n°155les réseaux dedistributionpublique MTdans le monde

CT 155 édition septembre1991

Christian Puret

Ingénieur diplômé de l’E.N.S.E.R.G.(Institut National Polytechnique deGrenoble) et de l’I.A.E. de Paris, ilentre dans la société Merlin Gerinen 1977.Ses premiers emplois le spécialisentdans le domaine des automatesindustriels.Puis il est responsable de laformation des clients du GroupeMerlin Gerin.En 1986, il rejoint la DivisionMoyenne Tension dans laquelle iloccupe maintenant un poste dedélégué au marketing stratégique.Il a en charge la prise en compte desévolutions de la protection et ducontrôle-commande dans lesmatériels Moyenne Tension, et plusparticulièrement ceux destinés auxréseaux de distribution publique.

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lexique

Configuration : opération qui consiste,en protection et contrôle-commande àdédier, par construction ou parchargement d’un logiciel, un matérielstandard à une application particulière.Cette dernière opération,le chargement d’un logiciel, se fait àpartir d’un outil : le configurateur,généralement un micro ordinateur PC.Il permet par exemple de :■ définir les fonctions que réalisera lematériel,■ établir les connexions avec sonenvironnement,■ créer les images synoptiqueset libeller les alarmes pour l’exploitation.

Débrochable (partie d’un ensemble),(CEI 50 - chapitre 441, NF C 01-441) :partie amovible d’un ensemble qui, touten demeurant mécaniquement reliée àl’ensemble, peut être déplacée jusqu’àla ou l’une des positions établissantune distance de sectionnement ou uncloisonnement métallique entrecontacts ouverts. Cette distance desectionnement ou ce cloisonnementmétallique concerne toujours le circuitprincipal. Elle peut concerner ou nonles circuits auxiliaires ou decommande.

Fixe (appareil fixe),(dictionnaire CEI de l’électricité) :appareil conçu pour être monté sur unsupport et destiné à être relié à un oudes circuits extérieurs au moyen deconducteurs électriques installés àdemeure.

Fusible de type cut-out : fusible MT àpercuteur, qui remplit les fonctions deprotection et de sectionnement. Lesectionnement est obtenu lors de lafusion par l’expulsion du percuteur quiprovoque le basculement automatiquede la cartouche fusible.

Indicateur de localisation de défaut :dispositif installé sur les réseaux MTqui signale, localement ou à distance,le passage des courants de défaut.Pour améliorer la qualité de service,l’exploitant s’efforce de limiterl’interruption d’alimentation à la seulepartie défectueuse du réseau. Pourcela il a besoin de connaître la portiondu réseau affectée par le défaut. Acette fin, l’exploitant installe desindicateurs de localisation de défaut.Une analyse de ces informationspermet de cerner la partie défectueuse,puis de reconfigurer le réseau(application typique de la téléconduite).

La prédictique : une nouvelle scienceayant pour objectif la prévision desévénements, elle est fondée sur leraisonnement et l’induction scientifique.

Recloser : disjoncteur MT équipé d’unautomatisme de réenclenchementsmultiples, il est installé sur un départMT aérien et coordonné avec lesprotections (fusibles) placées sur cedépart (en amont et en aval).Il est utilisé dans les réseaux de typeNord-Américain.

Sectionaliser : interrupteur MT équipéd’un automatisme de comptage, il estinstallé en aval d’un départ MT aérienprotégé par un recloser. Sonautomatisme compte les passages d’uncourant de défaut (qui correspond aunombre de réenclenchements durecloser), et pour un nombre préfixé ilcommande l’ouverture de l’interrupteur.Une sélectivité peut donc être réaliséeen installant plusieurs sectionalisers ensérie sur un départ MT, le derniersectionaliser (le plus éloigné durecloser) s’ouvrant au deuxièmepassage du courant de défaut, lesectionaliser précédent s’ouvrant autroisième passage et ainsi de suite.Cet appareil est utilisé dans lesréseaux de type Nord-Américain.

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les réseaux de distribution publique MTdans le monde

sommaire

1. Les différents réseaux électriques Le réseau de transport et p. 4d’interconnexionLe réseau de répartition p. 5Le réseau de distribution MT p. 5Le réseau de distribution BT p. 6La nature du courant électrique p. 6La planification des réseaux p. 6

2. Le distributeur Sa raison d’être p. 7Son métier p. 7Son évolution p. 8

3. Les topologies de réseaux Les critères de choix d’une p. 10topologieLes éléments dépendants de p. 10la topologie choisieLes différents schémas de p. 10réseaux MTLes schémas des liaisons à p. 12la terre du neutreLe plan de protection p. 13Le plan de contrôle-commande p. 14

4. La distribution publique MT Les postes sur les réseaux MT p. 15Autres ouvrages MT p. 16L’appareillage MT p. 16Un schéma français et un p. 18schéma nord-américain

5. Protection et contrôle-commande Les technologies des unités de p. 20des réseaux MT protection MT

La compatibilité électromagnétique p. 21Les applications du p. 21contrôle-commande en MTLes architectures de p. 23contrôle-commande en MTLes réseaux de communication p. 24

6. Conclusion p. 25Annexe 1 : quelques normes pour des produits MT p. 26Annexe 2 : les différentes techniques de sélectivité p. 26Annexe 3 : architecture EDF et matériels Merlin Gerin p. 27Annexe 4 : bibliographie p. 28

Dans un pays, le Transport et laDistribution Publique assurent le transitde l’énergie électrique entre les pointsde production et les points deconsommation.Les points de production sont lescentrales qui génèrent l’énergieélectrique à partir de différentesénergies primaires (nucléaire,hydraulique, charbon,…).

Les points de consommation,en MT - Moyenne Tension -, sont despostes ou des ouvrages, à partirdesquels l’énergie est livrée aux clients(abonnés), ceci par l’intermédiaire de la«distribution MT». C’est cette dernièrequi fait l’objet du présent CahierTechnique.

Dans ce Cahier Technique, après unedescription des différents types deréseaux et du métier de distributeur, lelecteur non familiarisé avec la MTtrouvera une présentation :■ des topologies des réseaux MT,■ des postes,■ des dispositifs de protection etcontrôle-commande.

Note : Dans ce Cahier Technique, leterme MT désigne toute tensioncomprise entre quelques kV et 40 kV.

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des recommandations pour les niveauxde tension des réseaux 50 et 60 Hz.

Cependant, afin de mieux comprendreles intérêts de ce découpage, lesparagraphes suivants présententchaque réseau avec :■ sa finalité,■ son niveau de tension,■ sa structure.

le réseau de transport etd’interconnexionLa dispersion géographique entre leslieux de production et les centres deconsommation, l’irrégularité de cetteconsommation et l’impossibilité destocker l’énergie électrique nécessitentun réseau électrique capable de latransporter sur de grandes distances etde la diriger.

Ses lignes atteignent des milliers dekilomètres, par exemple 20 000 kmpour le réseau 400 kV français.

La finalité de ce réseau est triple :■ une fonction de “transport” dont le butest d’acheminer l’électricité descentrales de production aux grandeszones de consommation ;

Il ne suffit pas de produire le courantélectrique dans les centrales, il fautaussi l’amener jusqu’à l’utilisateur final.

Ainsi pour atteindre l’adéquation entrela production et la consommation, quise traduit in fine par la performanceéconomique, la structure électriqued’un pays est généralementdécomposée en plusieurs niveauxcorrespondant à différents réseauxélectriques (cf. fig. 1).

Il est à noter qu’il n’existe aucunestructure unique à travers le monde, etque le découpage en plusieurs réseauxavec les niveaux de tension associéspeut être différent selon les pays. Maisen général, le nombre de niveaux detensions est limité à trois ; d’ailleurs en1983 la publication CEI 38 a formulé

1. les différents réseaux électriques

fig. 1 : le schéma illustré d’un réseau électrique montrant que l’électricité est produite, transportée et distribuée à des niveaux de tensionsdifférents.

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■ une fonction “d’interconnexionnationale” qui gère la répartition del’offre en orientant la production enfonction de la répartition géographiqueet temporelle de la demande ;■ une fonction “d’interconnexioninternationale” pour gérer des fluxd’énergie entre les pays en fonctiond’échanges programmés ou à titre desecours.

En général, seuls quelques abonnés àtrès forte consommation sont raccordéssur ces réseaux.

La structure de ces réseaux estessentiellement de type aérien.

Les tensions sont généralementcomprises entre 225 et 400 kV,quelques fois 800 kV (ex : 765 kV enAfrique du sud). L’utilisation de cestensions élevées est liée à un objectiféconomique. En effet pour unepuissance donnée, les pertes en lignepar effet Joule sont inversementproportionnelles au carré de la tension :p = k /U2, avecU = tension du réseau,k = une constante fonction de la ligne.

De plus les puissances transportéessont telles, que l’utilisation d’unetension basse entraînerait des sectionsde câble tout à fait inadmissibles.L’usage des tensions élevées se trouvedonc imposé malgré les contraintesd’isolement qui se traduisent par descoûts de matériel plus importants, lasolution la plus facile étant l’utilisationde lignes aériennes.

Dans tous les cas, le choix d’unetension de transport est avant tout uncompromis technico-économique,fonction des puissances à transporteret des distances à parcourir.

L’aspect sûreté est fondamental surces réseaux. En effet toute défaillanceà ce niveau entraîne d’importantsdéfauts d’alimentation pour l’ensembledes points de consommation. Ainsi en1965, 30 millions de personnes ont étéprivées d’électricité pendant 12 heuresaux Etats-Unis.

Les protections de ces réseaux doiventdonc être très performantes. Quant àleur exploitation, elle est assurée auniveau national par un centre deconduite ou dispatching à partir duquell’énergie électrique est surveillée etgérée en permanence.

le réseau de répartitionLa finalité de ce réseau est avant toutd’acheminer l’électricité du réseau detransport vers les grands centres deconsommation.

Ces centres de consommation sont :■ soit du domaine public avec l’accèsau réseau de distribution MT,■ soit du domaine privé avec l’accèsaux abonnés à grande consommation(supérieure à ≈ 10 MVA) livrésdirectement en HT. Dans un pays lenombre de ces abonnés est très faible(ex: 600 en France). Il s’agitessentiellement d’industriels tels lasidérurgie, la cimenterie, la chimie, letransport ferroviaire,...La structure de ces réseaux estgénéralement de type aérien (parfoissouterrain à proximité de sites urbains).Dans ce domaine, les politiques derespect de l’environnement et deprotection des sites (zones protégées)s’opposent souvent à la constructiondes lignes. En conséquence, lapénétration du réseau de répartitionjusque dans les zones à forte densitéde population est de plus en plusdifficile et coûteuse.Les tensions sur ces réseaux sontcomprises entre 25 kV et 275 kV.Les protections sont de même natureque celles utilisées sur les réseaux detransport, les centres de conduite étantrégionaux.

le réseau dedistribution MTCe niveau dans la structure électriqued’un pays sera plus détaillé dans leschapitres suivants. Aussi seulsquelques éléments simplesd’identification sont indiqués ici.

