la conception des reseaux industriels en haute tension
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La Conception des Reseaux Industriels en Haute TensionTRANSCRIPT
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
La Conception des Reseaux Industriels en HauteTension
Yacine a. Amakassou
Encadre par
M. A.Elyoussefi
Spie Maroc
13 fevrier 2014
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
1 Besoins et contraintes
2 Conception des reseaux
3 Validation et optimisation TE
4 Choix de la structure et exploitation optimale
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les besoins a satisfaire
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
la securite des personnes,
la securite des biens,
la continuite d’alimentation,
la facilite d’exploitation du reseau,
le cout minimal de l’installation,
l’optimisation de l’energie electrique (cout/qualite),
les evolutions et extensions futures du reseau,
la renovation du reseau ;
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Les contraintes principales
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
processus industriel,
processus electrique,
climat et a la geographie du site,
normes, prescriptions et usages locaux.
distributeur d’energie,
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Les contraintes principales
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
processus industriel,
processus electrique,
climat et a la geographie du site,
normes, prescriptions et usages locaux.
distributeur d’energie,
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Les contraintes principales
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
processus industriel,
processus electrique,
climat et a la geographie du site,
normes, prescriptions et usages locaux.
distributeur d’energie,
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Les contraintes principales
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
processus industriel,
processus electrique,
climat et a la geographie du site,
normes, prescriptions et usages locaux.
distributeur d’energie,
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Les contraintes principales
Les reseaux electriques industriels doivent assurer, aux coutsoptimaux d’investissement, d’exploitation et de pertes deproduction, l’alimentation de tous les recepteurs de l’usine entenant compte :
processus industriel,
processus electrique,
climat et a la geographie du site,
normes, prescriptions et usages locaux.
distributeur d’energie,
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La qualite de la tension d’alimentation
Differentes variations de tension peuvent gener voir empecher le bon
fonctionnement des equipements de production. Le tableau suivant presente ces
defauts, leurs causes et consequences ainsi que les principaux remedes.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.6
variations de la tension quelques % 5 à 25 % 5 à 25 % 100 %
durée 1/100 à 1 s 0,5 à 20 s 20 s à 1 heure 0,1 à 0,3 s ou de 10 à 30 s
périodicité OUI NON NON NON
causes présence de four ■ démarrage des gros absence de régulation système deélectrique à arc moteurs de la tension aux postes réenclenchement rapide
■ défaut mono ou source ou/et lent des lignes HTpolyphasé
conséquences variation de l'éclairage à ■ risque d'instabilité du ■ surcharge des moteurs suspension momentanée deincandescence (Flicker) réseau ■ risque important l'alimentation de tous les
d'instabilité du réseau récepteurs
principaux remèdes employer des ■ adapter le mode de équiper les prévoir des disjoncteur-compensateurs statiques démarrage transformateurs de shuntd'énergie réactive ■ accroître la rapidité du régleurs en charge
plan de protection
fig. 1 : les variations de tension, leurs causes, leurs conséquences et les principaux remèdes.
Pour apprécier la qualité de l'énergieélectrique fournie et si nécessairel'augmenter, un grand distributeurnational européen, a installé plus de2000 appareils enregistreurs surl'alimentation de gros sites industriels.Ces appareils mesurent :■ les tensions et intensités efficaces,■ les puissances actives et réactives,■ les coupures brèves et longues,■ les creux de tension,■ les tensions et intensitésharmoniques,■ le déséquilibre de tension.Ils détectent aussi les signaux destélécommandes de 175 et 188 Hz.
Contraintes climatiques etgéographiquesPour définir au mieux lescaractéristiques des équipements etdes appareils, selon les typesd'installations, il convient de connaître :■ les températures moyennes etmaximales journalières,■ le taux d'humidité à la températuremaximale,■ la vitesse maximale des vents,■ la présence de givre, de glace, devents de sable,■ l'environnement (atmosphèrecorrosive ou risque d'explosion),■ l'altitude,
■ le niveau kéraunique de la région(fréquence des coups de foudre),■ les difficultés d'accès (pour letransport des matériels, mais aussipour la maintenance).
Respect des normes et usageslocauxSur ce point il faut particulièrementconnaître :■ les normes d'appareillage etd'installation nationales et/ouinternationales,■ les réglementation et prescriptionparticulières au complexe industriel,■ les usages locaux.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Introduction
L’objet de ce chapitre est d’expliquer comment la conceptiond’un reseau industriel prend en compte l’ensemble desobligations (besoins + contraintes) decrites au chapitre precedent.
Les usines etant concues pour fonctionner d’une maniere continue, au stade de
l’etude toute interruption de l’alimentation en energie electrique doit donc etre
evaluee et ses consequences examinees, afin de determiner les mesures a
prendre. La methode proposee dans ce chapitre
1 la recherche de l’adequation technique entre les besoins et lescontraintes
2 l’optimisation technico-economique par la maıtrise de certainscalculs et les concepts presentes ci-apres.
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Bilan de puissance
C’est la premiere etape essentielle de l’etude de la conception d’un reseau. Elle
doit cerner et localiser geographiquement les valeurs des puissances.
distinguer les puissances actives, reactives et apparentes ;
grouper les puissances par zones geographiques (3 a 8 zones)suivant l’etendue du site ;
identifier par zone les recepteurs ”ordinaires” - ”essentiels” -”a temps zero”.
Coefficients d’utilisation et de simultaneite
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.7
2. conception des réseaux industrielsprincipales règles
L'objet de ce chapitre est d'expliquercomment la conception d'un réseauindustriel prend en compte l'ensembledes obligations (besoins et contraintes)décrites au chapitre précédent.Les usines étant conçues pourfonctionner d'une manière continue, austade de l'étude toute interruption del'alimentation en énergie électrique doitdonc être évaluée et ses conséquencesexaminées, afin de déterminer lesmesures à prendre.La méthode proposée dans ce chapitrecomporte deux phases :- 1- la recherche de l'adéquationtechnique entre les besoins et lescontraintes (voir chapitre II),- 2- l'optimisation technico-économiquepar la maîtrise de certains calculs et lesconcepts présentés ci-après.L'annexe 2 liste, sans être exhaustive,les principaux logiciels de calcul utiliséspar les ingénieurs spécialistes d'étudesde réseaux.
bilan de puissance,coefficients d'utilisation etde simultanéitéC'est la première étape essentielle del'étude de la conception d'un réseau.Elle doit cerner et localisergéographiquement les valeurs despuissances.
Bilan de puissanceIl faut :■ distinguer les puissances actives,réactives et apparentes ;■ grouper les puissances par zonesgéographiques (3 à 8 zones) suivantl'étendue du site ;■ identifier par zone les récepteurs"ordinaires" - "essentiels" - "à tempszéro".
Coefficients d'utilisation et desimultanéité (cf. fig. 2)
choix des tensionsLe choix des tensions est déterminépar la fonction à réaliser : transport,
distribution ou utilisation. Ainsi, en HT,la tension de distribution n'est pasnécessairement identique à la tensiond'utilisation : par exemple, dans uneusine la tension de 20 kV peut être unevaleur optimale pour la distribution, euégard aux puissances et aux distancesdes ateliers par rapport au posteprincipal, et cela bien que la puissancede ses dix plus gros moteurs imposeune tension d'utilisation de 6,6 kV.
compensation de l'énergieréactiveLe distributeur local d'énergie imposegénéralement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteurde puissance (cos ϕ).Pour satisfaire cette exigence, unecompensation de l'énergie réactive estsouvent nécessaire, elle peut êtreréalisée soit :■ au niveau de la sous station (ou dutableau principal) : compensationglobale ;■ au niveau des récepteurs :compensation répartie .Le principe général de compensationavec des condensateurs est présentéen annexe 3.Remarque : une forte compensationavec des batteries de condensateursfixes peut entraîner des surtensions.Un cas particulier est le phénomèned'auto-excitation des machinesasynchrones : les condensateursassociés à un moteur asynchrone(compensation répartie) peuventdonner lieu à des surtensions trèsimportantes lors d'une rupture de la
tension d'alimentation. Ce phénomèneest susceptible de se produire pour unecompensation supérieure à 90 % ducourant magnétisant, courant peudifférent du courant à vide du moteur.
sources de sécurité et deremplacementL'installation de source de sécurité sefait pour des raisons de protection despersonnes (normes et texteslégislatifs), par exemple pour lebalisage des voies d'évacuation.L'installation de source deremplacement est décidée pourmaintenir en service l'outil deproduction ou pour disposer d'une plusgrande souplesse d'exploitation.
production autonomed'énergie électriqueUne usine peut être dotée de moyensautonomes de production d'énergieélectrique pour alimenter desrécepteurs à "temps zéro", pour desraisons tarifaires, ou lorsque le procédéde fabrication de l'usine rend disponiblede l'énergie (thermique ou mécanique)par exemple sous forme de vapeur.Si le réseau public a une puissance decourt-circuit et une qualité de tension etde fréquence suffisantes, il estpréférable de faire fonctionner enparallèle les sources autonomes et leréseau public, car ce dernier aide àstabiliser le comportement desalternateurs de l'usine (tension etvitesse). Dans ces cas d'exploitation,
moteurs éclairage prisechauffage de courant
coefficient d'utilisation 0,75 1 (**)
coefficient de simultanéité 0,70 (*) 1 0,1 à 0,3
* Dépend du process** Dépend de leur destination
fig. 2 : ordre de grandeur des coefficients d'utilisation et de simultanéité.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Bilan de puissance
C’est la premiere etape essentielle de l’etude de la conception d’un reseau. Elle
doit cerner et localiser geographiquement les valeurs des puissances.
distinguer les puissances actives, reactives et apparentes ;
grouper les puissances par zones geographiques (3 a 8 zones)suivant l’etendue du site ;
identifier par zone les recepteurs ”ordinaires” - ”essentiels” -”a temps zero”.
