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Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industr

Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques 1. Introduction L’électricité est indispensable à la vie quotidienne, et prés du tiers de l’énergie consommée dans le monde, l’est sous forme électrique. C’est aussi la clé du développement économique et sociale, et représente la forme d’énergie la plus facile à utiliser, car elle peut être : - Convertible dans toutes formes d’énergie, aisément et avec un excellent rendement. - Obtenue de n'importe qu'elle autre forme d'énergie quoique que le rendement de production ne soit pas toujours excellent. - Transformée et transportée à n'importe qu'elle distance par les lignes de transport. - Énergie propre puisque n’entraine aucune pollution au niveau de l’utilisateur, Mais cette énergie exige des techniques et des investissements très importants pour la faire aboutir jusqu’ a l’utilisateur. Cela exige l’installation de divers réseaux qui doivent assurer la canalisation de cette énergie depuis la centrale jusqu’au plus simple utilisateur. 2. Définitions Les réseaux électriques sont constitués par l’ensemble des appareils destinés à la production, au transport, à la distribution et à l’utilisation de l’électricité depuis les centrales de génération jusqu’aux maisons de campagne les plus éloignées (figure 1). Un réseau électrique doit aussi assurer la gestion dynamique de l'ensemble production- transport - consommation, mettant en œuvre des réglages ayant pour but d'assurer la stabilité de l'ensemble. L'énergie électrique est transportée en haute tension, voire très haute tension pour limiter les pertes, puis progressivement abaissées au niveau de la tension de l'utilisateur final. Figure.1, Schéma d'un réseau électrique Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques Figure .2, Architecture générale du réseau électrique 3. Classification des réseaux électriques Le classement des réseaux électriques se fait d’après ces critères : 3.1. Construction des réseaux électriques On distingue deux types ; les lignes aériens et souterrains. 3.1.1. Les lignes aériennes Pour transporter le courant, on utilise des câbles conducteurs qui sont portés par les pylônes. Le courant utilisé étant triphasé, il y a trois conducteurs, ou faisceaux de conducteur (plus d’un conducteur par phase). Les lignes sont soit simples (un circuit), soit doubles (deux circuits par file de pylônes). Les câbles conducteurs sont « nus » c'est-à-dire que leur isolation électrique est assurée par l'air. La distance des conducteurs entre eux et avec le sol garantit la bonne tenue de l’isolement. Cette distance augmente avec le niveau de tension. Les conducteurs en cuivre sont de moins en moins utilisés. On utilise en général des conducteurs en aluminium, ou en alliage aluminium-acier ; on trouve aussi des conducteurs composés d'une âme centrale en acier sur laquelle sont tressés des brins d'aluminium. Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques Figure.3, Les lignes aériennes 3.1.2. Les lignes souterraines La structure des réseaux souterrains est un seul type de ligne : les dorsales ; Ces réseaux de faible longueur et forte section des conducteurs sont le siège de chute de tension réduite. L'utilisation de câbles en plus haute tension - même s'il existe quelques cas à 220 kV, 400 kV et 500 kV - est confronté à des problèmes technologiques significatifs (surtout les jonctions) ainsi qu'à un coût très élevé (si le coût en basse tension est similaire, voire inférieur pour une liaison souterraine, il devient jusqu' à environ 20 fois plus élevé à 400 kV par rapport à une liaison aérienne Les lignes sous-marines servent à acheminer l’électricité produite par les parcs éoliens off-shore, ou les interconnexions avec les îles (Royaume-Uni par exemple). Dans ce cas, la liaison en courant continu haute tension (lignes HVDC) est préférable. Figure.4, Les lignes souterraines et sous-marines 3.2. Topologie des réseaux On distingue trois types de topologies 3.2.1. Réseaux radiaux Un réseau radial issu d’un poste d’alimentation est constitué de plusieurs artères dont chacune va en se ramifiant, cette structure nous permet d’avoir des points communs, de sorte que le réseau soit bouclable mais non bouclé. Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques Les réseaux radiaux sont des structures simples et peuvent être contrôlé et protégés par un appareillage simple. Ce sont les réseaux les moins onéreux. Figure. 