La finalité de ce réseau estd’acheminer l’électricité du réseau derépartition aux points de moyenneconsommation (supérieure à 250 KVAen France).

Ces points de consommation sont :■ soit du domaine public, avec accès auxpostes de distribution publique MT/BT,■ soit du domaine privé, avec accès auxpostes de livraison aux abonnés àmoyenne consommation. Le nombre deces abonnés (ex : 160 000 en France)ne représente qu’un faible pourcentagedu nombre total des consommateurslivrés directement en BT. Ils sontessentiellement du secteur tertiaire, telsles hôpitaux, les bâtimentsadministratifs, les petites industries, ...

La structure est de type aérien ousouterrain.

Les tensions sur ces réseaux sontcomprises entre quelques kilovolts et40 kV (cf. fig. 2).

Les protections sont moinssophistiquées que dans le cas desréseaux précédents.

fig. 2 : répartition des réseaux MT nationaux selon leurs différents niveaux de tension, enfonction des longueurs de lignes.

12 < U < 17 kV 17 < U < 24 kV

% 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

6070

95

80

95

10

103

Belgique France GrandeBretagne

Italie Japon

< 12 kV > 24 kV

5 5

25

5

35

2

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En ce qui concerne l’exploitation de cesréseaux, elle peut être assuréemanuellement ou de plus en plus, partélécommande à partir de centres deconduite fixes et/ou embarqués dansdes véhicules. Mais pour tenir comptedes besoins spécifiques à la conduitedes réseaux de distribution MT, cescentres de conduite sont différents deceux utilisés sur les réseaux detransport et de répartition. Lamultiplicité et la dispersiongéographique des points detéléconduite, la gestion de plusieurscentres de conduite simultanés, lenombre et la qualification desexploitants nécessitent des solutionsadaptées : ergonomie et convivialitédes postes de travail, outils d’aide à laconduite, outils de configuration descentres de conduite, et gestion desdifférents supports de transmissionutilisés.

le réseau de distribution BTLa finalité de ce réseau estd’acheminer l’électricité du réseau dedistribution MT aux points de faibleconsommation (inférieure à 250 KVAen France) dans le domaine publicavec l’accès aux abonnés BT. Ilreprésente le dernier niveau dans unestructure électrique.

Ce réseau permet d’alimenter unnombre très élevé de consommateurs(26 millions en France) correspondantau domaine domestique.

Sa structure, de type aérien ousouterrain, est souvent influencée parl’environnement.

Les tensions sur ces réseaux sontcomprises entre 100 et 440 V.

Ces réseaux sont le plus souventexploités manuellement.

la nature du courantélectriqueLes transferts d’énergie sur cesdifférents réseaux sont réalisés via lecourant électrique.

Les liaisons par courant continu ouHVDC (high voltage direct current) sontutilisées pour les échanges entre paysuniquement au niveau des réseaux detransport. Le choix de cette techniquepermet d’optimiser l’utilisation descâbles d’énergie, en particulier ensupprimant les effets de «peau». Detelles liaisons intercontinentales voircontinentales existent, par exemple uneliaison (300 MW/200 kV) relie l’Italie àla Sardaigne via la Corse.

Dans les autres cas, en particulier lesréseaux MT de distribution publique,les liaisons sont réalisées par courantalternatif. En effet, sur ces réseaux,l’utilisation du courant continu ne seraitpas rentable :■ pertes réduites sur des réseauxcourts (inférieurs à 100 km),■ installations rendues plus coûteuses(nécessité de nombreux convertisseurscontinu / alternatif).

De plus, le courant alternatif est trèsbien adapté aux nombreuxchangements de tension(transformateurs) durant lecheminement de l’énergie électrique.

A quelques exceptions près (ArabieSaoudite), et en dehors du continentaméricain où est généraliséel’utilisation du 60 hertzs, la fréquencedu courant est 50 hertzs.

A noter le cas du Japon où la moitié dupays est en 60 hertzs, et l’autre moitiéen 50 hertzs.

la planification des réseauxLa mise en place et l’évolution de lastructure d’un réseau d’alimentationélectrique d’un pays correspond auxopérations de planification.

Pour les réseaux de transport et derépartition, ces opérations sontgénéralement centralisées, car :■ les décisions menant à unemodification de la structure de telsréseaux, par exemple l’introductiond’un nouveau poste HT/MT, imposentla prise en compte de nombreuxparamètres, techniques etéconomiques ;■ le nombre de ces paramètres avecleurs interactions éventuellesnécessitent l’assistance d’outilsinformatiques, l’utilisation de base dedonnées et de systèmes experts.

Pour les réseaux de distribution MT etBT, la planification est par contresouvent décentralisée.

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2. le distributeur

sa raison d’être :fournir de l’électricitéLa raison d’être des distributeursd’énergie électrique est de fournir del’énergie électrique auxconsommateurs en tenant compte deplusieurs objectifs tels que :■ continuité et qualité de service,■ sécurité des biens et des personnes,■ souplesse et confort d’exploitation,■ compétitivité commerciale.

le métierSi la fourniture d’électricité estsatisfaisante dans les paysindustrialisés, le taux d’électrificationdemeure encore variable dans certainspays.

Des objectifs différents selon lesniveaux d’électrification…Pour les pays non électrifiés à 100 %,l’objectif prioritaire reste l’améliorationde ce taux d’électrification. Pour cela, lamajorité des investissements estconsacrée à la construction de réseauxet d’ouvrages (cf. fig. 3).

Cependant les capacités de financement,quelques fois réduites, peuvent amenerdes solutions axées sur la simplificationde la structure des réseaux au détrimentde la performance. De même, unedisponibilité et une compétence dupersonnel quelque fois limitées peuventconduire à une exploitation simplifiée.

Des situations variables dans lespays industrialisés Dans les pays électrifiés à 100%, lesutilisations de l’énergie électrique sonttrès dissemblables :■ les consommations nationales d’énergieélectrique sont très différenciées (cf. fig.4). Ces différences sont dues à la tailledu pays, à sa croissance économique(PNB) et au poids du secteur industriel(exemple 40% de la consommationfrançaise).■ les consommations par habitantpeuvent varier dans un rapport 10 entrecertains pays (cf. fig. 4). Ces écarts sontdus principalement à la politique tarifairedes distributeurs, mais aussi auxconditions climatiques.

Le métier de distributeur MT n’est pasuniforme : il est souvent étendu à ladistribution BT -Basse Tension- et danscertains cas il est aussi responsable dela production et du transport, parexemple :

■ au Japon, neuf compagniesrégionales privées assurent chacunepour sa zone les activités deproduction, transport et distribution.

■ en Allemagne environ milleentreprises opèrent dans le domaine dela distribution d’électricité. A peu près1/3 possèdent leurs propresinstallations de production.

■ en Grande-Bretagne la production està la charge de deux compagnies(NP - National Power- et PG -PowerGen-). Le transport est assuré par lasociété NGC -National Grid Cie- , et ladistribution par environ douze RegionalElectricities Cie. Cette organisation estissue de la loi de privatisation desdistributeurs anglais votée en 1990.■ en Italie une loi a fondé l’ E.N.E.L. en1962. Il s’agit d’un service public

chargé de la production, du transport etde la distribution ; il gère environ 80%de l’électricité distribuée en Italie.

■ en France la situation est similaireavec l’ E.D.F.

fig. 4 : consommations nettes par pays et par habitant.

fig. 3 : décomposition des coûts d’une ligneaérienne MT.

transformateurs= 5% appareillage MT

= 5%

lignes+ poteaux+ installation totale= 90%

19

1860

27

5200

108

2790183

3190294

5320595

4900

2355

11760

Consommation nette / paysTWh

Consommation nette / habitantKWh

Portugal Danemark Espagne Italie France Japon Etats-Unis

30

100

300

1000

3000

300

1000

3000

10000

30000

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Ainsi il apparait au travers de cesquelques exemples, que le nombred’intervenants, en particulier dans ladistribution MT peut être très variableselon les pays (cf. fig. 5).

Dans le cas de la distribution MT, ledistributeur a, en général, laresponsabilité complète du réseau,depuis le poste HT/MT jusqu’au postede transformation MT/BT. De plus lemétier de distributeur intègremaintenant une offre commerciale avecla vente du «produit électricité», sousforme de kWh. Il doit donc améliorersans cesse la qualité de ce produit pourrépondre aux exigences de sesdifférentes clientèles, et restercompétitif vis-à-vis des autres sourcesd’énergie. Cet objectif conduit lesdistributeurs à envisager plusieursniveaux de prix liés à différents niveauxde qualité du kWh vendu.

Par ailleurs, le réseau de distributionélectrique constitue lui-même un capitalimportant pour le distributeur. Il doitrentabiliser au maximum cetinvestissement, et c’est pourquoi lesbesoins des distributeurs intègrent deplus en plus, les notions de gestiond’énergie.

Enfin le distributeur a un rôle social etpolitique important, rôle qui peutinfléchir ses choix, ou du moins leurspriorités, en voici deux exemples :■ l’alimentation de nouveaux clientspeut nécessiter une extension duréseau,■ le coût du kWh peut être limité pourintégrer une politique économiquegouvernementale.

son évolution :fournir une énergie dequalitéDe plus en plus, le distributeurd’énergie est conduit à fournir un produitélectricité de qualité. Pour cela il doit :■ réduire les coupures d’alimentationen nombre et en durée vis-à-vis de sesabonnés,■ en minimiser les conséquences,■ éviter les perturbations, telles quefluctuations de tension et de fréquence(cf. fig. 6).

au temps de fonctionnement d’unréenclencheur.

Un défaut permanent implique unecoupure longue de quelques minutes àquelques heures ; il nécessite uneintervention humaine.

Les réseaux aériens naturellementbeaucoup plus exposés que lesréseaux souterrains nécessitent dessolutions spécifiques aux problèmesrencontrés tels que :■ branches d’arbre tombant sur uneligne aérienne ;■ oiseaux se posant sur la ligne ou sessupports ;■ défauts dûs à la foudre, au vent, augel, à la neige ;■ vandalisme.

Par suite, la nature des défauts estdifférente sur les réseaux aériens etsouterrains :■ sur les réseaux aériens, les défautssont majoritairement fugitifs (80 à90 %) et monophasés (75 %) carsouvent liés aux orages, à un fil tombéau sol, ou au contournement d’unisolateur par exemple.■ sur les réseaux souterrains, lesdéfauts sont majoritairementpermanents (100 %) et polyphasés(90 %) car souvent consécutifs ausectionnement d’un câble.