Coefficients d’utilisation et de simultaneite
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2. conception des réseaux industrielsprincipales règles
L'objet de ce chapitre est d'expliquercomment la conception d'un réseauindustriel prend en compte l'ensembledes obligations (besoins et contraintes)décrites au chapitre précédent.Les usines étant conçues pourfonctionner d'une manière continue, austade de l'étude toute interruption del'alimentation en énergie électrique doitdonc être évaluée et ses conséquencesexaminées, afin de déterminer lesmesures à prendre.La méthode proposée dans ce chapitrecomporte deux phases :- 1- la recherche de l'adéquationtechnique entre les besoins et lescontraintes (voir chapitre II),- 2- l'optimisation technico-économiquepar la maîtrise de certains calculs et lesconcepts présentés ci-après.L'annexe 2 liste, sans être exhaustive,les principaux logiciels de calcul utiliséspar les ingénieurs spécialistes d'étudesde réseaux.
bilan de puissance,coefficients d'utilisation etde simultanéitéC'est la première étape essentielle del'étude de la conception d'un réseau.Elle doit cerner et localisergéographiquement les valeurs despuissances.
Bilan de puissanceIl faut :■ distinguer les puissances actives,réactives et apparentes ;■ grouper les puissances par zonesgéographiques (3 à 8 zones) suivantl'étendue du site ;■ identifier par zone les récepteurs"ordinaires" - "essentiels" - "à tempszéro".
Coefficients d'utilisation et desimultanéité (cf. fig. 2)
choix des tensionsLe choix des tensions est déterminépar la fonction à réaliser : transport,
distribution ou utilisation. Ainsi, en HT,la tension de distribution n'est pasnécessairement identique à la tensiond'utilisation : par exemple, dans uneusine la tension de 20 kV peut être unevaleur optimale pour la distribution, euégard aux puissances et aux distancesdes ateliers par rapport au posteprincipal, et cela bien que la puissancede ses dix plus gros moteurs imposeune tension d'utilisation de 6,6 kV.
compensation de l'énergieréactiveLe distributeur local d'énergie imposegénéralement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteurde puissance (cos ϕ).Pour satisfaire cette exigence, unecompensation de l'énergie réactive estsouvent nécessaire, elle peut êtreréalisée soit :■ au niveau de la sous station (ou dutableau principal) : compensationglobale ;■ au niveau des récepteurs :compensation répartie .Le principe général de compensationavec des condensateurs est présentéen annexe 3.Remarque : une forte compensationavec des batteries de condensateursfixes peut entraîner des surtensions.Un cas particulier est le phénomèned'auto-excitation des machinesasynchrones : les condensateursassociés à un moteur asynchrone(compensation répartie) peuventdonner lieu à des surtensions trèsimportantes lors d'une rupture de la
tension d'alimentation. Ce phénomèneest susceptible de se produire pour unecompensation supérieure à 90 % ducourant magnétisant, courant peudifférent du courant à vide du moteur.
sources de sécurité et deremplacementL'installation de source de sécurité sefait pour des raisons de protection despersonnes (normes et texteslégislatifs), par exemple pour lebalisage des voies d'évacuation.L'installation de source deremplacement est décidée pourmaintenir en service l'outil deproduction ou pour disposer d'une plusgrande souplesse d'exploitation.
production autonomed'énergie électriqueUne usine peut être dotée de moyensautonomes de production d'énergieélectrique pour alimenter desrécepteurs à "temps zéro", pour desraisons tarifaires, ou lorsque le procédéde fabrication de l'usine rend disponiblede l'énergie (thermique ou mécanique)par exemple sous forme de vapeur.Si le réseau public a une puissance decourt-circuit et une qualité de tension etde fréquence suffisantes, il estpréférable de faire fonctionner enparallèle les sources autonomes et leréseau public, car ce dernier aide àstabiliser le comportement desalternateurs de l'usine (tension etvitesse). Dans ces cas d'exploitation,
moteurs éclairage prisechauffage de courant
coefficient d'utilisation 0,75 1 (**)
coefficient de simultanéité 0,70 (*) 1 0,1 à 0,3
* Dépend du process** Dépend de leur destination
fig. 2 : ordre de grandeur des coefficients d'utilisation et de simultanéité.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des tensions
la fonction a realiser :
transport,distribution,utilisation.
les puissances disponibles et a fournir,
les distances separant les sources des recepteurs,
les pratiques et habitudes locales.
Par exemple, dans une usine la tension de 20kV peut etre une valeur optimalepour la distribution, eu egard aux puissances et aux distances des ateliers parrapport au poste principal, et cela bien que la puissance de ses dix plus grosmoteurs impose une tension d’utilisation de 6, 6kV .
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des tensions
la fonction a realiser :
transport,distribution,utilisation.
les puissances disponibles et a fournir,
les distances separant les sources des recepteurs,
les pratiques et habitudes locales.
Par exemple, dans une usine la tension de 20kV peut etre une valeur optimalepour la distribution, eu egard aux puissances et aux distances des ateliers parrapport au poste principal, et cela bien que la puissance de ses dix plus grosmoteurs impose une tension d’utilisation de 6, 6kV .
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Choix des tensions
la fonction a realiser :
transport,distribution,utilisation.
les puissances disponibles et a fournir,
les distances separant les sources des recepteurs,
les pratiques et habitudes locales.
Par exemple, dans une usine la tension de 20kV peut etre une valeur optimalepour la distribution, eu egard aux puissances et aux distances des ateliers parrapport au poste principal, et cela bien que la puissance de ses dix plus grosmoteurs impose une tension d’utilisation de 6, 6kV .
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des tensions
la fonction a realiser :
transport,distribution,utilisation.
les puissances disponibles et a fournir,
les distances separant les sources des recepteurs,
les pratiques et habitudes locales.
Par exemple, dans une usine la tension de 20kV peut etre une valeur optimalepour la distribution, eu egard aux puissances et aux distances des ateliers parrapport au poste principal, et cela bien que la puissance de ses dix plus grosmoteurs impose une tension d’utilisation de 6, 6kV .
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des tensions
la fonction a realiser :
transport,distribution,utilisation.
les puissances disponibles et a fournir,
les distances separant les sources des recepteurs,
les pratiques et habitudes locales.
Par exemple, dans une usine la tension de 20kV peut etre une valeur optimalepour la distribution, eu egard aux puissances et aux distances des ateliers parrapport au poste principal, et cela bien que la puissance de ses dix plus grosmoteurs impose une tension d’utilisation de 6, 6kV .
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Compensation de l’energie reactive
Le distributeur local d’energie impose generalement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteur de puissance cos(φ). Pour satisfaire cetteexigence, une compensation de l’energie reactive est souvent necessaire, ellepeut etre realisee soit :
au niveau de la sous station (ou du tableau principal) : compensationglobale ;
au niveau des recepteurs : compensation repartie.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.20
Voici une liste des principaux logicielsutilisés dans les différents services dela société Merlin Gerin chargésd'étudier et/ou de concevoir desréseaux électriques.
logiciels de calculs■ répartitions des puissances.■ intensité des courants de court-circuit,■ chutes de tension,■ stabilité dynamique d'un réseau,■ courants et tensions harmoniques,
■ surtensions de foudre et demanœuvre,■ enclenchement de transformateur etde condensateur,■ indisponibilité d'une alimentationélectrique.
système expert d'évaluationde la qualité de conceptiond'un réseau électriqueUn système expert dénommé ADELIAa été developpé et est exploité par
Merlin Gerin. Il permet de comparerrapidemment pour différents schémas,l'indisponibilité de la tension en un pointparticulier du réseau.Il présente l'avantage de requérir moinsde calculs que la méthode des graphesde Markov, et d'autre part de fournir àla fois des renseignements qualitatifs(graphe des combinaisonsd'évènements conduisant à ladéfaillance du système), et desrésultats quantitatifs (calculs del'indisponibilité du réseau).
