tous les évènements normaux et les incidents : modes d’exploitation ordinaires, dégradés ou en sécurité. Les protections et les automatismes servent à pallier les perturbations et situations critiques ; elles ont été définies à partir des calculs préalables en prévoyant tous les incidents graves possibles. c Maintenance Les performances du réseau sont maintenues par les opérations de maintenance préventives (en anticipation) ou curatives (sur incidents). Il arrive que des mesures et des calculs complémentaires soient nécessaires pour résoudre des difficultés nouvelles imprévisibles. c Evolution L’adaptation des installations électriques aux besoins évolutifs du process se traduit par des opérations généralement assez lourdes de rénovation, modifications, et extensions. Cette étape nécessite aussi des calculs à la mesure des changements envisagés, et prenant en compte le retour d’expérience. La maîtrise des calculs à faire lors de ces étapes du cycle de vie d’un réseau implique une bonne compréhension des phénomènes électriques susceptibles de s’y produire. Cahier Technique Schneider Electric n° 213 / p.6 2.2 Les phénomènes électriques uploads/Ingenierie_Lourd/ calculs-reseaux-electriques-bt-ht.pdf