Un besoin d’informationsL’importance de la compréhension desincidents en réseau justifie de plus enplus un besoin d’informations que lesdistributeurs satisfont par des étudesstatistiques.

Ces travaux d’analyse ont pour but de :■ classifier et codifier les incidents,■ déterminer leurs origines et causes,■ traiter statistiquement les fréquencesd’occurence,■ rechercher les corrélations,■ étudier comparativement laperformance de différentes topologies,■ analyser les résultats selon lesmatériels installés et les méthodesd’exploitation utilisées.

Ces statistiques sont un outil d’aide auxdistributeurs pour la conception,l’exploitation et la maintenance desréseaux de distribution publique.

De plus afin de pouvoir décider desmeilleures solutions, la qualité deservice doit pouvoir être quantifiée etmesurée, et non plus approchée demanière subjective. Pour cela de

pays nombre de distributeurs le plus important

total distribuant 80%de la consommationnationale

Allemagne 600 20 R . W . E.

Arabie Saoudite 5 5 S . C . E . C . O .

Espagne 200 6 Hydro Electrica

France 200 1 E . D . F .

Grande Bretagne 15 10 Regional Electricities Cie

Italie 150 1 E . N . E . L .

Japon 9 9 Tokyo Electric Power Co

paramètres valeurs tolérancesnominales

Fréquence (50 Hz) ± 1Hz

Tension MT (12 à 24 kV) ± 7%

Tension BT (230 ou 400V)aérien ± 10%souterrain ± 5%

fig. 6 : exemple des contraintes ”qualité”d’un distributeur (EDF - France).

La nature des défauts dépend dutype de réseauPour les abonnés, les conséquencesde ces phénomènes dépendent avanttout de la nature du défaut.

Un défaut peut être :■ selon sa durée, fugitif ou permanent ;■ selon la nature de l'incident,monophasé ou triphasé.

Un défaut fugitif se traduit souvent parune coupure brève de l’ordre dequelques 100 ms, essentiellement liée

fig. 5 : les distributeurs d’énergie électrique dans quelques pays.

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nouveaux outils (à base de modèlesmathématiques) sont créés, avec enparticulier la notion «d'énergie nondistribuée». E.D.F utilise notammentpour la mesure du coût de la nonqualité en distribution aérienne MT laformule :A*N*N*P + B*N*P*T, avec

N = nombre de coupures permanentespar départ,P = puissance moyenne par départ enKW,T = temps moyen d’interruption pardéfaut,A et B = coefficients de valorisationéconomique(en 1990, pour EDF en France

A = 6 FF / kW et B = 13.5 FF / kWh).

Mais la mesure de la qualité de servicepeut nécessiter la prise en compte deparamètres plus nombreux. Lacomplexité des formules de calcul etles simulations à effectuer, justifientalors le développement d’outils logicielsde plus en plus performants pour aiderà la décision.

Pour mesurer la fiabilité de la fournitured’énergie au client résidentiel BT, lesdistributeurs préfèrent utiliser le critèrede «degré d’indisponibilité» : il s’agit dutemps cumulé annuel durant lequel unclient moyen est privé d’électricité enraison d’un défaut sur le réseauélectrique (HT, MT ou BT).Enfin, il est important de noter que denombreux incidents chez un abonné BTsont dûs au réseau MT (60 % selon uneétude de l’EDF) (cf. fig. 7).

Les réseaux, les matériels et leshommes évoluent.Cependant il ne faut pas oublier que laperformance d’un réseau dépend avanttout de sa topologie. Or dans le monde,les réseaux actuels résultent d’unempilement historique de structures aufur et à mesure de la croissance desbesoins. De plus un réseau vieillit etnécessite en permanence des effortsde maintenance comme de rénovationpour conserver ses performances etéviter des incidents, sources «d'énergienon distribuée».

Pour répondre à ces besoins, lesconstructeurs proposent donc desmatériels «sans entretien» ou àmaintenance réduite ; matériels pourlesquels les opérations d’entretien, demodification, d’adjonction, ne nuisentpas à la continuité de service.

De plus les distributeurs d’énergie sontcontraints d’engager des actions demaintenance préventive, en particulierl’auscultation des ouvrages parenregistrement et analyse des incidentssurvenus sur les réseaux (utilisationd’oscilloperturbographes etd’horodateurs).

Pour cela, les évolutions des matérielsde protection et de contrôle-commandeavec la technologie numérique(microprocesseur) et l’essor desréseaux de communication, offrent desperspectives de solutions innovantesdans la prédictique (cf. lexique).

Enfin, la pratique des travaux soustension comme la conduite à distancedes réseaux (téléconduite) sont aussides éléments favorables àl’amélioration de la qualité de service,en réduisant le nombre de coupures etleur durée.

Bien entendu, tous cesdéveloppements nécessitent unerapide adaptation des personnels, àl’exemple du changement de travailactuel dans les centres de conduite :■ il existe encore des centres deconduite dans lesquels :■■ les différents états des réseaux sontaffichés par déplacement manuel desymboles sur de grands synoptiques deplusieurs mètres carrés,■■ et les instructions relatives auxmanœuvres sont écrites à la main surdes journaux ;■ dans les nouveaux centres tous cestravaux se font sur des consolesinformatiques, avec :■■ toutes les informations disponibles entemps réel sur des écrans (schémasdes réseaux, descriptif géographique),■■ l’historique des événementsenregistré automatiquement(consignations des états).

fig. 7 : degré d’indisponibilité de l’énergie électrique sur un réseau BT (EDF - France).

0 1 2 3 4 5 >5

10

20

30

40

50

0

60

heuretemps de coupure

1986 1995

%nombre declients BT

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■ le choix du niveau d’isolement desmatériels obéit généralement à desnormes internationales et/ou nationales,■ le choix d’une distribution en aérien ouen souterrain influe beaucoup sur lecoût d’installation et la qualité de service(ex: coûts d’une tranchée / sensibilitéaux défauts fugitifs...). En MT, dans lespays industrialisés, ce choix peut êtresynthétisé en trois cas :■■ milieu urbain à forte densité avec unedistribution souterraine,■■ milieu suburbain à forte densité avecune distribution souterraine ou aéro-souterraine,■■ milieu rural à faible densité avec unedistribution aérienne.Cependant il est à noterqu’historiquement, pour des raisons decoûts d’installation, de nombreux milieuxurbains sont en distribution aérienne,c’est le cas au Japon et aux Etats-Unis.

les différents schémas deréseaux MTLe choix des schémas est important pourun pays : en particulier pour les réseauxMT car ils sont très longs. Ainsi parexemple, l’ensemble de la structure MTen France est d’environ 570 000 km, cellede l’Italie de 300 000 km et celle de laBelgique aux alentours de 55 000 km.

Plusieurs topologies existent :■ topologie boucle fermée, de typemaillé,

éléments dépendants de latopologie choisieLe choix d’une topologie fixe lesprincipaux éléments de conception d’unedistribution, à savoir :■ les puissances appelées et la valeurmaximale des courants de défaut à laterre, ex. : en MT, l’ EDF limite la valeurde ces courants à 300 A sous 20 kV enaérien et à 1000 A en souterrain ;■ la (ou les) tension de service, ex. : enMT le Japon distribue en 6,6 kV, laGrande-Bretagne en 11 et 33 kV et laFrance majoritairement en 20 kV ;■ la tenue aux surtensions et lacoordination des isolements, ainsi queles protections contre les surtensionsd’origine atmosphérique,■ le (ou les) schéma des liaisons à laterre, ainsi que le nombre de filsdistribués,■ la longueur maximale des départs(quelques dizaines de kilomètres enMT),■ le type de distribution : aérien ousouterrain (cf. fig. 8),■ le type d’exploitation : manuelle,automatique, téléconduite.

Il est important de remarquer que :■ le choix du courant de court-circuit ades répercussions sur la tenue desmatériels utilisés sur le réseau,■ le choix de la (ou des) valeur (s) detension est toujours le résultat d’uncompromis entre les coûts de réalisationet d’exploitation du réseau,

Par topologie d’un réseau électrique ilfaut comprendre l’ensemble desprincipes (schéma, protection, moded’exploitation) utilisés pour véhiculerl’énergie électrique en distributionpublique.

Dans la pratique, pour un distributeur,définir une topologie revient à fixer uncertain nombre d’éléments physiques entenant compte de critères liés à desobjectifs visés et/ou à des contraintestechniques. Ces éléments étantfortement corrélés entre eux, le choixd’une topologie est toujours le résultat decompromis technico-économiques.

La traduction graphique d’une topologiesera ici un schéma de type unifilairesimplifié.

les critères de choix d’unetopologieLe choix d’une topologie répond à desobjectifs :■ assurer la sécurité des personnes etdes biens,■ obtenir un niveau de qualité de servicefixé,■ assurer le résultat économiquesouhaité.

Mais il doit aussi se soumettre à desimpératifs :

■ être en adéquation avec la densitéd’habitat et/ou de consommation, aussiappelée densité de charge qui joue un rôlede plus en plus prépondérant.Exprimée en MVA/km2, cette densité permetd’appréhender les différentes zonesgéographiques de consommation en termede concentration de charge. Une dessegmentations utilisées par certainsdistributeurs consiste à définir deux typesde zone de consommation :■■ zone à faible densité de charge :< 1 MVA/km2,■■ zone à forte densité de charge : > 5 MVA/km2.■ tenir compte de l’étendue géographique,du relief et des difficultés de construction,■ satisfaire aux contraintesd’environnement, en particulier climatiques(températures minimale et maximale,fréquence des orages, neige, vent, etc.) etrespect du milieu.

fig. 8 : répartition, pour quelques pays, des longueurs des réseaux MT en souterrain (câbles)et en aérien (lignes).

3. les topologies des réseaux électriques MT

0 25 50 75 100%

souterrain aérien

Allemagne

Canada

Etats-Unis

Danemark

Grande Bretagne

Pays-Bas

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.11

■ topologie boucle ouverte, de typemaillé simplifié,■ topologie boucle ouverte,■ topologie radiale.D’autres topologies sont aussiappliquées, par exemple la doubledérivation sur les réseaux MT français.

Bien qu’aucune ne soit «normalisée»en MT, les distributeurs s’appuient surdeux topologies de base : radiale etboucle ouverte.Chacune de ces deux topologiessera donc abordée plus en détail etdéfinie par :■ son principe de fonctionnement,■ son schéma unifilaire-type,■ son application-type,■ ses points forts et points faibles.

Schéma radialCe schéma est aussi appelé en antenne.

Son principe de fonctionnement est à uneseule voie d’alimentation. Ceci signifieque tout point de consommation sur unetelle structure ne peut être alimenté quepar un seul chemin

électrique possible. Il est de typearborescent (cf. fig. 9).