Le principe de compensation avec descondensateurs peut être représenté parles deux figures ci-après.■ la figure 20 présente la compositionvectorielle des différents courants etpour un courant actif donné, laréduction du courant total dans lesconducteurs.Ia = courant actif consomméIt1 = courant total avant compensationIr1 = courant réactif fourni au travers dutransformateur avant compensationIt2 = courant total après compensationIrc = courant réactif fourni par lecondensateurIr2 = courant réactif fourni par letransformateur après compensation(Ir2 = Ir1 - Irc)■ la figure 21 illustre l'échange locald'énergie réactive entre le récepteur etle condensateur. Le courant total fournipar le réseau It2 est réduit, lerendement de l'installation se trouve
annexe 2 : moyens informatiques utiliséspour les études de réseaux
annexe 3 : principe général de lacompensation
avantcompensation
apréscompensation
puissancerenduedisponible
puissanceréactivedébitée partransformateur
puissanceréactivefournie parcondensateur
puissanceactive
donc amélioré puisque les pertes pareffet Joule sont proportionnelles aucarré du courant.
It1
Irc
It2
Ir1
Ir2
Iaϕ1 ϕ2
fig. 3 : diagramme traduisant l'échangefig. 20 : composition vectorielle des d'énergie dans le circuit d'alimentation
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
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Compensation de l’energie reactive
Le distributeur local d’energie impose generalement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteur de puissance cos(φ). Pour satisfaire cetteexigence, une compensation de l’energie reactive est souvent necessaire, ellepeut etre realisee soit :
au niveau de la sous station (ou du tableau principal) : compensationglobale ;
au niveau des recepteurs : compensation repartie.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.20
Voici une liste des principaux logicielsutilisés dans les différents services dela société Merlin Gerin chargésd'étudier et/ou de concevoir desréseaux électriques.
logiciels de calculs■ répartitions des puissances.■ intensité des courants de court-circuit,■ chutes de tension,■ stabilité dynamique d'un réseau,■ courants et tensions harmoniques,
■ surtensions de foudre et demanœuvre,■ enclenchement de transformateur etde condensateur,■ indisponibilité d'une alimentationélectrique.
système expert d'évaluationde la qualité de conceptiond'un réseau électriqueUn système expert dénommé ADELIAa été developpé et est exploité par
Merlin Gerin. Il permet de comparerrapidemment pour différents schémas,l'indisponibilité de la tension en un pointparticulier du réseau.Il présente l'avantage de requérir moinsde calculs que la méthode des graphesde Markov, et d'autre part de fournir àla fois des renseignements qualitatifs(graphe des combinaisonsd'évènements conduisant à ladéfaillance du système), et desrésultats quantitatifs (calculs del'indisponibilité du réseau).
Le principe de compensation avec descondensateurs peut être représenté parles deux figures ci-après.■ la figure 20 présente la compositionvectorielle des différents courants etpour un courant actif donné, laréduction du courant total dans lesconducteurs.Ia = courant actif consomméIt1 = courant total avant compensationIr1 = courant réactif fourni au travers dutransformateur avant compensationIt2 = courant total après compensationIrc = courant réactif fourni par lecondensateurIr2 = courant réactif fourni par letransformateur après compensation(Ir2 = Ir1 - Irc)■ la figure 21 illustre l'échange locald'énergie réactive entre le récepteur etle condensateur. Le courant total fournipar le réseau It2 est réduit, lerendement de l'installation se trouve
annexe 2 : moyens informatiques utiliséspour les études de réseaux
annexe 3 : principe général de lacompensation
avantcompensation
apréscompensation
puissancerenduedisponible
puissanceréactivedébitée partransformateur
puissanceréactivefournie parcondensateur
puissanceactive
donc amélioré puisque les pertes pareffet Joule sont proportionnelles aucarré du courant.
It1
Irc
It2
Ir1
Ir2
Iaϕ1 ϕ2
fig. 3 : diagramme traduisant l'échangefig. 20 : composition vectorielle des d'énergie dans le circuit d'alimentation
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Compensation de l’energie reactive
Le distributeur local d’energie impose generalement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteur de puissance cos(φ). Pour satisfaire cetteexigence, une compensation de l’energie reactive est souvent necessaire, ellepeut etre realisee soit :
au niveau de la sous station (ou du tableau principal) : compensationglobale ;
au niveau des recepteurs : compensation repartie.
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Voici une liste des principaux logicielsutilisés dans les différents services dela société Merlin Gerin chargésd'étudier et/ou de concevoir desréseaux électriques.
logiciels de calculs■ répartitions des puissances.■ intensité des courants de court-circuit,■ chutes de tension,■ stabilité dynamique d'un réseau,■ courants et tensions harmoniques,
■ surtensions de foudre et demanœuvre,■ enclenchement de transformateur etde condensateur,■ indisponibilité d'une alimentationélectrique.
système expert d'évaluationde la qualité de conceptiond'un réseau électriqueUn système expert dénommé ADELIAa été developpé et est exploité par
Merlin Gerin. Il permet de comparerrapidemment pour différents schémas,l'indisponibilité de la tension en un pointparticulier du réseau.Il présente l'avantage de requérir moinsde calculs que la méthode des graphesde Markov, et d'autre part de fournir àla fois des renseignements qualitatifs(graphe des combinaisonsd'évènements conduisant à ladéfaillance du système), et desrésultats quantitatifs (calculs del'indisponibilité du réseau).
Le principe de compensation avec descondensateurs peut être représenté parles deux figures ci-après.■ la figure 20 présente la compositionvectorielle des différents courants etpour un courant actif donné, laréduction du courant total dans lesconducteurs.Ia = courant actif consomméIt1 = courant total avant compensationIr1 = courant réactif fourni au travers dutransformateur avant compensationIt2 = courant total après compensationIrc = courant réactif fourni par lecondensateurIr2 = courant réactif fourni par letransformateur après compensation(Ir2 = Ir1 - Irc)■ la figure 21 illustre l'échange locald'énergie réactive entre le récepteur etle condensateur. Le courant total fournipar le réseau It2 est réduit, lerendement de l'installation se trouve
annexe 2 : moyens informatiques utiliséspour les études de réseaux
annexe 3 : principe général de lacompensation
avantcompensation
apréscompensation
puissancerenduedisponible
puissanceréactivedébitée partransformateur
puissanceréactivefournie parcondensateur
puissanceactive
donc amélioré puisque les pertes pareffet Joule sont proportionnelles aucarré du courant.
It1
Irc
It2
Ir1
Ir2
Iaϕ1 ϕ2
fig. 3 : diagramme traduisant l'échangefig. 20 : composition vectorielle des d'énergie dans le circuit d'alimentation
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Compensation de l’energie reactive
Le distributeur local d’energie impose generalement au point de livraison duclient une valeur minimale du facteur de puissance cos(φ). Pour satisfaire cetteexigence, une compensation de l’energie reactive est souvent necessaire, ellepeut etre realisee soit :
au niveau de la sous station (ou du tableau principal) : compensationglobale ;
au niveau des recepteurs : compensation repartie.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.20
Voici une liste des principaux logicielsutilisés dans les différents services dela société Merlin Gerin chargésd'étudier et/ou de concevoir desréseaux électriques.
logiciels de calculs■ répartitions des puissances.■ intensité des courants de court-circuit,■ chutes de tension,■ stabilité dynamique d'un réseau,■ courants et tensions harmoniques,
■ surtensions de foudre et demanœuvre,■ enclenchement de transformateur etde condensateur,■ indisponibilité d'une alimentationélectrique.
système expert d'évaluationde la qualité de conceptiond'un réseau électriqueUn système expert dénommé ADELIAa été developpé et est exploité par
Merlin Gerin. Il permet de comparerrapidemment pour différents schémas,l'indisponibilité de la tension en un pointparticulier du réseau.Il présente l'avantage de requérir moinsde calculs que la méthode des graphesde Markov, et d'autre part de fournir àla fois des renseignements qualitatifs(graphe des combinaisonsd'évènements conduisant à ladéfaillance du système), et desrésultats quantitatifs (calculs del'indisponibilité du réseau).
Le principe de compensation avec descondensateurs peut être représenté parles deux figures ci-après.■ la figure 20 présente la compositionvectorielle des différents courants etpour un courant actif donné, laréduction du courant total dans lesconducteurs.Ia = courant actif consomméIt1 = courant total avant compensationIr1 = courant réactif fourni au travers dutransformateur avant compensationIt2 = courant total après compensationIrc = courant réactif fourni par lecondensateurIr2 = courant réactif fourni par letransformateur après compensation(Ir2 = Ir1 - Irc)■ la figure 21 illustre l'échange locald'énergie réactive entre le récepteur etle condensateur. Le courant total fournipar le réseau It2 est réduit, lerendement de l'installation se trouve
annexe 2 : moyens informatiques utiliséspour les études de réseaux
annexe 3 : principe général de lacompensation
avantcompensation
apréscompensation
puissancerenduedisponible
puissanceréactivedébitée partransformateur
puissanceréactivefournie parcondensateur
puissanceactive
donc amélioré puisque les pertes pareffet Joule sont proportionnelles aucarré du courant.