5, Schéma de principe d’un réseau radial 3.2.2. Réseaux bouclés Les réseaux bouclés sont alimentés à la fois par plusieurs sources ; les postes sont raccordés en coupure d’artère cette disposition permet lors d’une coupure, une continuité de service. L’existence de plusieurs sources en parallèle augmente la sécurité d’alimentation en cas d’avarie de l’une d’elles (transformateurs) ou en cas d’avarie sur une boucle. Ces réseaux sont souvent utilisés pour la répartition de la puissance. Figure.6, Schéma de principe d’un réseau bouclé 3.2.3. Réseaux maillés Ce sont des réseaux ou toutes les lignes sont bouclées formant ainsi une structure analogue aux mailles d’un filet, de plus, le nombre de sources débitant en parallèle peut atteindre plusieurs dizaines. On obtient ainsi une meilleure sécurité. Cette structure nécessite que tous les traçons de ligne soient capable de supporter des surcharges permanentes et qu’ils soient munis à leurs deux extrémités d’appareils de coupure les isolants en cas d’avarie. Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques Figure.7, Schéma d’un réseau maillé 3.3. Les classes de tension La tension choisie pour un réseau impose que tous les appareils incorporés ou raccordés à ce réseau possèdent un isolement suffisant. L’échelle des tensions utilisées dans le réseau d’énergie est très grande puisqu’elle va de quelques dizaines de volts à prés du million de volts, à l’intérieur de cette échelle, on distingue les classes suivantes : Tableau.1, classes de tension N.B : En Europe la haute tension divisée en deux catégories : - HTB : Réseau de transport (225/400kV). - Réseau de répartition (63/90 kV). - HTA : Réseau de distribution (moyenne tension 20 kV). 4. Les fonctions du réseau On distingue 6 types de réseaux électriques : 4.1. Les réseaux d'utilisations: Doivent pouvoir alimenter un grand nombre de moteurs et d'appareils domestiques dont la puissance industrielle varie de quelques dizaines de watts à quelques kilowatts. Ce sont les réseaux bas tension (B.T). Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre 01: Architectures des postes électriques 4.2. Les réseaux industriels Qui sont aussi des réseaux d'utilisations nécessitant des puissances élevées. Ils peuvent utiliser soit la basse tension de 500 à 600 V soit la moyenne de 5 à 6 kV. 4.3. Les réseaux des distributions Qui ont pour fonction de fournir aux réseaux d'utilisations la puissance dont ils ont besoin. Il est important de noter que les réseaux de distributions sont conduits à utiliser au moins deux échelons de tensions. On installe dans un poste équipé d'un transformateur MT/BT et des plusieurs départs BT. 4.4. Les réseaux des répartitions Comprend les lignes de transport et les postes de transformation; dits réseaux locaux; ils fournissent la puissance aux réseaux de distributions mais ne peuvent pas la transiter que sur des distances limitées. 4.5. Les réseaux des transports Qui assurent l’alimentation de l’ensemble du territoire grâces à des transits de puissance importante sur des distances atteignant quelques centaines de kilomètres, la tension utilisée est : 110 à 1250 kV. Elle comprend les centrales, ainsi que les lignes et les postes de transformation 4.6. Les réseaux d’interconnexions Constituent les liaisons entre les réseaux de transport; de telles liaisons ont un double rôle de sécurité et un rôle d’économie. 5. Le système électrique verticalement intégré L'énergie électrique produite est directement injectée sur le réseau de transport maillé à très haute tension (de 150kV à 800 kV, généralement en Europe de 225 kV et 400 kV) pour être transporté sur de grandes distances avec un minimum de pertes. Elle "descend" ensuite sur les réseaux de répartition (de 30 kV à 150 kV, en Europe de 63 kV et 90 kV), puis de distribution (MT: 3 kV à 33 kV, en Europe de 20 kV) d’où elle est distribuée aux gros consommateurs et aux réseaux de distribution à basse tension (BT : 110V à 600V, en Europe de 230/400 V). Cette structure verticale "transport – répartition – distribution" est schématisée sur la figure suivante. Master 01: Réseaux électrique, Machines électriques et Électrotechnique Industrielle Module : Réseaux de transport et de distribution d’énergie électrique UKMO Faculté des Sciences appliquées Département de Génie Électrique Chapitre uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-01-architecture-des-reseaux-electriques.pdf