Cette arborescence se déroule à partirdes points d’alimentation, qui sontconstitués par les postes de distributionpublique HT/MT ou MT/MT.Ce schéma est particulièrement utilisépour la distribution de la MT en milieurural. En effet il permet facilement, et àun moindre coût, d’accéder à despoints de consommation de faibledensité de charge (≈ 10 kVA) etlargement répartis géographiquement(≈ 100 km2).

fig. 9 : les deux schémas de base d’un réseau de distribution MT, radial (ou en antenne) et en boucle ouverte (ou coupure d’artère).

fig. 10 : tableau comparatif des deux schémas de base de réseaux MT.

Très souvent un schéma radial est lié àune distribution de type aérien.

Ses points forts et faibles sont résumésdans le tableau de la figure 10.

Schéma boucle ouverteIl est aussi appelé coupure d’artère.Son principe de fonctionnement est àdeux voies d’alimentation. Ceci signifieque tout point de consommation surcette structure peut être alimenté pardeux chemins électriques possibles,sachant qu’en permanence seul un deces deux chemins est effectif, le

technologie points forts points faibles

radiale ■ simplicité. ■ qualité de service.■ exploitation.■ coûts d'installation.

boucle ouverte ■ simplicité. ■ exploitation avec les manœuvres■ qualité de service plus nombreuses.

■ coûts d'installation.

poste HT/MT

transformateurs HT/MT

schéma radial schéma en boucle ouverte

chemin d'alimentation de tous les postes sauf le n°1

point d'ouverture de boucle

transformateursMT/BT

poste n°1transformateurMT/BT

chemind'alimentationdu poste n°1

transformateurMT/BT

transformateurMT/BT

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.12

les schémas des liaisons àla terre du neutreLe choix du schéma des liaisons à laterre du neutre (ou régime du neutreMT) définit entre autres les valeurs dessurtensions et des courants de défautqui pourront exister sur un réseau dansle cas de défaut à la terre. Il fautremarquer que ces deux paramètressont antinomiques, à savoir quel’obtention d’une faible valeur decourant entraîne le risque d’unesurtension élevée, et réciproquement.Ces valeurs imposeront alors lescontraintes électriques que devronttenir les matériels électrotechniques.Mais par ce choix du schéma deliaison, simultanément, sontsélectionnées les solutions possiblespour la protection du réseau électrique,et influencées les méthodesd’exploitation.

Les cinq schémas utilisés dans lemonde en MTLà encore, il n’existe pas un schématype des liaisons à la terre du neutre.Cependant, il est possible derassembler, selon cinq écoles, tous lescas rencontrés à travers le monde(cf. fig. 12) :■ neutre direct à la terre et distribué,■ neutre direct à la terre et nondistribué,■ neutre mis à la terre via uneimpédance,■ neutre mis à la terre via un circuitaccordé,■ neutre isolé de la terre.Comme il a déjà été dit, aucune de cesécoles ne s’impose dans le monde :certaines solutions sont spécifiques àdes pays, et différentes écoles peuventexister dans un même pays, voiremême au sein d’un même distributeurd’électricité.

fig. 11 : schéma de distribution en double dérivation, utilisé par EDF - France.Dans l’encadré, séquence de l’automatisme d’un permutateur Merlin Gerin,conforme aux spécifications EDF - France.

secours étant réalisé par cettepossibilité de bouclage. Dans un telschéma , il y a toujours un pointd’ouverture dans la boucle (d’ou le nomde boucle ouverte aussi utilisé pourcette solution), ce qui revient à unfonctionnement équivalent à deuxantennes.

Le schéma unifilaire-type estévidemment une boucle sur laquellesont connectés les points deconsommation (cf. fig. 9) qui peuventêtre des postes de distribution publiqueMT/BT, et/ou des postes de livraisonpour un abonné en MT. Chaque point(entre 15 et 25 points par boucle) estraccordé sur la boucle par deuxinterrupteurs MT. Tous cesinterrupteurs sont fermés, excepté l’und’eux qui constitue le point d’ouverturede la boucle et définit le chemind’alimentation pour chaque point deconsommation. Ce point d'ouverturepeut être déplacé dans la boucle, enparticulier lors des manœuvres dereconfiguration de réseau faisant suite àun défaut.

Très souvent ce schéma est associé àune distribution de type souterrain.

Il est typiquement utilisé en milieuurbain à forte densité, avec les pointsforts et faibles décrits dans le tableaude la figure 10.

Schéma double dérivationCe schéma peu utilisé estessentiellement exploité dans la régionparisienne par EDF, il est présenté parla figure 11.

Le principe mis en œuvre est lesuivant :■ le réseau MT est dédoublé, il comportedeux circuits A et B normalement enpermanence sous tension,■ tout poste MT/BT■■ est raccordé sur les deux câbles MT(«A» et «B»), mais n’est effectivementconnecté qu’à un seul câble(interrupteur MT fermé sur le câble«A»),■■ est équipé d’un automatisme localsimple,■ en cas de défaut sur le câble «A»,l’automatisme détecte l’absence detension sur ce câble, vérifie la présenced’une tension sur le câble «B» et donnealors des ordres d’ouverture pour uninterrupteur MT puis de fermeture pourl’autre interrupteur MT.

posteHT/MT

posteHT/MT

1

0

t f

A B

t f = 5 ou 25 s

réseaualimentépar...

arrivée"A"

arrivée"B"

t f

1

0

1

0

A

U

t

circuit "A"circuit "B"

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.13

Mais in fine, le choix d’un schéma deliaisons à la terre du neutre en MT esttoujours le résultat d’un compromisentre les coûts d’installation etd’exploitation.

La différenciation entre ces cinqécolesIl a été dit précédemment que le choixdu schéma des liaisons à la terre duneutre influence la performance duréseau et la conception de son plan deprotection. En effet les principalesdifférences des cinq écoles sont dansle comportement du réseau en situationde défaut à la terre.

Ces différences se traduisentconcrètement au niveau :■ de la facilité de détection de cesdéfauts,■ du degré de sécurité atteint pour lespersonnes,■ de l’impact sur la tenue des matérielsélectrotechniques.

A distinguer cependant, le schéma àneutre distribué qui permet unedistribution en monophasé. Cettepossibilité peut se justifier dans certainspays pour un objectif de coûtd’installation moindre. Cependant lesdispositifs de protection plus complexesimposent une maintenance pluscontraignante.

Indépendamment de ce cas particulier,le tableau de la figure 13, synthèse despoints forts et faibles de ces écoles,explicite pourquoi aucune de cesécoles ne s’impose dans le monde.

le plan de protectionLa structure électrique d’un payscorrespond à un ensemble de réseauxélectriques.

Un réseau électrique peut lui-mêmeêtre décomposé en zones.

Chacune de ces zones estgénéralement protégée par undisjoncteur en association avec desdispositifs de détection (capteur demesure : transformateur de courant, depotentiel,..), de protection et decontrôle-commande (relais deprotection), et de déclenchement(actionneurs).

L’ensemble de ces éléments constitueune chaîne de protection (cf. fig. 14)qui assure l’élimination de la partiedéfaillante du réseau en cas de défaut.

fig. 14 : la chaîne de protection MT,et la photographie d’un SF Set (Merlin Gerin), un exemple d’intégration complète.

pays

neutre isolé de la terre

neutre mis à la terre via un circuit accordé

neutre mis à la terre via une impédance

neutre distribué et mis à la terreen de nombreuxpoints

neutre mis directement à la terre et non distribué

école

AllemagneJaponFrance

Espagne

Australie

Canada■

■

■

■

■

■

■

■

■

fig. 12 : les différents schémas de liaison à la terre du neutre en MT , et leurapplication dans le monde.

écoles du neutre MT points forts points faibles

direct à la terre et autorise la distribution ■ nécessite de nombreuses prisesdistribué en monophasé ou de terre de bonne qualité (sécurité)

triphasé ■ impose un plan de protectioncomplexe■ provoque des courantsélevés de défaut à la terre

direct à la terre et facilite la détection provoque des courants élevésnon distribué des défauts à la terre de défaut à la terre

isolé limite les courants crée des surtensionsdes défauts à la terre

accordé favorise l’auto-extinction nécessite desdu courant des défauts protections complexesà la terre

impédant(comparé au neutre limite les courants nécessite des protections plusdirect à la terre) des défauts à la terre complexes

(comparé au neutre réduit les surtensions provoque des courants de défautisolé de la terre) à la terre plus élevés

fig. 13 : une synthèse des points forts et faibles des cinq écoles de liaisons à la terre duneutre en MT.

capteurde

mesure

unitéde

protectionactionneur

organede

coupure

réseau électrique

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.14

Son rôle est d’assurer la sécurité enprotégeant contre les défautsd’isolement entre phases ou entrephase-terre, et contre les surchargesprolongées. En particulier, la chaîne deprotection doit réduire lesconséquences d’un défaut de court-circuit, à savoir les risques d’incendie,d’explosion, de détériorationmécanique, ...

Le plan de protection d’un réseau estl’ensemble de ces chaînes deprotection, intégrant les matériels misen œuvre, mais aussi l’organisation dufonctionnement entre eux. Cetteorganisation du plan de protection, ycompris les temps de déclenchementdes disjoncteurs associés, définit ladurée maximale de passage descourants de défaut aux différents pointsdu réseau électrique.

L’efficacité d’un plan de protectiondépend de plusieurs critères : lafiabilité, la sélectivité, la rapidité, lasensibilité, l’évolutivité.

La fiabilitéCe critère situe le niveau de qualité ence qui concerne la sécurité despersonnes et des biens, en particulierface aux dangers d’électrocution parélévation du potentiel des masses. Defait, bien qu’une unité de protection soitrarement sollicitée, lors d’un défaut elledoit agir efficacement, et ce durant denombreuses années. Ce critère affectedirectement la performance du réseau,ainsi par exemple toute interruption dela distribution doit être “justifiée” car elleprovoque une perte d’exploitation pourles abonnés… et pour le distributeur.

La sensibilitéCe critère a également une significationen terme de sécurité et d’économie : iltraduit la facilité de détecter de faiblescourants de défauts sans être sensibleaux phénomènes transitoires dûs auréseau (manœuvres) ou aux effetsélectromagnétiques environnants, doncavant l’existence d’un risque pour lespersonnes et les biens, et cela sansdéclenchement intempestif.

La sélectivitéCe critère est surtout pris en comptesur le plan économie d’exploitation,puisqu’il indique dans quelle mesure ilest possible de maintenir en service lemaximum du réseau lorsqu’un de seséléments est affecté d’unfonctionnement anormal.

Dans la pratique il conduit à éliminercet élément défectueux et seulementcelui-ci (cf. annexe 2 : les différentestechniques de sélectivité).

La rapiditéCe critère a, comme le précédent, uneincidence économique : il permet delimiter les dégâts dûs aux arcsélectriques et aux courants de court-circuit, en particulier il réduit les risquesd’incendie et les coûts de réparation.