It1
Irc
It2
Ir1
Ir2
Iaϕ1 ϕ2
fig. 3 : diagramme traduisant l'échangefig. 20 : composition vectorielle des d'énergie dans le circuit d'alimentation
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Sources de securite et de remplacement
L’installation de source de securite se fait pour des raisons de protection despersonnes (normes et textes legislatifs), par exemple pour le balisage des voiesd’evacuation. L’installation de source de remplacement est decidee pourmaintenir en service l’outil de production ou pour disposer d’une plus grandesouplesse d’exploitation.
Production autonome d’energie electriqueUne usine peut etre dotee de moyens autonomes de production d’energieelectrique
Pour alimenter des recepteurs a ”temps zero”,
Pour des raisons tarifaires,
Ou lorsque le procede de fabrication de l’usine rend disponible de l’energie(thermique ou mecanique).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Sources de securite et de remplacement
L’installation de source de securite se fait pour des raisons de protection despersonnes (normes et textes legislatifs), par exemple pour le balisage des voiesd’evacuation. L’installation de source de remplacement est decidee pourmaintenir en service l’outil de production ou pour disposer d’une plus grandesouplesse d’exploitation.
Production autonome d’energie electriqueUne usine peut etre dotee de moyens autonomes de production d’energieelectrique
Pour alimenter des recepteurs a ”temps zero”,
Pour des raisons tarifaires,
Ou lorsque le procede de fabrication de l’usine rend disponible de l’energie(thermique ou mecanique).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Fractionnement des sources
Certains recepteurs provoquent des perturbations importantes sur le reseau dedistribution prive. Le fractionnement des sources permet d’isoler ces recepteurspolluants et offre en plus deux avantages :
Avoir une meilleure selectivite entre les protections, ce qui accroıt lacontinuite d’alimentation des autres recepteurs ;
Permettre l’adaptation du schema des liaisons du reseau a la terre(regime de neutre) aux utilisations.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.8
un système de répartition despuissances actives et réactives entreles différents alternateurs et le réseaupublic est à prévoir.Lors d'incidents électriques graves surle réseau privé, ou sur le réseau publicà proximité de l'usine, une instabilitépeut se produire. Il peut être nécessairede procéder, dans un délaiextrêmement court (environ0,2 secondes), à une séparation duréseau public (îlotage des circuitsalimentés par les alternateurs) pour nepas risquer l'arrêt total des installations.Cette séparation s'accompagne, engénéral, d'un délestage des récepteursnon essentiels du réseau privé, ceciafin d'éviter sa surcharge.
fractionnement dessourcesCertains récepteurs provoquent desperturbations importantes sur le réseaude distribution privé. Le fractionnementdes sources (cf. fig. 3) permet d'isolerces récepteurs polluants et offre enplus deux avantages :■ avoir une meilleure sélectivité entreles protections, ce qui accroît lacontinuité d'alimentation des autresrécepteurs ;
M M M
récepteursnormaux
récepteurs"sensibles"
récepteurs "polluants"
éclairageinformatique
moteurs deforte puissance
moteur àvitesse variable
fig. 3 : le fractionnement des sources et un moyen de séparer les récepteurs «polluants» desautres récepteurs.
■ permettre l'adaptation du schémades liaisons du réseau à la terre(régime de neutre) aux utilisations.
schéma général électriqueA partir des différents élémentsprécédemment décrits dans cechapitre, le concepteur de réseauétablit une pré-structure qu'il affine en
fonction des contraintes du siteindustriel pour obtenir le "schémaunifilaire général de principe" de ladistribution électrique de l'usine : c'estle point de départ de l'optimisationtechnico-économique du réseau.Le chapitre suivant présentesimplement les différents choixpossibles et les calculs nécessaires àla recherche de la solution optimale.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Fractionnement des sources
Certains recepteurs provoquent des perturbations importantes sur le reseau dedistribution prive. Le fractionnement des sources permet d’isoler ces recepteurspolluants et offre en plus deux avantages :
Avoir une meilleure selectivite entre les protections, ce qui accroıt lacontinuite d’alimentation des autres recepteurs ;
Permettre l’adaptation du schema des liaisons du reseau a la terre(regime de neutre) aux utilisations.
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un système de répartition despuissances actives et réactives entreles différents alternateurs et le réseaupublic est à prévoir.Lors d'incidents électriques graves surle réseau privé, ou sur le réseau publicà proximité de l'usine, une instabilitépeut se produire. Il peut être nécessairede procéder, dans un délaiextrêmement court (environ0,2 secondes), à une séparation duréseau public (îlotage des circuitsalimentés par les alternateurs) pour nepas risquer l'arrêt total des installations.Cette séparation s'accompagne, engénéral, d'un délestage des récepteursnon essentiels du réseau privé, ceciafin d'éviter sa surcharge.
fractionnement dessourcesCertains récepteurs provoquent desperturbations importantes sur le réseaude distribution privé. Le fractionnementdes sources (cf. fig. 3) permet d'isolerces récepteurs polluants et offre enplus deux avantages :■ avoir une meilleure sélectivité entreles protections, ce qui accroît lacontinuité d'alimentation des autresrécepteurs ;
M M M
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récepteurs "polluants"
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fig. 3 : le fractionnement des sources et un moyen de séparer les récepteurs «polluants» desautres récepteurs.
■ permettre l'adaptation du schémades liaisons du réseau à la terre(régime de neutre) aux utilisations.
schéma général électriqueA partir des différents élémentsprécédemment décrits dans cechapitre, le concepteur de réseauétablit une pré-structure qu'il affine en
fonction des contraintes du siteindustriel pour obtenir le "schémaunifilaire général de principe" de ladistribution électrique de l'usine : c'estle point de départ de l'optimisationtechnico-économique du réseau.Le chapitre suivant présentesimplement les différents choixpossibles et les calculs nécessaires àla recherche de la solution optimale.
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Fractionnement des sources
Certains recepteurs provoquent des perturbations importantes sur le reseau dedistribution prive. Le fractionnement des sources permet d’isoler ces recepteurspolluants et offre en plus deux avantages :
Avoir une meilleure selectivite entre les protections, ce qui accroıt lacontinuite d’alimentation des autres recepteurs ;
Permettre l’adaptation du schema des liaisons du reseau a la terre(regime de neutre) aux utilisations.
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un système de répartition despuissances actives et réactives entreles différents alternateurs et le réseaupublic est à prévoir.Lors d'incidents électriques graves surle réseau privé, ou sur le réseau publicà proximité de l'usine, une instabilitépeut se produire. Il peut être nécessairede procéder, dans un délaiextrêmement court (environ0,2 secondes), à une séparation duréseau public (îlotage des circuitsalimentés par les alternateurs) pour nepas risquer l'arrêt total des installations.Cette séparation s'accompagne, engénéral, d'un délestage des récepteursnon essentiels du réseau privé, ceciafin d'éviter sa surcharge.
fractionnement dessourcesCertains récepteurs provoquent desperturbations importantes sur le réseaude distribution privé. Le fractionnementdes sources (cf. fig. 3) permet d'isolerces récepteurs polluants et offre enplus deux avantages :■ avoir une meilleure sélectivité entreles protections, ce qui accroît lacontinuité d'alimentation des autresrécepteurs ;
M M M
récepteursnormaux
récepteurs"sensibles"
récepteurs "polluants"
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fig. 3 : le fractionnement des sources et un moyen de séparer les récepteurs «polluants» desautres récepteurs.
■ permettre l'adaptation du schémades liaisons du réseau à la terre(régime de neutre) aux utilisations.
schéma général électriqueA partir des différents élémentsprécédemment décrits dans cechapitre, le concepteur de réseauétablit une pré-structure qu'il affine en
fonction des contraintes du siteindustriel pour obtenir le "schémaunifilaire général de principe" de ladistribution électrique de l'usine : c'estle point de départ de l'optimisationtechnico-économique du réseau.Le chapitre suivant présentesimplement les différents choixpossibles et les calculs nécessaires àla recherche de la solution optimale.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Fractionnement des sources
Certains recepteurs provoquent des perturbations importantes sur le reseau dedistribution prive. Le fractionnement des sources permet d’isoler ces recepteurspolluants et offre en plus deux avantages :
Avoir une meilleure selectivite entre les protections, ce qui accroıt lacontinuite d’alimentation des autres recepteurs ;
Permettre l’adaptation du schema des liaisons du reseau a la terre(regime de neutre) aux utilisations.