L’évolutivitéCe critère qui intéresse essentiellementle distributeur indique le niveau prévud’évolutions (possibilités et facilités)pour le plan de protection en fonctiondes modifications de la topologie duréseau.

Parmi tous ces critères, la sélectivitéest celui qui conduit à des solutionstechniques plus particulières selon lespays. Elles dépendent de deux choixinitiaux des distributeurs d’énergie :■ celui du schéma de liaison du neutreà la terre, à partir duquel sontnotamment définies les protectionscontre les défauts à la terre(cf. § précédent) ;■ et celui du principe de sélectivité dontle plus usité, appelé sélectivité ampère-chronométrique, repose sur uneassociation de la valeur du courant dedéfaut (sélectivité ampèremétrique) àune valeur du temps de déclenchement(sélectivité chronométrique). Mais surun même réseau plusieurs techniquespeuvent coexister, en Afrique du Sudpar exemple l’E.S.C.O.M. utilise sur unmême réseau de la sélectivité ampère-chronométrique, de la différentielle deligne entre les postes HT/MT et lespostes MT/MT et de la différentiellepour les transformateurs HT/MT. Enfin,la technique de sélectivité de distanceest principalement utilisée par lesdistributeurs allemands.

le plan decontrôle-commandeSous le terme de contrôle-commandesont regroupés tous les éléments liés àl’exploitation des réseaux.

Un plan de contrôle-commande définitl’ensemble de ces éléments etl’organisation de leur fonctionnementrelatif. En cela le plan de contrôle-commande d’un réseau doit permettreà l’exploitant (le distributeur) de tenircompte des trois situations :■ en exploitation normale,■ en situation de défaut,■ en maintenance (hors et soustension).

Enfin les outils d’exploitation mis enœuvre dans ce plan vont fortementcontribuer à la qualité de serviceobtenue. Ces outils vont du boutonpoussoir de commande d’un appareilMT jusqu’au centre de conduite duréseau MT, de l’ampèremètre sur unecellule MT au relevé automatique decourbe de charge à distance d’undépart MT, etc...

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.15

4. la distribution publique MT

Ce chapitre est un rappel des principauxpostes installés sur les réseaux MT, et desprincipales technologies utilisées au niveaudes matériels MT. Il se termine par deuxschémas illustrant plus concrètement leursapplications.

les postes sur les réseaux MTUn poste ou ouvrage est une entitéphysique définie par sa localisation et sesfonctionnalités dans les réseauxélectriques.

La vocation d’un poste est avant toutd’assurer la transition entre deux niveauxde tension et/ou d’alimenter l’utilisateurfinal.

Le poste HT/MT en distribution publiqueCet ouvrage est présent dans toutestructure électrique d’un pays ; il est situéentre le réseau de répartition et le réseaude distribution MT.

Sa fonction est d’assurer le passage de laHT (≈ 100 kV) à la MT (≈ 10 kV).

Son schéma type (cf. fig. 15) comportedeux arrivées HT, deux transformateursHT/MT, et de 10 à 20 départs MT. Cesdéparts alimentent des lignes en aérien et/ou des câbles en souterrain.

Le poste MT/MT en distributionpublique

Cet ouvrage peut réaliser deux fonctions :■ assurer la démultiplication des départsMT en aval des postes HT/MT (cf.fig. 15) . Dans ce cas, le poste necomporte aucun transformateur. Il estconstitué de deux arrivées MT et de 8 à 12départs MT. Ce type de poste est présentdans quelques pays, comme l’Espagne, laBelgique, l’Afrique du sud.■ assurer le passage entre deux niveauxMT. De tels postes MT/MT intègrent destransformateurs. Ils sont nécessaires danscertains pays qui utilisent deux niveauxsuccessifs de tension sur leur réseau MT,c’est le cas par exemple de la Grande-Bretagne où le réseau MT est décomposéen deux niveaux avec le 11 kV et le 33 kV.Leur schéma type s’apparente à celui duposte HT/MT.

Le poste MT/BT en distributionpubliqueLocalisé entre le réseau de distribution MTet le réseau de distribution BT, cet ouvrage

assure le passage de la MT (≈ 10 kV) à laBT (≈ 100 V).Le schéma type de ce poste (cf. fig. 15)est évidemment beaucoup plus simple

fig. 15 : différents types de schéma de postes utilisés sur les réseaux de distribution publique.

arrivées HT

transformateurs HT/MT

disjoncteur decouplage MT

départs MT aériens et/ou souterrains

arrivées MT

départs MT aériens et/ou souterrains

arrivées MT départs BTprotection dutransformateur MT/BT

arrivéesMT

départs privés : MT

protection générale et comptage MT BT

poste de livraison pour un abonné MT

poste MT/BT

poste MT/MT

poste HT/MT

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.16

que celui des ouvrages précédents. Enparticulier, l’appareil de base MT utiliséest l’interrupteur et non plus le disjoncteur.

Ces postes sont constitués de quatreparties :■ l’équipement MT pour leraccordement au réseau amont,■ le transformateur de distribution MT/BT,■ le tableau des départs BT commepoints de raccordement du réseau avalde distribution (en BT),■ et de plus en plus souvent uneenveloppe extérieure préfabriquée(métallique ou de plus en plus souventen béton) qui contient les élémentsprécédents.

Le poste de livraison à un abonnéHT ou MTCes ouvrages assurent le passage dela distribution publique à la distributionprivée. Ils permettent le raccordement■ au réseau de répartition HT d’unabonné à grande consommation(≈ MVA) via un poste HT/MT,■ au réseau de distribution MT d’unabonné à moyenne consommation

(≈ 100 KVA) via un poste MT/BT.Le choix de la tension de raccordementau réseau de distribution publique pourun abonné dépend essentiellement de :■ la qualité du réseau BT, en particulierde sa limite en puissance (tenuesélectriques) ;■ la politique du distributeur, enparticulier de la tarification qu’ilpropose, car pour l’abonné elle définitl’intérêt économique de l’énergieélectrique, en concurrence avec lesautres sources d’énergie : fuel, gaz, ...

Dans la pratique, c’est la puissancesouscrite par l’abonné qui définit leraccordement en BT ou en MT, avecdes valeurs fort différentes selon lespays. Ainsi en France un abonné estalimenté en MT à partir de 250 kVA,alors qu’en Italie ce seuil est plusproche de quelques dizaines de kVA.A l’inverse, il est élevé aux Etats-Unis où

un client peut être alimenté en BT jusqu’à2 500 kVA.Dans le cas des abonnés livrés en HT, leschéma du poste est conçuspécifiquement. Mais si l’abonné estalimenté en MT, un schéma type peutêtre proposé (cf. fig. 15). Cependant,l’installation d’un tel poste est évidemmentliée à un accord du distributeur qui peutavoir des spécificités propres (comptage,conditions d’exploitation, ...).

autres ouvrages MTEn dehors des postes déjà cités, ilexiste d’autres ouvrages MT situésprincipalement sur les réseaux aériens.Souvent monofonction, ils sont destinés:■ soit à la protection, c’est le cas desfusibles et des reclosers (cf. lexique).■ soit à l’exploitation, c’est le cas desinterrupteurs télécommandés.L’interrupteur MT télécommandé entredans le cadre de la téléconduite desréseaux. Il permet les opérations dereconfiguration rapides sansdéplacement de l’exploitant.

l’appareillage MT (cf. annexe 1)

L’appareillage MT permet de réaliserles trois fonctions de base suivantes :■ le sectionnement qui consiste à isolerune partie d’un réseau pour y travailleren toute sécurité,■ la commande qui consiste à ouvrir oufermer un circuit dans ses conditionsnormales d’exploitation,■ la protection qui consiste à isoler unepartie d’un réseau en situationanormale.

Il se présente essentiellement soustrois formes :■ d’appareils en séparé (cf. fig. 16)(fixés directement sur un mur etprotégés d’accès par une portegrillagée),■ d’enveloppes métalliques (oucellules MT) contenant ces appareils,

■ de tableaux MT qui sont desassociations de plusieurs cellules.

L’utilisation des appareils en séparé estde plus en plus rare ; seuls quelquespays, tels la Turquie ou la Belgique,utilisent encore cette technologie.

Parmi tous les appareils existants, deuxsont plus particulièrement utilisés dansl’appareillage MT, il s’agit dudisjoncteur et de l’interrupteur. Ils sontpresque toujours complétés pard’autres appareils (unités de protectionet contrôle-commande, capteurs demesure,…) qui composent leuréquipement associé.■ disjoncteur MTCet appareil, dont la fonction principaleest la protection, assure également lafonction commande, et suivant son typed’installation le sectionnement(débrochable, cf. lexique).Les disjoncteurs MT sont presquetoujours montés dans une cellule MT.■ interrupteur MTCet appareil, dont la fonction principaleest la commande, assure aussi souventla fonction sectionnement. De plus, ilest complété de fusibles MT pourassurer la protection destransformateurs MT/BT (30% desutilisations des interrupteurs MT).

En ce qui concerne les cellules MT,leurs enveloppes métalliques sontspécifiées par la publication CEI 298qui distingue quatre typesd’appareillage, chaque typecorrespondant à un niveau deprotection contre la propagation d’undéfaut dans la cellule.Cette protection réalisée par uncloisonnement de la cellule prévoit troiscompartiments de base (cf. fig. 17) :■ le compartiment appareillagecontenant l’appareil (disjoncteur MT,interrupteur MT,…),■ le compartiment jeu de barres MTpour les liaisons électriques entreplusieurs cellules MT regroupées entableaux,

fig. 16 : les différentes fonctions des appareils MT utilisés en distribution publique (les contacteurs sont essentiellement utilisés dans l’industrie).

sectionneur interrupteur disjoncteur interrupteur-sectionneur

disjoncteurdébrochable

fusibleappareil MT

fonction

protection

sectionnementcommande

■

■ ■ ■ ■

■

■ ■■

■

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.17

fig. 17 : les différents compartiments d’unecellule MT, sous enveloppe métallique, etleurs principaux éléments.

Cette technologie est égalementemployée pour les interrupteurs sous laforme de RMU (Ring Main Unit). Ellepermet d’assurer les trois fonctionstype d’un poste MT/BT raccordé sur unréseau en coupure d’artère (deuxinterrupteurs de raccordement auréseau plus un interrupteur-fusible ouun disjoncteur en protection dutransformateur MT/BT).

Le tableau de la figure 18 situe lesappareillages les plus fréquemmentutilisés en fonction des types de poste,alors que le tableau de la figure 19montre la situation actuelle et lesdifférentes tendances des techniquesutilisées pour la coupure en MT

■ le compartiment raccordements auxcâbles MT, souvent prévu pour recevoirles capteurs de mesure.

Souvent un quatrième compartimentcomplète cet ensemble, il s’agit ducompartiment contrôle(ou caisson BT) qui contient les unitésde protection et de contrôle-commande.

En plus de cette classification il y a lieude noter la distinction entre Fixe etDébrochable (cf. lexique) qui s’appliqueà l’appareil et à la cellule MT. Cettedistinction liée à la facilité d’exploitation(fonction du temps d’intervention pourchanger un appareil), n’intervientqu’indirectement dans la notion desécurité du réseau.

Pour réaliser les cellules MT les quatretypes d’appareillage définis par laCEI 298 sont :■ l’appareillage BLOC avec descompartiments plus ou moins distincts ;■ l’appareillage COMPARTIMENTEdont seule l’enveloppe extérieure estobligatoirement métallique, a les troiscompartiments réalisés par descloisons métalliques ou isolantes ;■ l’appareillage BLINDE a aussi lescompartiments distincts mais avec descloisons obligatoirement métalliques ;■ l’appareillage GIS (Gas InsulatedSwitchgear) qui est hermétiquementclos et dans lequel les compartimentsn’ont plus un rôle prépondérant desécurité. Le GIS incorporeessentiellement des disjoncteurs.

fig. 18 : les principales applications des appareillages MT.

fig. 19 : les techniques de coupure des appareils MT, leur importance relative et l’évolution deleur emploi.

air huile SF6 vide

interrupteur MT

disjoncteur MT

■ ■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■ ■ ■

poste HT/MTpublic

MT/MTpublic

MT/BTpublic

HT/MTabonné

MT/BTabonnéappareillage

grillagé(appareil séparé)

bloc

compartimenté

blindé

GIS

RMU

D

I

D

I

D

D ou I

D ou I

I

I

D

D

I ou D

I ou D

D

D

I I

I = avec interrupteur D = avec disjoncteur

appareillagedisjoncteur

contrôle

raccordement et mesuretransformateur de mesure

arrivée

départ

jeu debarres

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.18

un schéma français, et unschéma nord-américainCes deux exemples typiques sontproposés pour illustrer concrètementles éléments présentés dans cechapitre et mettre en évidence ladiversité des solutions à travers lemonde. Et bien sûr, d’autres schémasexistent, même dans ces deux pays.

Le schéma unifilaire aérien de l’EDF(France) (cf. fig. 20)Ce schéma met en application lesprincipes suivants :■ au poste HT/MT, mise à la terre dupoint neutre par une impédance limitantle courant de défaut phase-terre à300 A sous 20 kV,■ lignes MT triphasées, neutre nondistribué,■ schéma radial (en antenne).

Un tel concept permet de détecter auniveau des départs MT, dans le posteHT/MT, tous les défauts à la terre, etcela sans aucun autre organe deprotection MT en aval de ce poste.

Il en découle un plan de protection etcontrôle-commande facile à concevoir,à exploiter et à faire évoluer.

La sécurité des personnes est assuréeau mieux.

Cependant la qualité de serviceobtenue est moyenne par le fait quechaque départ MT, au niveau du posteHT/MT, est assujetti à une seuleprotection : en cas de déclenchementde cette protection, tout le réseau situéen aval de ce départ MT est mis horstension.Des solutions existent pour pallier cepoint faible. Elles reposent surl’utilisation de matérielscomplémentaires tels les interrupteurstélécommandés aujourd’hui, et lesdisjoncteurs réenclencheurs en réseaudemain.

Le schéma unifilaire aérien Nord-Américain. (cf. fig. 21)

Cette conception est quelquefoisprésente dans des pays sous influenceNord-américaine (ex : Tunisie).Elle repose sur les principes suivants :■ distribution maximale en MT, enlimitant la longueur des départs BTpour réduire les pertes ;■ distribution du neutre MT avec unemise à la terre régulière (ex : tous les300 mètres) ; fig. 20 : schéma de distribution aérienne MT (EDF - France).

■ lignes MT triphasées sur l’ossatureprincipale, avec dérivations en triphasé,biphasé ou monophasé pour lesbranchements MT/BT.

Un tel concept réduit les coûts deslignes, les pertes et les surtensionsdues aux défauts. Mais il nécessite unegrande qualité des mises à la terre duneutre.

Pour obtenir un degré de sécurité despersonnes satisfaisant, il estnécessaire d’inclure de nombreuxappareils MT (Fusibles, Reclosers,Sectionalisers, cf. lexique). Cependant,dans certains cas, l’appareillage deprotection est réduit à des fusibles detype cut-out (cf. lexique),l’investissement financier est alors

transformateur HT/MT

distribution aérienne MTtrois phases, neutre non distribué

disjoncteur triphasé à réenclenchement automatique

IACM : interrupteurtriphasé aérien à commande manuelle

IAT : interrupteurtriphaséaérien télécommandé

transformateur MT/BT

IACM

MT/BT

IAT

dérivation

ossa

ture

prin

cipa

le

MT/BT

MT/BT

MT/BT

IACM

IACM

IACM

IAT

poste HT/MT

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.19

fig. 21 : schéma (détaillé par phase) de distribution MT aérienne nord-américaine.

limité, mais au détriment de laperformance et de la sécurité (risqued’incendie).

La conception du plan de protection etcontrôle-commande est complexe auniveau de la sélectivité entre lesdifférents organes de protection.

De même, l’exploitation et lamaintenance de tels réseaux sont pluscontraignantes que pour les réseauxréalisés selon le schéma de l’EDF :■ un personnel très qualifié (entretiende l’appareillage, réglage desprotections,...) est nécessaire,

■ des stocks importants en rechanges(différents calibres de fusibles,...)doivent être prévus.

Cette solution se justifie surtout dansdes pays de très grande superficie etd’une densité de charge faible (ex :Etats-Unis et Canada en milieu rural).

transformateur HT/MT

disjoncteur(3 monophasés indépendantsou 1 triphasé)

conducteur de neutre

deux fusibles en protection dedérivation (2 phases + neutre)

recloser : disjoncteur aérien(3 monophasés ou 1 triphasé)à réenclenchements multiples

transformateur MT/BT (voirencadré ci-dessous)

sectionaliser

ossa

ture

prin

cipa

le

MT/BT

dérivation

distribution aérienne MTossature principale : trois phases et neutre,dérivation : mono, bi, ou triphasée, avec neutre

poste HT/MT

MT/BT

MT/BT

MT/BT

Nb

Nb

Nb

poste de transformationnord-américain MT/BT

MT

BT BT

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.20

Enfin dans les années 80, latechnologie numérique a permis grâceà la puissance de traitement desmicroprocesseurs, de réaliser desunités de traitement de l’information(cf. fig. 22) qui peuvent :■ assurer globalement les diversesprotections,■ remplacer le relayage (automatisme)de la cellule,■ fournir à l’exploitant la mesure desparamètres électriques.Ces unités à vocation étendue sont :■ flexibles (le choix des protections sefait par une simple programmation),■ paramétrables (choix de réglagesétendu),■ fiables (elles sont équipées d’auto-surveillance ou chien de garde etd’auto-test),■ économiques (leur câblage et leurtemps de mise en œuvre sont réduits).

Elles permettent en outre de réaliser,grâce à des algorithmes performants età leurs communications numériques,des fonctions supplémentaires tellesque la sélectivité logique.

Profitant de cette capacité àcommuniquer, une véritable conduitede réseau (similaire à la gestiontechnique d’une installation industrielle)est maintenant réalisable.

Dans le domaine des capteurs, etparticulièrement de courant, latendance à employer des capteurs àlarge bande de mesure à la place destransformateurs d’intensité (1 ou 5 A)s’affirme. De tels capteurs conçus parl’application du principe de Rogowski(capteur amagnétique) sontcommercialisés. Il apportent auxdistributeurs des solutions optimisées(réduction des variantes et facilité dechoix) et largement plus performantes(meilleure linéarité de la courbe deréponse) que les transformateurstraditionnels.

fig. 22 : SEPAM, une unité de protection etcontrôle-commande et ses trois capteursamagnétiques (Merlin Gerin).

5.protection et contrôle-commande des réseaux MT

L’avènement des technologiesnumériques à base demicroprocesseurs a considérablementmodifié les solutions utilisées pour laconception des plans de protection etcontrôle-commande. Ce chapitreprésente les dernières évolutions etenvisage quelques perspectivesd’avenir de ces fonctions de plus enplus complexes exploitées sur lesréseaux MT. Il montre aussil’importance de la nouvelle disciplinequ’est la compatibilitéélectromagnétique (CEM).

les technologies des unitésde protection MTUne unité de protection, ou relais MT(cf. annexe 1), a pour mission :■ de surveiller en permanence lesdivers paramètres d’une partie d’unréseau (ligne, câble ou transformateur),■ d’agir en situation anormale,■ et de plus en plus de transmettre desinformations pour l’exploitation duréseau.

Pour cela elle analyse les valeurs desgrandeurs électriques qui lui sontfournies par les capteurs de mesure, etdonne les ordres de fonctionnementaux circuits de déclenchement.

Longtemps limitées à la technologieélectromécanique, les unités deprotection MT connaissent aujourd’huiune évolution fondamentale avecl’utilisation des microprocesseurs.

Ainsi les matériels disponibles à ce jourreposent sur les trois technologies :électromécanique, analogique etnumérique. La plus ancienne est latechnologie électromécanique, lesrelais sont simples et spécialisés(contrôle du courant, de la tension, dela fréquence,…) mais d’une faibleprécision, leurs réglages sontsusceptibles de dérive dans le temps.

La technologie électronique analogique(transistor) plus récente a apporté laprécision et la fidélité.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.21

la compatibilitéélectromagnétiqueLa CEM se définit comme la capacitéd’un dispositif, équipement ou système,à fonctionner de manière satisfaisantedans son environnementélectromagnétique sans influencer cetenvironnement ; cet environnementpouvant inclure d’autres dispositifs plusou moins sensibles.

Avec le développement des techniquesnumériques et la nécessairecohabitation des matériels MT (tensionet intensité de valeurs élevées toutparticulièrement lors de leursmanœuvres) et des dispositifs deprotection et contrôle-commande àbase d’électronique (faible niveau detension et forte sensibilité auxradiations électromagnétiques),Merlin Gerin a dû, pour développer sesnouveaux produits, approfondir puismettre en application cette disciplinequ’est la CEM. De plus, pour satisfaireles exigences des distributeurs (sûretéde fonctionnement), il a été nécessairede réaliser des tests plus contraignantsque ceux définis par les récentesnormes actuellement en vigueur(cf. annexe 1) qui précisent les limitesde perturbations acceptables :

■ Ainsi pour les appareils de mesure, lanorme CEI 801-3 préconise des essaissur la bande de fréquences27 MHz - 500 MHz et trois niveaux desévérité (1, 3, 10 V/m) alors que lesconditions de test dans les laboratoiresMerlin Gerin sont bien plus sévères : lagamme de fréquences couvertess’étend de 10 kHz à 1 GHz ; de plus,de 27 MHz à 1 GHz les appareilspeuvent y être testés à des champsatteignant 30 V/m. (voir aussi le CahierTechnique Merlin Gerin n°149)■ Et pour les matériels MT, certainstests sont réalisés sur des tableauxcomplets (appareillage MT et unité deprotection) en situation réelled’exploitation.