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un système de répartition despuissances actives et réactives entreles différents alternateurs et le réseaupublic est à prévoir.Lors d'incidents électriques graves surle réseau privé, ou sur le réseau publicà proximité de l'usine, une instabilitépeut se produire. Il peut être nécessairede procéder, dans un délaiextrêmement court (environ0,2 secondes), à une séparation duréseau public (îlotage des circuitsalimentés par les alternateurs) pour nepas risquer l'arrêt total des installations.Cette séparation s'accompagne, engénéral, d'un délestage des récepteursnon essentiels du réseau privé, ceciafin d'éviter sa surcharge.
fractionnement dessourcesCertains récepteurs provoquent desperturbations importantes sur le réseaude distribution privé. Le fractionnementdes sources (cf. fig. 3) permet d'isolerces récepteurs polluants et offre enplus deux avantages :■ avoir une meilleure sélectivité entreles protections, ce qui accroît lacontinuité d'alimentation des autresrécepteurs ;
M M M
récepteursnormaux
récepteurs"sensibles"
récepteurs "polluants"
éclairageinformatique
moteurs deforte puissance
moteur àvitesse variable
fig. 3 : le fractionnement des sources et un moyen de séparer les récepteurs «polluants» desautres récepteurs.
■ permettre l'adaptation du schémades liaisons du réseau à la terre(régime de neutre) aux utilisations.
schéma général électriqueA partir des différents élémentsprécédemment décrits dans cechapitre, le concepteur de réseauétablit une pré-structure qu'il affine en
fonction des contraintes du siteindustriel pour obtenir le "schémaunifilaire général de principe" de ladistribution électrique de l'usine : c'estle point de départ de l'optimisationtechnico-économique du réseau.Le chapitre suivant présentesimplement les différents choixpossibles et les calculs nécessaires àla recherche de la solution optimale.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Fractionnement des sources
Certains recepteurs provoquent des perturbations importantes sur le reseau dedistribution prive. Le fractionnement des sources permet d’isoler ces recepteurspolluants et offre en plus deux avantages :
Avoir une meilleure selectivite entre les protections, ce qui accroıt lacontinuite d’alimentation des autres recepteurs ;
Permettre l’adaptation du schema des liaisons du reseau a la terre(regime de neutre) aux utilisations.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.8
un système de répartition despuissances actives et réactives entreles différents alternateurs et le réseaupublic est à prévoir.Lors d'incidents électriques graves surle réseau privé, ou sur le réseau publicà proximité de l'usine, une instabilitépeut se produire. Il peut être nécessairede procéder, dans un délaiextrêmement court (environ0,2 secondes), à une séparation duréseau public (îlotage des circuitsalimentés par les alternateurs) pour nepas risquer l'arrêt total des installations.Cette séparation s'accompagne, engénéral, d'un délestage des récepteursnon essentiels du réseau privé, ceciafin d'éviter sa surcharge.
fractionnement dessourcesCertains récepteurs provoquent desperturbations importantes sur le réseaude distribution privé. Le fractionnementdes sources (cf. fig. 3) permet d'isolerces récepteurs polluants et offre enplus deux avantages :■ avoir une meilleure sélectivité entreles protections, ce qui accroît lacontinuité d'alimentation des autresrécepteurs ;
M M M
récepteursnormaux
récepteurs"sensibles"
récepteurs "polluants"
éclairageinformatique
moteurs deforte puissance
moteur àvitesse variable
fig. 3 : le fractionnement des sources et un moyen de séparer les récepteurs «polluants» desautres récepteurs.
■ permettre l'adaptation du schémades liaisons du réseau à la terre(régime de neutre) aux utilisations.
schéma général électriqueA partir des différents élémentsprécédemment décrits dans cechapitre, le concepteur de réseauétablit une pré-structure qu'il affine en
fonction des contraintes du siteindustriel pour obtenir le "schémaunifilaire général de principe" de ladistribution électrique de l'usine : c'estle point de départ de l'optimisationtechnico-économique du réseau.Le chapitre suivant présentesimplement les différents choixpossibles et les calculs nécessaires àla recherche de la solution optimale.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Schema general electrique
A partir des differents elements precedemment decrits dansce chapitre, le concepteur de reseau etablit une pre-structure qu’ilaffine fonction des contraintes du site industriel pour obtenir le”schema unifilaire general de principe” de la distributionelectrique de l’usine : c’est le point de depart de l’optimisationtechnico-economique du reseau.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix du schema des liaisons a terre
Un schema des liaisons a la terre des reseaux en Haute Tension, peut etrechoisi en fonction des criteres presentes dans tableaux suivant.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.21
Le choix d’un schéma des liaisons à laterre (régime de neutre) pour un réseauindustriel en Haute Tension faitintervenir les critères suivants :■ la politique générale,■ la législation en vigueur,■ les contraintes liées au réseau,■ les contraintes liées à l’exploitationdu réseau,
■ les contraintes liées à la nature desrécepteurs,■ etc...Cinq schémas peuvent être envisagés :■ neutre «direct» à la terre,■ neutre mis à la terre par uneréactance,■ neutre mis à la terre par uneréactance accordée,
■ neutre mis à la terre par unerésistance,■ neutre isolé.Chacun d’eux présentent desavantages et des inconvénients qu’ilconvient de bien connaître avantd’arrêter son choix, ils sont regroupésdans le tableau suivant (cf. fig. 22).
fig. 22 : avantages et inconvénients des différents schémas de liaison à la terre possibles pour un réseau industriel HT.
schéma de liaison du neutre avantages inconvénients en pratique
direct à la terre ■ facilite la détection provoque des courants élevés pas utilisédes défauts à la terre de défaut à la terre (dangereuxet la sélectivité des pour le personnel avecprotections, risques de dégats matériels■ limite les surtensions importants)
mis à la terre par limite les courants ■ nécessite des protections plus applicable sansune réactance des défauts à la terre complexes que la liaison directe précaution particulière
à la terre, que si l'impédance de■ peut provoquer des surtensions limitation est faible parsévères selon les configurations rapport à la résistancede l'installation homopolaire du circuit
mis à la terre par favorise l’auto-extinction nécessite des protections ■ parfois employé dansune réactance accordée du courant des défauts complexes (dispositifs directionnels les pays de l'Est(bobine de Petersen) à la terre difficiles à mettre en œuvre) ■ pas utilisé en France
mis à la terre par ■ limite les courants le plus intéressant pour uneune résitance des défauts à la terre, distribution industrielle : il réunit
■ facilite leur détection et tous les avantagesla sélectivité des protections,■ limite les surtensions
isolé de la terre limite les courants ■ risques de surtensions le non déclenchementdes défauts à la terre ■ nécessite l'emploi de au premier défaut à la
matériel sur-isolés (tension terre nécessite :composée entre phase et terre ■ l'obtention d'une dérogationlors d'un défaut franc à la terre), (législation française)■ protections souhaitables ■ que la capacité entre lescontre ces surtensions, conducteurs actifs du réseau et la■ surveillance de l'isolement terre n’entraîne pas un courant deobligatoire (législation française), défaut à la terre dangereux pour le■ sélectivité complexe entre les personnel et les machines.protections de défaut à la terre
annexe 4 : choix du schéma des liaisons àla terre pour un réseau industriel HT
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Definition des canalisations electriques
Les canalisations electriques sont une part importante de l’investissementde l’installation electrique. Il est donc important, pour des raisons de securiteet de cout, de :
Choisir au mieux le bon type de canalisations (cable),
Calculer au plus juste sa section minimale, mais en tenant bien comptedes courants de court-circuit et de demarrage Iccd, des chutes de tensions∆V , des pertes, . . .
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Definition des canalisations electriques
Les canalisations electriques sont une part importante de l’investissementde l’installation electrique. Il est donc important, pour des raisons de securiteet de cout, de :
Choisir au mieux le bon type de canalisations (cable),
Calculer au plus juste sa section minimale, mais en tenant bien comptedes courants de court-circuit et de demarrage Iccd, des chutes de tensions∆V , des pertes, . . .
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Definition des canalisations electriques
Les canalisations electriques sont une part importante de l’investissementde l’installation electrique. Il est donc important, pour des raisons de securiteet de cout, de :
Choisir au mieux le bon type de canalisations (cable),
Calculer au plus juste sa section minimale, mais en tenant bien comptedes courants de court-circuit et de demarrage Iccd, des chutes de tensions∆V , des pertes, . . .
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Etude de la coordination de l’isolement
La coordination de l’isolement permet de realiser le meilleur compromis
technico-economique dans la protection des personnes et des materiels
contre les surtensions, aient pour origine le reseau ou la foudre.
1 Surtensions a frequence industrielle (50 a 500Hz),2 Surtensions de manoeuvre,3 Surtensions atmospheriques (coup de foudre).
La coordination de l’isolement participe a l’obtention d’une plus grande
disponibilite de l’energie electrique. Sa maıtrise necessite :
1 de connaıtre le niveau des surtensions pouvant exister sur lereseau ;
2 de definir un degre de performance recherche ou plusexplicitement un taux de defaillance acceptable de l’isolation ;
3 de choisir les divers composants du reseau a partir de leurniveau de tenue aux surtensions.
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Etude de la coordination de l’isolement
La coordination de l’isolement permet de realiser le meilleur compromis
technico-economique dans la protection des personnes et des materiels
contre les surtensions, aient pour origine le reseau ou la foudre.
1 Surtensions a frequence industrielle (50 a 500Hz),2 Surtensions de manoeuvre,3 Surtensions atmospheriques (coup de foudre).