Mais bien que la CEM soit prise encompte dans toutes les phases dedéveloppement et de fabrication desappareils, pour réaliser un équipementparfaitement opérationnel, elle doitaussi être appliquée dans les phasesd’installation et de câblage sur site.

les applications ducontrôle-commande en MTVers une exploitation centraliséeLa téléconduite est le regroupement enun ou quelques points de tout ce quiest nécessaire au contrôle-commandeà distance d’un réseau MT (cf. fig. 23).Ces points de regroupement sont despostes de conduite fixe ou mobile(embarqués dans un véhicule). Ils sontaussi appelés, selon les distributeurs,centre de conduite, dispatching ouSCADA (supervisory control and dataacquisition).

Pour tenir compte des besoinsspécifiques à la conduite des réseauxde distribution MT, ces centres de

conduite sont différents de ceux utiliséssur les réseaux de transport et derépartition. La multiplicité et ladispersion géographique des points detéléconduite, la gestion de plusieurscentres de conduite simultanés, lenombre et la qualification desexploitants nécessitent des solutionsadaptées :■ ergonomie et convivialité des postesde travail,■ outils d’aide à la conduite,■ outils de configuration (cf. lexique)des centres de conduite,■ gestion des différents supports detransmission utilisés.

Dans la pratique le terme téléconduiteenglobe les fonctions de

fig. 23 : exemple de téléconduite d’un réseau MT, avec les différentes liaisons nécessaires auxéchanges d’informations.

ondes radioréseau téléphonique commuté

réseau téléphonique(ligne spécialisée)

réseautéléphoniquecommuté

ondes radio

appareil aérien MTposte MT/BTposte HT/MT

centre fixede conduiteposte mobile

de conduite

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.22

télésignalisation, télésurveillance,télémesure, et télécommande. Cesfonctions peuvent se répartir en deuxgroupes liés au sens de transmissionentre l’exploitant et le réseau :■ télésurveillance, des appareils versl’exploitant (cf. fig. 24)■ télécommande, de l’exploitant versles appareils.

La télésurveillancePour sa part, elleregroupe lessignalisations de position des différentsappareils MT, leur déclenchementéventuel sur défaut, la mesure desconsommations instantanées oupondérées dans les différentes partiesdu réseau électrique, et toute autreinformation permettant de connaîtrel’état, à jour, du réseau. Elle permet parexemple, d’imprimer automatiquement(consignation) et en continu (au fil del’eau), sur occurrence outemporellement, tous les événements

nécessaires pour conduire le réseau entemps réel, ou pour en effectuer uneanalyse ultérieurement.

Toutes ces informations avec leurmode de restitution, sont définies lorsde la conception du plan de contrôle-commande. En particulier les imagessynoptiques sont créées en fonction del’installation réelle et des besoins del’exploitant. De plus, elles sont animéesen temps réel. Ainsi l’exploitant peutvisualiser :■ les schémas d’exploitation (réseauélectrique, poste, cellule MT) ;■ les états de l’installation (positionsdes appareils MT, ...) ;■ les valeurs des grandeursd’exploitation (courants, tensions,puissances, ...) ;■ les valeurs de réglage desprotections MT ;■ le contenu détaillé des alarmes, avecleur chronologie d’apparition ;

■ …

fig. 24 : plusieurs fonctions, ici regroupées selon le sens de leurs transmissions entrel’exploitant et le réseau, sont nécessaires pour réaliser la téléconduite.

La télécommandeLa commande àdistance de l’ouvertureet de la fermeture des appareils depuissance est l’exemple élémentaire dela télécommande. L’application pratiqueen est les interrupteurs et disjoncteursMT télécommandés. D’autres actionspeuvent être télécommandées :réglages, automatisme,…

Les ordres de télécommande doiventêtre exécutés avec le maximum desûreté. Ce qui est obtenu parl’utilisation d’un réseau decommunication performant permettantde disposer des informationsnécessaires en temps réel. Ainsi unordre de manœuvre d’un appareil MTest transmis via une télécommandedouble (TCD), et confirmé par le retourd’une télésignalisation double (TSD).

Les procédures de télécommandeintègrent également des demandes devalidation et de confirmation avantl’exécution d’un ordre de manœuvre.

La téléconduiteDans la distribution MT elle est unesource d’économies au niveau del’exploitation du réseau. En effet, sansavoir à se déplacer, l’exploitant peut enpermanence contrôler et intervenir surle fonctionnement de son réseau. Unexemple : suite à un défaut il estpossible de changer rapidement leschéma d’exploitation du réseau afin derendre minimale la partie de réseaunon alimentée, et cela en consultant àdistance les indicateurs de localisationde défaut (cf. lexique) installés endifférents endroits sur le réseau MT,puis en agissant sur les interrupteursMT télécommandés. Il en résulte uneforte réduction de l’énergie nondistribuée, mais aussi une optimisationde ce réseau avec les possibilités degérer au mieux la répartition descharges.

La charge du réseau peut aussi fairel’objet d’analyses.

En particulier à partir de la consignationde la courbe de charge elles permettentde vérifier et d’optimiser lesconsommations d’énergie.

Enfin, pour une meilleure efficacité,l’opérateur peut disposer rapidementde l’information la plus pertinente parun pré-traitement automatique tel uneopération de tri, de mise en formegraphique, de calcul,...

téléconduite

télécommande(transit d'ordres)

télésurveillance(transit d'informations)

■ commande à distancedes appareils MT du réseaux,■ changement à distance des réglages.

+

=

■ télésignalisation,■ télémesure.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.23

Gestion automatique des sourcesd’énergieCette gestion, dont l’objectif estd’améliorer la qualité de service par lacontinuité d’alimentation sur le réseau,a pour principale application lapermutation entre les différentessources d’énergie électrique. Cetteapplication à base d’automatismes estréalisée par les unités decontrôle-commande.

La topologie en double dérivationexploitée par l’EDF sur certains de sesréseaux souterrains en est un exemple.

Les architectures decontrôle-commande en MTL’avènement des technologiesnumériques a considérablement modifiéles solutions utilisées pour le contrôle-commande MT. En particulier, la facilitéde disposer d’unités de protection etcontrôle-commande numériques defaible volume et d’un coût raisonnablepermet, avec une conduited’exploitation centralisée, d’utiliseraujourd’hui des intelligences locales.Cette évolution offre les avantagessuivants :■ elle pallie les inconvénients d’uneintelligence concentrée en un seul point.En effet une défaillance en ce point seraitcatastrophique pour l’ensemble del’exploitation du réseau électrique.■ elle offre l’avantage d’une meilleuremaintenabilité et d’une souplesse defonctionnement accrue.

Les réseaux électriques, quelque soitleur schéma, se prêtent tout à fait àcette évolution. Aussi, malgré ladiversité des méthodes d’exploitation,est-il logique de voir se développer unehiérarchisation des fonctions ducontrôle-commande MT.Dans ce but, un plan decontrôle-commande MT définit :■ les fonctions à réaliser,■ leur localisation hiérarchique,■ et leur localisation géographique.

Il peut toujours être étudié selon quatreniveaux (cf. fig. 25) :■ niveau 0 : appareils MT et capteurs,■ niveau 1 : protection et contrôle-commande d’une cellule MT,■ niveau 2 : conduite locale d’unouvrage ou poste,■ niveau 3 : téléconduite d’unréseau MT.(cf. application EDF en annexe 3).

fig. 25 : les différents niveaux hiérarchiques des fonctions du contrôle-commande MT.

conduite locale

d’un ouvrage

protection et contrôle-commande

d’une cellule MT

appareils MT et capteurs

téléconduite

d’un réseau électrique

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.24

L'ensemble constitue une architecturede contrôle-commande MT, dont lefonctionnement repose sur denombreux échanges d’informationsentre les différents niveauxhiérarchiques. Ces informations sontessentiellement :■ des télésignalisations,■ des télémesures,■ des télécommandes.

Leurs échanges peuvent avoir lieu enpermanence ou sur événement(incident en réseau, ordre demanœuvre,...) ; ils nécessitent desréseaux de communicationperformants.

les réseaux decommunicationTous ces échanges sont regroupésdans la fonction télétransmissiondéfinie par les paramètres suivants :■ son organisation,■ ses supports matériels,■ son protocole de communication.

L’ensemble de ces paramètres devantpermettre de garantir que tout messageémis est reçu correctement(sans erreur).

L’organisation destélétransmissionsLa solution la plus simple est de fairecommuniquer deux émetteurs-récepteurs. Ce système est vite limitédans ses applications car seuls deuxpoints sont reliés. Lorsque plusieursunités participent au contrôle-commande, la liaison point à pointdevient insuffisante, d’où la notion demulti-point. Dans ce cas, deuxorganisations sont possibles :■ maître-maîtreToutes les unités placées dans cetteorganisation peuvent prendre l’initiativede communiquer.■ maître-esclaveL’unité de contrôle-commande deniveau le plus élevé dans la hiérarchiede l’architecture est généralement lemaître. Il est chargé de gérer toutes lestransmissions, pour cela il interrogetous les esclaves à tour de rôle defaçon continue ou suite à unévénement. Les esclaves répondentaux interrogations et exécutent lesinstructions fournies par le maître.

En ce qui concerne lecontrôle-commande des réseauxélectriques, l’organisation la plussouvent utilisée et la plus sûre est cellede type maître-esclave.

Quant à la transmission des données,elle est de type série. Ceci signifie queles informations codées en binaire (0/1)sont envoyées les unes après lesautres sur un même support. Lesavantages de cette transmission sontavant tout un câblage très simple etune bonne immunité aux perturbationsextérieures.

Les supports matériels detransmissionLa transmission des informationsnécessite aussi de disposer d’un ou deplusieurs supports matériels.

Dans le cas du contrôle-commande desréseaux électriques, les supportsutilisés sont :■ la paire filaire, le câble coaxial(liaisons téléphoniques spécialisées ouréseau téléphonique commuté national),■ l’onde radio (faisceaux hertziens),■ le câble d’énergie (cas des courantsporteurs sur ligne).

La fibre optique est encore en phaseexpérimentale car, malgré son grandavantage d’être insensible auxperturbations de nature électrique, soncoût de mise en œuvre reste un freinimportant. Quant aux liaisons parcourant porteur, elles ne sont utiliséesà ce jour qu’en gestion de charge desréseaux, par exemple pour l’envoi dessignaux de changement tarifaire parl’EDF et l’envoi d’ordres de délestageaux Etats-Unis. Mais elles sont enphase expérimentale pour d’autresapplications, par exemple le télérelevédes compteurs d’énergie ou lareconfiguration du réseau après undéfaut.

En fait, aucun support ne s’imposeaujourd’hui ; son choix dépend dedifférents critères :■ nombre d’informations à véhiculer,■ fréquence (nombre et périodicité) deséchanges,■ vitesse requise pour les échanges,■ nature des informations,■ distance de transmission,■ relief du terrain (exemple : zonemontagneuse),■ coût de l’information échangée.

En pratique un distributeur d’énergieélectrique utilise toujours différentssupports :■ les lignes spécialisées (paire filaire)pour le contrôle-commande desouvrages importants (poste HT / MT,poste MT / MT ),■ les liaisons radioélectriques outéléphoniques pour le contrôle-commande des ouvrages secondaires(poste MT / BT et interrupteur MTaérien télécommandés).

Les protocoles de transmissionLe protocole est le langage utilisé pouréchanger des informations entre lesdifférentes unités de protection etcontrôle-commande dans unearchitecture. Il définit la structure desmessages échangés, tant pour lademande d’information que pour lesmessages de réponse. Ces protocolespeuvent être propres à un constructeurde matériels (ou à plusieursconstructeurs) ou standardisés etnormalisés. En ce qui concerne ladistribution publique, dans le conceptd’architecture précédemment présentéet qui se généralise, les distributeurss’efforcent de normaliser les protocolesentre les niveaux 2 et 3. Par contre, lestransmissions internes auxappareillages restent à l’initiative deleurs constructeurs.

Dialoguer selon le protocole choisidans une architecture est une conditionsine qua non pour qu’un matérielpuisse s’intégrer à cette architecture.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.25

6. conclusion

Le fait marquant résultant dessituations actuelles, reste la diversitéselon les pays :■ diversité des schémas électriques etde leur protection,■ diversité des choix techniques debase,■ diversité des modes d’exploitation.

Cependant deux évolutions majeures àlong terme sont avancées parl’ensemble des distributeurs :l’évolution vers un système MT etl’évolution vers la conduite automatiquedes réseaux MT.

L’évolution vers un système MTComme il l’a été vu dans les pagesprécédentes un réseau de distributionélectrique MT, est réalisé parl’imbrication de deux réseaux :■ le réseau d’énergie, dont l’objectif estde véhiculer l’électricité vers les pointsutilisateurs. Il est concrétisé par leschéma unifilaire, et est constituéd’appareils électrotechniques, detransformateurs, de câbles,....■ le réseau d’informations, dontl’objectif est de traiter les données pourobtenir la meilleure sécurité etdisponibilité globale de ce réseaud’énergie. Concrétisé par les plans deprotection et contrôle-commande, ceréseau est constitué d’unités deprotection et contrôle-commande, quiassociées entre elles par un réseau decommunication performant sontréparties :■■ au niveau des appareils MT,■■ au niveau des ouvrages ou postes,■■ au niveau du réseau électriquelui-même.C’est ainsi que, de la conception àl’exploitation d’un réseau électrique,«l'Homme Moyenne Tension» devientun «Homme Système».

L’évolution vers la conduiteautomatique des réseaux MTAprès les révolutions agricole etindustrielle, celle de la communicationcrée de nouveaux besoins et denouvelles solutions et ce, de façonirréversible. L’étape suivante seral’utilisation de systèmes experts pouranalyser et exploiter automatiquementles réseaux. Cette évolution fait déjà

l’objet d’expériences par desdistributeurs, par exemple TEPCO auJapon.Mais un frein à cette évolution futureest l’état des réseaux existants. Eneffet, ceux-ci n’ont pas été conçus dansune optique d’exploitation automatisée :leurs schémas complexes et nonrépétitifs ne facilitent pas une analyserationnelle.Les distributeurs ont bien perçu cetobstacle. Ainsi, dans leurs orientationsà long terme, la simplification et larationalisation des schémas desréseaux apparaissent comme denouveaux objectifs, nécessitant desinvestissements longs et coûteux.Sans attendre cette future étape, ilsexpérimentent en permanence dessolutions adaptées aux schémasactuels de leurs réseaux MT.De même, les constructeurs utilisentles plus récentes technologies pour enfaire bénéficier les distributeurs.

Bien sûr, l’Homme devra toujoursgarder la maîtrise de tels Systèmes. Etalors que les traitements del’information nés de l’informatiqueapportent déjà aux distributeursd’énergie un meilleur savoir et unemeilleure compréhension de leursréseaux électriques, les années futuresapporteront des solutions innovantesqui contribueront à l’atteinte de l’objectifprincipal : satisfaire les besoins desconsommateurs d’énergie électriqueavec une qualité de service optimale.

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.26

■ relatives aux Ring Main UnitCEI 129, 265, 298, et 420,UTE C 64-130, C 64-131, et C 64-400,VDE 0670,BS 5227,

■ relatives aux unités de protectionCEI 68,CEI 255,CEI 655,NF C 20-455,NF C 63-850.

■ relatives à la compatibilitéélectromagnétique■■ concernant la susceptibilité auxperturbationsCEI 801 - chapitres 1 à 4,NF C 46-020 à 023 ;■■ concernant l’émission deperturbationsEN 55 022,NF C 91-022.

La diversité des matériels cités dans ceCahier Technique, ne permet pasd’indiquer toutes les normesinternationales et/ou nationales qui lesconcernent.

A titre d’exemple, voici quelquesnormes :

■ relatives aux appareils decoupure MTCEI 56 et 694,CEI 470 pour les contacteursUTE C 64-100 et C 64-101,VDE 0670,BS 5311,ANSI C37-06 pour les disjoncteurs.

annexe 2 : les différentes techniques de sélectivité

rappelLorsqu’un défaut apparait sur un réseauélectrique, plusieurs organes deprotection situés dans différentes zonespeuvent détecter simultanément cetteanomalie.

La sélectivité du plan de protectionpermet de faire fonctionner en prioritél’organe qui est situé le plus près enamont du défaut. Ainsi la coupured’alimentation est limitée à une zoneminimale du réseau.

Cependant, un plan de protection intègredes redondances. Ainsi, dès laconception de ce plan, il est prévu que siun organe de protection n’agit pascorrectement, un autre organe placé enamont de celui-ci devra réagir à son tourpour limiter les conséquences du défaut.

Chacun de ces organes de protectionmontés en cascade sur le réseauconstitue un étage de sélectivité.

Dans un réseau MT le nombre d’étagesde sélectivité entre les transformateursHT/MT et MT/BT est généralement limitéde 3 à 5 selon les pays. En effet, audelà, la sécurité ne peut plus êtreassurée car les temps de réaction et lesvaleurs des courants de défautdeviennent très dangereux.

les différentes techniquesPour assurer cette sélectivité dans unplan de protection MT cinq principestechniques peuvent être utilisés :ampèremétrique, chronométrique,différentielle, de distance, et logique.

La sélectivité ampèremétriqueElle est assurée par les réglages envaleur de courant des seuils dedéclenchement.

La sélectivité chronométriqueElle est assurée par les réglages envaleur de temps des seuils dedéclenchement.

La sélectivité différentielleElle est assurée par un découpage duréseau en zones indépendantes, et ladétection dans chacune de ces zonesd’une différence entre la somme descourants entrant et la somme descourants sortant. Cette techniquenécessite une filerie entre les unités deprotection situées aux différentesextrémités de la zone surveillée.

La sélectivité de distanceElle est assurée par un découpage duréseau en zones, et les unités deprotection par calcul de l’impédance“aval”, peuvent localiser dans quellezone est situé le défaut.

La sélectivité logiqueCette sélectivité est assurée par unordre «d’attente logique» d’une duréelimitée, émis par la première unité deprotection située juste en amont dudéfaut et devant couper le circuit, versles autres unités de protection situéesplus en amont. Elle permet d’augmenterle nombre d’étages de sélectivité sansallonger les temps de déclenchement enamont. Des fils pilotes sont nécessairesentre les unités de protection.Cette technique mise au point etbrevetée par Merlin Gerin est détailléedans le Cahier Technique n° 2.

annexe 1 : quelques normes pour des produits MT

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.27

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Point de regroupementet de référence

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tableau SM6 :cellule modulaireinterrupteur

Postes MT/BT télécommandésréseau aérien et/ou souterrain

tableau RM6 :appareillage Ring Main Unit

TCL11MScalculateurde poste

Isis 2000 :consignateur d'étatssynoptique

Vigi PAunité de protection et de contrôle-commande

tableau F24Géquipement débrochablePoste source HT/MT

2

3

1

0

niveau 3 : téléconduite d'un réseau

niveau 2 : conduite locale d'un ouvrage

niveau 1 : protection et contrôle commande d'une cellule MT

niveau 0 : appareils MT et capteurs

Les réseaux de communication :

réseau interne à l'appareillage (fil à fil aujourd'hui)télétransmissions par radio et/ou réseau téléphoniques commutétélétransmissions par lignes téléphoniques spécialisées

M2S : interrupteuraérientélécommandé

Interfaces de conduite : d'intérieur d'intérieur d'extérieur

annexe 3 : architecture EDF et matériels Merlin Gerin

Cahier Technique Merlin Gerin n° 155 / p.28

Cahiers Techniques Merlin Gerin■ Protection des réseaux par leSystème de Sélectivité LogiqueCahier Technique n° 2 (F. Sautriau)

■ la CEM : la compatibilitéélectromagnétiqueCahier Technique n° 149 (F. Vaillant)

Publications diversesLes documents traitant les thèmesévoqués dans ce Cahier Techniquesont très nombreux. Et, bien que desarticles présentant l’ensemble de cessujets soient d’un nombre plus réduit,nous avons jugé plus intéressantd’orienter le lecteur intéressé versdes organismes diffusant les rapportstechniques issus de différentscongrès :

■ journées d’étude technique S.E.E.■■ qualité et économie del’alimentation électrique,■■ réseaux ruraux à MoyenneTension : évolution et perspective.

Adresse :Société des Electriciens et desElectroniciens48 Rue de la Procession75724 PARIS Cedex 15

■ C.I.R.E.D.Congrès International des RéseauxElectriques de Distribution.

Adresse :Institution of Electrical Engineers,Savoy Place, LONDON WC2R 0BLRoyaume-Uni.

■ UNIPEDEUnion Internationale des Producteurset Distributeurs d’Electricité.

Adresse :39 avenue de Friedland75008 PARIS

annexe 4 : bibliographie

Réal. : ERI - Lyon - Photo. : IPVResponsable édition : G. Satre-DuplessisIPV - 09-91 - 3500 - Imprimeur : Léostic