La coordination de l’isolement participe a l’obtention d’une plus grande
disponibilite de l’energie electrique. Sa maıtrise necessite :
1 de connaıtre le niveau des surtensions pouvant exister sur lereseau ;
2 de definir un degre de performance recherche ou plusexplicitement un taux de defaillance acceptable de l’isolation ;
3 de choisir les divers composants du reseau a partir de leurniveau de tenue aux surtensions.
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Definition d’un systeme de protection
Lorsqu’un defaut apparaıt sur un reseau electrique, plusieurs organes deprotection situes dans differentes zones du reseau peuvent detectersimultanement cette anomalie. Leur declenchement selectif vise a isoler leplus rapidement possible la partie du reseau affecte par le defaut et uniquementcette partie.
Le concepteur doit avant tout choisir un systeme de protection qui luipermet de definir les unites de protection les mieux adaptes. Il doit en outredefinir un plan de declenchement qui consiste a determiner les reglages desrelais en courant et en temporisation afin d’obtenir la bonne selectivite dudeclenchement.
1 Selectivite par le courant ou amperemetrique,
2 Selectivite par le temps ou chronometrique,
3 Selectivite logique,
4 Selectivite directionnelle ou differentielle,
5 Selectivite a l’aide de protection de distance.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Calcul des courants de court-circuit Icc
La connaissance des differentes valeurs des intensites des courants decourt-circuit est necessaire dans la recherche de l’optimumtechnico-economique pour determiner :
Les valeurs de pouvoir de fermeture et de coupure, fonction des Iccmaximales crete et efficace ;
les tenues aux efforts electrodynamiques des equipements et appareilselectriques, fonction des Icc maximales crete
Les reglages dans les etudes de selectivite des declenchements desprotections, fonctions des Icc efficaces maximales et minimales
En presence de machines tournantes (alternateurs ou moteurs)l’etablissement d’un courant de courtcircuit peut etre decompose en troistemps ou ”regimes” :
Regime subtransitoire,
Regime transitoire,
Regime permanent.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Calcul des variations de tension
En regime normal ce calcule permet de verifier les tensions tout au long
du reseau. Si les valeurs des tensions sont trop faibles, le concepteur
verifie que :
les flux de puissance active et reactive sont normaux,les canalisations electriques sont bien dimensionnees,les puissances des transformateurs sont suffisantes,le principe de compensation de l’energie reactive est judicieux,la structure du reseau retenue est bonne.
En regime perturbe sert a verifier si les phenomenes ci-apres ne
conduisent pas a des chutes ou des elevations de tension excessives :
Fonctionnement degrade du reseau,Exploitation des reseaux a vide, avec ou sans compensation del’energie reactive.Demarrage d’un gros moteur
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Calcul des variations de tension
En regime normal ce calcule permet de verifier les tensions tout au long
du reseau. Si les valeurs des tensions sont trop faibles, le concepteur
verifie que :
les flux de puissance active et reactive sont normaux,les canalisations electriques sont bien dimensionnees,les puissances des transformateurs sont suffisantes,le principe de compensation de l’energie reactive est judicieux,la structure du reseau retenue est bonne.
En regime perturbe sert a verifier si les phenomenes ci-apres ne
conduisent pas a des chutes ou des elevations de tension excessives :
Fonctionnement degrade du reseau,Exploitation des reseaux a vide, avec ou sans compensation del’energie reactive.Demarrage d’un gros moteur
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Calcul des variations de tension
Exemple, pour l’installation d’un moteur de 1200kW alimente par une ligne 60kV de 30km de
longueur, ∆V = 250V le chute de tension sur le ”reseau usine”.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.11
rapport R/X du réseau amont et del'instant du défaut par rapport à laphase de la tension.Enfin il convient de tenir compte de lacontribution des moteurs à l'intensité ducourant de court-circuit. En effet, lorsd'un court-circuit triphasé, les machinesasynchrones ne sont plus alimentéespar le réseau et le flux magnétique deces machines ne peut pas disparaîtrebrutalement.L'extinction de ce flux donne naissanceà un courant subtransitoire puistransitoire qui augmente la valeur del'intensité du courant de court-circuit duréseau.La valeur totale de l'intensité ducourant de court-circuit est alors lasomme vectorielle de deux courants decourt-circuit : celui de la source et celuides machines.
calcul des variations detension en régimes normalet perturbéEn régime normalLe calcul des variations de tension enrégime normal est une étape decontrôle qui permet de vérifier lestensions tout au long du réseau.Si les valeurs des tensions sont tropfaibles, le concepteur vérifie que :■ les flux de puissance active etréactive sont normaux,■ les canalisations électriques sontbien dimensionnées,■ les puissances des transformateurssont suffisantes,■ le principe de compensation del'énergie réactive est judicieux,■ la structure du réseau retenue estbonne.
En régime perturbéLe calcul des variations de tension enrégime perturbé est nécessaire pourvérifier si les phénomènes ci-après neconduisent pas à des chutes ou desélévations de tension excessives :■ démarrage d'un gros moteur(cf. fig. 5),■ fonctionnement dégradé du réseau(2 transformateurs en exploitation aulieu des 3 prévus pour la marchenormale, par exemple),■ exploitation des réseaux à vide, avecou sans compensation de l'énergieréactive.
L'annexe 5 indique l'expression etprésente le diagramme vectoriel de lachute de tension dans un réseau.
choix du mode dedémarrage des moteursLe mode de démarrage retenu (étoile-triangle, auto-transformateur,résistances ou réactancesstatoriques,…), doit évidemmentpermettre de disposer d'un coupled'accélération -Ca- suffisant (engénéral Ca > 0,15 Cn) , mais aussi neprovoquer que des chutes de tensionacceptables (< 15 %).
Rappel : l'équation qui régit l'étatd'équilibre du moteur avec lamécanique qu'il entraîne est :
C'm - Cr = J dωdt
C'm = couple du moteur sous tensionréelle d'alimentation (Ur),Cr = couple résistant de la mécaniqueentraînée,J = inertie de toutes les massesentraînées,dω/dt = accélération angulaire,
C'm = Cm . UrUn
2
Cm = couple du moteur sous tensionnominale (Un).
fig. 5 : exemple, pour l'installation d'un moteur de 1 200 kW alimenté par une ligne 60 kV de30 km de longueur, de détermination de la valeur des variations de tension lors de sondémarrage. A noter que la séparation de l'alimentation du «réseau usine» et du moteur apermis de n'avoir que 250 V de chute de tension sur le «réseau usine». xx kV = tension lors du démarrage du moteur
1200 kW = 5 nI
4,5 kV4,75 kV Un = 5 kVUn = 5 kV
réseau usine
moteur en cours de démarrage
57 kVUn = 60 kV
Un = 60 kV
ligne
30
km
I
Dem I
Dem I
Dem I
Dem
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix du mode de demarrage des moteurs
Le mode de demarrage retenu (etoile-triangle, auto-transformateur,resistances ou reactances statoriques,. . . ), doit evidemment permettre dedisposer d’un couple d’acceleration Ca suffisant (en general Ca superieur a0,15 Cn) , mais aussi ne provoquer que des chutes de tension acceptables(inferieur a 15 % ).
Ca = Cm.(Ur
Un)2 − Cr
Cm couple du moteur sous tension nominale (Un).Cr couple resistant de la mecanique entraınee.Ur tension reelle d’alimentation.
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.12
Ca = C'm - CrCa = couple d'accélération.La courbe représentant Ca en fonctionde la vitesse est donnée par la figure 6ci-après.
Le tableau de la figure 7 montre lesmodes de démarrages les plus usités(pour plus de détails consulter le CahierTechnique n°165).
stabilité dynamique desréseauxEn régime non perturbé, l'ensembledes machines tournantes (moteurs etalternateurs) faisant partie del'installation forme un système stableavec le réseau public d'alimentation.Cet équilibre peut être affecté par unincident sur l'un des réseaux (public ouprivé) tel que : fluctuation importante decharges, modification du nombre detransformateurs, de lignes ou desources d'alimentation, défautpolyphasé, etc.Il se produit donc soit une instabilitépassagère dans le cas d'un réseaubien étudié, soit une rupture de stabilité
si le phénomène perturbateur est trèsgrave ou si le réseau a une faiblecapacité de reprise (puissance decourt-circuit trop faible par exemple).
Comportement des moteursasynchrones lors d'un défauttriphaséVoici à titre d'exemple l'étude ducomportement des moteursasynchrones lors d'un défaut triphasé(cf. fig. 8).Après élimination du défaut,■ soit les moteurs ont des couplessupérieurs aux couples résistants : ilspeuvent réaccélérer et retrouver leurétat stable ;■ soit les moteurs ont des couplesinférieurs aux couples résistants : ilspoursuivent alors leur ralentissementen absorbant des courants importantsqui sont détectés par les protectionsdes moteurs et/ou du réseau,lesquelles provoquent ledéclenchement de leur disjoncteurassocié.
La reprise des moteurs, donc lastabilité dynamique du réseau, estfavorisée par :
■ un plan de délestage adapté(déclenchement des moteurs ordinaireset non essentiels en cas de défautsgraves) ;
besoins de caractéristiques mode de avantagesl'application de l'application démarrage inconvénients
process permanent machines nécessitant direct simplicité,ou quasi-permanent un fort couplage investissement réduit.démarrage ≤ 1/jour de démarrage au démarrage :
■ couple important,démarrages moteurs à faible appel direct ■ appel de courant important,fréquents > 1/jour de courant ou de faible ■ fortes contraintes
puissance mécaniques.
pompes, machines démarrant statorique réduction et deventilateurs sous faible couple par l'appel de courant aucompresseurs réactance démarragedémarrages (ajustage possible).fréquents
optimisation des lorsque l'intensité au statorique par optimisation du couple (réduit)caractéristiques de démarrage doit être auto- et de l'appel de courant audémarrage réduite tout en transformateur démarrage
conservant le couple (ajustage possible).nécessaire audémarrage
optimisation des démarrages rotorique faible appel de courant etcaractéristiques les plus difficiles fort couple de démarrage.de démarrage àfort couple
0
CCn
couple
1
0vitesse ω
Cm
C'm
Cr
CnCa
0,6
C'm = couple du moteur sous tension réelled'alimentation (Ur),Cr = couple résistant de la mécaniqueentraîné,Cm = couple du moteur sous tensionnominale (Un),Ca = couple d'accélération.
fig. 6 : représentation des différents couplesd'un moteur selon sa vitesse, avec unebaisse de tension de l'ordre de 15 % (d'oùC'm ≈ 0,7 Cm) et un couple résistant Cr ≈ 0au démarrage.A noter qu'une telle baisse de tension nepermettrait pas le lancement de ce moteuravec un Cr > 0,6.Cn au démarrage, caralors Cr > C’m. fig. 7 : modes de démarrage les plus couramment usités.
fig. 8 : comportement des moteursasynchrones lors d'un défaut triphasé.
défaut triphasé
chute de tension
augmentation du courant
absorbé par les moteurs
diminution du couple moteur(selon le carré de la tension)
ralentissementde tous les
moteurs
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Stabilite dynamique des reseaux
Comportement des moteurs asynchrones lors d’un defaut triphase
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.12
Ca = C'm - CrCa = couple d'accélération.La courbe représentant Ca en fonctionde la vitesse est donnée par la figure 6ci-après.
Le tableau de la figure 7 montre lesmodes de démarrages les plus usités(pour plus de détails consulter le CahierTechnique n°165).
stabilité dynamique desréseauxEn régime non perturbé, l'ensembledes machines tournantes (moteurs etalternateurs) faisant partie del'installation forme un système stableavec le réseau public d'alimentation.Cet équilibre peut être affecté par unincident sur l'un des réseaux (public ouprivé) tel que : fluctuation importante decharges, modification du nombre detransformateurs, de lignes ou desources d'alimentation, défautpolyphasé, etc.Il se produit donc soit une instabilitépassagère dans le cas d'un réseaubien étudié, soit une rupture de stabilité
si le phénomène perturbateur est trèsgrave ou si le réseau a une faiblecapacité de reprise (puissance decourt-circuit trop faible par exemple).
Comportement des moteursasynchrones lors d'un défauttriphaséVoici à titre d'exemple l'étude ducomportement des moteursasynchrones lors d'un défaut triphasé(cf. fig. 8).Après élimination du défaut,■ soit les moteurs ont des couplessupérieurs aux couples résistants : ilspeuvent réaccélérer et retrouver leurétat stable ;■ soit les moteurs ont des couplesinférieurs aux couples résistants : ilspoursuivent alors leur ralentissementen absorbant des courants importantsqui sont détectés par les protectionsdes moteurs et/ou du réseau,lesquelles provoquent ledéclenchement de leur disjoncteurassocié.
La reprise des moteurs, donc lastabilité dynamique du réseau, estfavorisée par :
■ un plan de délestage adapté(déclenchement des moteurs ordinaireset non essentiels en cas de défautsgraves) ;
besoins de caractéristiques mode de avantagesl'application de l'application démarrage inconvénients
process permanent machines nécessitant direct simplicité,ou quasi-permanent un fort couplage investissement réduit.démarrage ≤ 1/jour de démarrage au démarrage :
■ couple important,démarrages moteurs à faible appel direct ■ appel de courant important,fréquents > 1/jour de courant ou de faible ■ fortes contraintes
puissance mécaniques.
pompes, machines démarrant statorique réduction et deventilateurs sous faible couple par l'appel de courant aucompresseurs réactance démarragedémarrages (ajustage possible).fréquents
optimisation des lorsque l'intensité au statorique par optimisation du couple (réduit)caractéristiques de démarrage doit être auto- et de l'appel de courant audémarrage réduite tout en transformateur démarrage
conservant le couple (ajustage possible).nécessaire audémarrage
optimisation des démarrages rotorique faible appel de courant etcaractéristiques les plus difficiles fort couple de démarrage.de démarrage àfort couple
0
CCn
couple
1
0vitesse ω
Cm
C'm
Cr
CnCa
0,6
C'm = couple du moteur sous tension réelled'alimentation (Ur),Cr = couple résistant de la mécaniqueentraîné,Cm = couple du moteur sous tensionnominale (Un),Ca = couple d'accélération.
fig. 6 : représentation des différents couplesd'un moteur selon sa vitesse, avec unebaisse de tension de l'ordre de 15 % (d'oùC'm ≈ 0,7 Cm) et un couple résistant Cr ≈ 0au démarrage.A noter qu'une telle baisse de tension nepermettrait pas le lancement de ce moteuravec un Cr > 0,6.Cn au démarrage, caralors Cr > C’m. fig. 7 : modes de démarrage les plus couramment usités.
fig. 8 : comportement des moteursasynchrones lors d'un défaut triphasé.
défaut triphasé
chute de tension
augmentation du courant
absorbé par les moteurs
diminution du couple moteur(selon le carré de la tension)
ralentissementde tous les
moteurs
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Structures types des reseaux
Boucle ouverte ou fermee dite ”en coupure d’artere”
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.14
Différentes structures de réseau sontpossibles, les plus courantes sontprésentées dans ce chapitre avec leursprincipaux domaines d'emploi.Le choix d'une structure de réseau,toujours déterminant sur le plan de ladisponibilité de l'énergie est souventdifficile.Comparer rapidement, pour différentesstructures, l'indisponibilité de la tensionen un point particulier du réseaus'avère être la méthode la plusrationnelle, et l'emploi d'un systèmeexpert très intéressant (cf. annexe 2).
structures types desréseauxBoucle ouverte ou fermée dite «encoupure d’artère»(cf. fig. 10)Préconisée pour les réseaux trèsétendus, avec des extensions futuresimportantes. Son exploitation en boucleouverte est recommandée.
Radial doubles dite «en doubledérivation » (manuelle ouautomatique)(cf. fig. 11)Préconisée pour les réseaux trèsétendus avec des extensions futureslimitées et nécessitant une bonnecontinuité d'alimentation.
Radial dite «en simple alimentation»ou «en antenne»(cf. fig. 12 page ci-contre)Préconisée lorsque les exigences decontinuité d'alimentation sont faibles.Elle est très souvent retenue pour lesréseaux des cimenteries.
Double alimentation(cf. fig. 13 page ci-contre)Préconisée lorsqu'une bonne continuitéd'alimentation est demandée oulorsque les équipes d'exploitation et demaintenance sont peu nombreuses.Elle est très souvent retenue dans lesdomaines de la sidérurgie et de lapétrochimie.
4. choix de la structure et exploitationoptimale des réseaux
fig. 10 : schéma d'un réseau en boucle.
fig. 11 : schéma d'un réseau en double dérivation.
HT
BTBTBT
HT
BT
BT
BT
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Structures types des reseaux
Radial doubles dite ”en double derivation” (manuelle ou automatique)
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.14
Différentes structures de réseau sontpossibles, les plus courantes sontprésentées dans ce chapitre avec leursprincipaux domaines d'emploi.Le choix d'une structure de réseau,toujours déterminant sur le plan de ladisponibilité de l'énergie est souventdifficile.Comparer rapidement, pour différentesstructures, l'indisponibilité de la tensionen un point particulier du réseaus'avère être la méthode la plusrationnelle, et l'emploi d'un systèmeexpert très intéressant (cf. annexe 2).
structures types desréseauxBoucle ouverte ou fermée dite «encoupure d’artère»(cf. fig. 10)Préconisée pour les réseaux trèsétendus, avec des extensions futuresimportantes. Son exploitation en boucleouverte est recommandée.
Radial doubles dite «en doubledérivation » (manuelle ouautomatique)(cf. fig. 11)Préconisée pour les réseaux trèsétendus avec des extensions futureslimitées et nécessitant une bonnecontinuité d'alimentation.
Radial dite «en simple alimentation»ou «en antenne»(cf. fig. 12 page ci-contre)Préconisée lorsque les exigences decontinuité d'alimentation sont faibles.Elle est très souvent retenue pour lesréseaux des cimenteries.
Double alimentation(cf. fig. 13 page ci-contre)Préconisée lorsqu'une bonne continuitéd'alimentation est demandée oulorsque les équipes d'exploitation et demaintenance sont peu nombreuses.Elle est très souvent retenue dans lesdomaines de la sidérurgie et de lapétrochimie.
4. choix de la structure et exploitationoptimale des réseaux
fig. 10 : schéma d'un réseau en boucle.
fig. 11 : schéma d'un réseau en double dérivation.
HT
BTBTBT
HT
BT
BT
BT
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Structures types des reseaux
Radial dite ”en simple alimentation” ou ”en antenne”
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.15
G
fig. 15 : schéma d'un réseau avec un groupe de production d'énergie.
sourceprincipale
source deremplacement
utilisation prioritaire(réseau secouru)
utilisation non prioritaire
G
fig. 16 : schéma d'un réseau avec une source de remplacement et délestage.
Avec source de remplacement etdélestage(cf. fig. 16)C'est le cas typique d'un réseauindustriel où une très grande continuitéd'alimentation est demandée avec uneseule alimentation du distributeurpublic.
BT
sous tableau HT
BT
HT
fig. 12 : schéma d'un réseau en simplealimentation.
HT
HT
BT
fig. 13 : schéma d'un réseau en doublealimentation.
Double jeux de barres(cf. fig. 14)Préconisée lorsqu'une très grandecontinuité d'alimentation est demandéeou lorsqu'il y a de très fortes variations
de charges : les charges pouvant êtreréparties sur l'un ou l'autre des jeux debarres, sans interruption d'alimentation.
Avec groupes de production d'énergie(cf. fig. 15)C'est la structure la plus simple maistrès souvent rencontrée.
fig. 14 : schéma d'un réseau en double jeux de barres.
départs
arrivées
jeu de barres B
jeu de barres A
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Structures types des reseaux
En Double alimentation
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.15
G
fig. 15 : schéma d'un réseau avec un groupe de production d'énergie.
sourceprincipale
source deremplacement
utilisation prioritaire(réseau secouru)
utilisation non prioritaire
G
fig. 16 : schéma d'un réseau avec une source de remplacement et délestage.
Avec source de remplacement etdélestage(cf. fig. 16)C'est le cas typique d'un réseauindustriel où une très grande continuitéd'alimentation est demandée avec uneseule alimentation du distributeurpublic.
BT
sous tableau HT
BT
HT
fig. 12 : schéma d'un réseau en simplealimentation.
HT
HT
BT
fig. 13 : schéma d'un réseau en doublealimentation.
Double jeux de barres(cf. fig. 14)Préconisée lorsqu'une très grandecontinuité d'alimentation est demandéeou lorsqu'il y a de très fortes variations
de charges : les charges pouvant êtreréparties sur l'un ou l'autre des jeux debarres, sans interruption d'alimentation.
Avec groupes de production d'énergie(cf. fig. 15)C'est la structure la plus simple maistrès souvent rencontrée.
fig. 14 : schéma d'un réseau en double jeux de barres.
départs
arrivées
jeu de barres B
jeu de barres A
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Structures types des reseaux
En Double jeux de barres
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.15
G
fig. 15 : schéma d'un réseau avec un groupe de production d'énergie.
sourceprincipale
source deremplacement
utilisation prioritaire(réseau secouru)
utilisation non prioritaire
G
fig. 16 : schéma d'un réseau avec une source de remplacement et délestage.
Avec source de remplacement etdélestage(cf. fig. 16)C'est le cas typique d'un réseauindustriel où une très grande continuitéd'alimentation est demandée avec uneseule alimentation du distributeurpublic.
BT
sous tableau HT
BT
HT
fig. 12 : schéma d'un réseau en simplealimentation.
HT
HT
BT
fig. 13 : schéma d'un réseau en doublealimentation.
Double jeux de barres(cf. fig. 14)Préconisée lorsqu'une très grandecontinuité d'alimentation est demandéeou lorsqu'il y a de très fortes variations
de charges : les charges pouvant êtreréparties sur l'un ou l'autre des jeux debarres, sans interruption d'alimentation.
Avec groupes de production d'énergie(cf. fig. 15)C'est la structure la plus simple maistrès souvent rencontrée.
fig. 14 : schéma d'un réseau en double jeux de barres.
départs
arrivées
jeu de barres B
jeu de barres A
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Choix des equipements
Quelle que soit la structure choisie, les equipements prevus doiventsatisfaire :
1 aux normes en vigueur ;
2 aux caracteristiques du reseau :
tensions, courants nominaux,courant de court-circuit (pouvoir de fermeture et de coupure,tenue electrodynamique et thermique) ;
3 aux fonctions souhaitees (coupure sur defaut, coupure en servicenormal,. . . ) ;
4 aux exigences de continuite d’alimentation (appareil fixe, deconnectable,debrochable) ;
5 aux qualifications des agents d’exploitation et de maintenance
presence de verrouillagesd’asservissement electriques plus ou moins completstechnique de coupure avec ou sans entretien
6 aux exigences de la maintenance et des extensions eventuelles (reserve,modularite,. . . ).
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Exploitation optimale
Par exploitation optimale d’une distribution electrique, il faut comprendre larecherche :
d’une meilleure continuite d’alimentation,
d’un cout minimal de l’energie consommee,
d’une optimisation des moyens d’exploitation et de maintenance
La solution est dans la mise en oeuvre d’un systeme de Gestion Technique dela distribution Electrique ”GTE” pour l’ensemble du reseau.
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Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Exemple d’architecture d’un systeme de GTE
Cahier Technique Merlin Gerin n° 169 / p.17
la distribution Electrique -GTE- pourl’ensemble du réseau.
Les systèmes de GTE actuellementproposés par les constructeurs, telMerlin Gerin, exploitent toutes lesperformances des microprocesseurs.Ainsi ces composants, intégrés dansles centrales de gestion locale etcentralisée comme dans les appareilsde protection et de contrôle-commandeinstallés sur les lieux mêmes de laconsommation, sont à l’origine duconcept de «l’intelligencedécentralisée». L’expression«intelligence décentralisée» signifieque, à leur niveau, les centrales et lesappareils remplissent leur mission defaçon autonome (sans interventionhumaine), et ne sollicitent le niveau«supérieur» qu’en cas d’anomalie. Parle superviseur, le gestionnaire ou
exploitant du réseau est toujoursinformé des changements.Ces propos permettent de comprendretoute l’importance qu’il y a à bien définirl’architecture du réseau.
Description d’un système de GTE(cf. fig. 18)Un système de GTE est organisé selonquatre niveaux :■ niveau 0 : capteurs (de position, degrandeurs électriques, …) etactionneurs (déclencheur, bobine,…) ;■ niveau 1 : unités de protection et decontrôle-commande, par exemple d'unecellule HT ;■ niveau 2 : conduite locale, parexemple poste HT/BT d'une usine outableau BT d'un atelier ;■ niveau 3 : téléconduite de l'ensembledu réseau privé.
Tous ces matériels et particulièrementceux des niveaux 1 à 3 sont reliés pardes bus (réseaux par lesquelstransitent les informations).
Les missions des systèmes de GTE■ gérer l'approvisionnement et laconsommation de l'énergie enfonction :■■ de la puissance souscrite,■■ de la tarification du distributeur,■■ des disponibilités de la centrale deproduction privée,■■ des impératifs des processusindustriels.
■ maintenir la continuité d'alimentationen réalisant :■■ la protection rapide et sélective(système de sélectivité logique parexemple),■■ la permutation automatiqued'alimentation,
fig. 18 : exemple d'architecture d'un système de Gestion Technique de la distribution Electrique.
niveau 3téléconduite de l'ensemble du réseau électrique privé (système superviseur et consignateurs d'états)
niveau 2gestion locale des réseaux «poste-usine»(centrale de gestion de réseaux)
niveau 1unités de protection et contrôle-commande(cellules HT, TGBT d'atelier)
niveau 0capteurs et actionneurs(déclencheurs, fins de course, transformateurs de mesure, …)
poste de contrôle-commanden°1
poste de contrôle-commanden°2
part 2 déclenché : défaut terre…art 2 : Surcharge 150A. Délest en co
I 1 = 136 A
épart Atelier Soudure : Intensité 23A
I 1 = 96 ADéf A1
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension
Besoins et contraintes Conception des reseaux Validation et optimisation TE Choix de la structure et exploitation optimale
Conclusion
Une conception de reseau electrique bien maıtrisee permetd’assurer, au moindre cout et dans les meilleures conditions
d’exploitation, un fonctionnement optimal en regime permanentet en regime perturbe du reseau.
Bibliotheque : La conception des reseaux industriels en haute tension, Cahier Technique Merlin Gerin n 169, CT169edition octobre 1993
Yacine a. Amakassou La Conception des Reseaux Industriels en Haute Tension