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.......................................................................... Cahier technique n° 203 Choix de base des réseaux MT de distribution publique Didier Fulchiron Collection T echnique Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Le rendez-vous des experts Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ». n° 203 Choix de base des réseaux MT de distribution publique CT 203 édition mars 2001 Didier FULCHIRON Diplômé de l’Ecole Supérieure d’Electricité en 1980, dès 1981 il rejoint les services techniques, à la station d’essais à grande puissance de Merlin Gerin. Il prend part ensuite à différents développements de matériels moyenne tension principalement destinés à la distribution publique. Au sein de l’Activité Moyenne Tension de Schneider Electric, il participe à la prescription technique des matériels Schneider et travaille aussi au sein des comités internationaux de normalisation. Cahier Technique Schneider Electric n° 203 / p.2 Cahier Technique Schneider Electric n° 203 / p.3 Choix de base des réseaux MT de distribution publique Les réseaux de distribution publique moyenne tension -MT- sont construits en utilisant deux paramètres fondamentaux influençant la majorité de leurs constituants ainsi que leur exploitation. Ces paramètres sont le mode de gestion du neutre et la tension de service. Leur choix a un impact très fort sur l'ensemble du réseau, et leur remise en cause est très difficile, voire impossible ou économiquement irréaliste. Il est donc capital de bien comprendre les influences de ces choix sur les autres paramètres du réseau que sont le système de protection, la sécurité, la gestion des défauts... Le présent document montre les limites imposées par ces choix et passe en revue les différentes solutions existantes en montrant leurs avantages et leurs inconvénients. Sommaire 1 Introduction 1.1 Le régime de neutre p. 4 1.2 Principaux effets de ce choix sur les composants du réseau p. 4 1.3 Plans de protection contre les défauts d'isolement (défaut terre) p. 5 1.4 La sécurité des personnes et des animaux p. 5 1.5 La compatibilité électromagnétique p. 6 1.6 La tension de service p. 7 2 Situation des réseaux existants 2.1 Mise à la terre du neutre p. 8 2.2 Tensions de service p. 8 3 Caractéristiques des systèmes « 4 fils » 3.1 Plan de protection des réseaux à neutre distribué (« 4 fils ») p. 10 3.2 Exploitation des réseaux à neutre distribué (« 4 fils ») p. 11 4 Caractéristiques des systèmes « 3 fils » 4.1 Plan de protection des réseaux à neutre non distribué (« 3 fils ») p. 13 4.2 Exploitation des réseaux à neutre non distribué (« 3 fils ») p. 16 5 Tension de service, critères de choix 5.1 Pertes et chutes de tension p. 18 5.2 Difficultés d'isolation et coûts associés p. 18 5.3 Evolution des réseaux MT dans le monde p. 19 6 Conclusions p. 20 Cahier Technique Schneider Electric n° 203 / p.4 1 Introduction 1.1 Le régime de neutre Impact sur les caractéristiques électriques Le mode de mise à la terre du neutre, au niveau du transformateur HT/MT, et le choix de distribuer ou non le conducteur de neutre (d'où la distinction « réseau 4 fils » de « réseau 3 fils ») ont une influence directe sur plusieurs paramètres significatifs du réseau. c Le courant de défaut à la terre : en cas de défaut entre une phase et la terre, la valeur du courant de défaut est principalement déterminée par l'impédance de mise à la terre du neutre, et par les capacités, entre terre et conducteurs de phases, présentes sur le réseau (lignes, câbles et condensateurs). c La tension de toucher et la tension de pas : ces deux notions concernent la sécurité des personnes au voisinage d'un défaut électrique. Ces tensions sont directement liées à la valeur du courant de défaut à la terre et aux impédances parcourues par ce courant. c Le niveau des surtensions : la mise à la terre du neutre influe sur les surtensions à fréquence industrielle lors de défauts à la terre, mais également sur l'amplitude et l'amortissement de possibles phénomènes oscillants ou transitoires. c Le niveau de perturbation des réseaux environnants : dans le cas de réseaux aériens, la boucle parcourue par un courant de défaut à la terre, fait apparaître un champ magnétique important. Des tensions sont alors induites dans les circuits des réseaux avoisinants, et typiquement dans les réseaux câblés de télécommunication (en technologie cuivre). Le niveau de ces tensions peut être inacceptable pour le fonctionnement voire pour l’isolement des équipements voisins. Des études de compatibilité électromagnétique (CEM) sont donc nécessaires avant l'implantation d'une ligne MT. Impact sur les caractéristiques d'exploitation Plusieurs critères d'exploitation sont également influencés par la mise à la terre du neutre : c la durée admissible des défauts à la terre (étendue des dégâts et sécurité), c le comportement des amorçages dans l'air (auto-extincteurs ou non), c les moyens de localiser le défaut sur le réseau, c les fluctuations de tension aux bornes des charges pendant les défauts à la terre, c le nombre et la durée des défauts perçus par la clientèle, c la possibilité et la facilité de reconfiguration suite à un incident. Impact sur les spécifications de construction La construction des réseaux est influencée de manière significative par le mode de mise à la terre du neutre : c les impédances de prises de terre doivent avoir des valeurs adaptées au courant de défaut, c les conducteurs concernés par les défauts à la terre doivent avoir une tenue thermique adéquate, c l'isolation des conducteurs et des matériels doit prendre en compte les hypothèses de surtensions, influencées par le régime de neutre. 1.2 Principaux effets de ce choix sur les composants du réseau Le tableau de la figure 1 liste certains effets significatifs générés par le choix initial d'une mise la terre du neutre. C'est toujours l'hypothèse de défaut à la terre qui est considérée, car les défauts polyphasés ne sont pas influencés par la mise à la terre du neutre. Ce tableau montre que plusieurs facteurs (sécurité, qualité de service et coût) sont affectés directement par la valeur du courant de défaut à la terre. Il en est ainsi de la sécurité des personnes (tensions de pas et de toucher), des « creux de tension » sur la basse tension, de la CEM avec des circuits électriques voisins (dont Cahier Technique Schneider Electric n° 203 / p.5 Fig. 1 : Effets significatifs générés par le choix initial d'une mise à la terre du neutre. 1.3 Plan de protection contre les défauts d'isolement (défaut terre) La notion de plan de protection comprend plusieurs aspects : c la détermination des situations de défaut à traiter, c le choix et la localisation des appareillages destinés à éliminer les défauts, c le choix et le paramétrage des relais prévus pour surveiller les grandeurs électriques, diagnostiquer les situations de défaut, puis donner des ordres d'ouverture à l'appareillage, c l'organisation de la sélectivité entre les différents relais, afin que l’appareil le plus proche du défaut soit le seul à déclencher pour minimiser l’étendue de la zone hors tension. Concevoir un plan de protection nécessite donc une analyse du réseau et des phénomènes présents en situation normale et de défaut, une connaissance des possibilités de mesure et d'analyse (capteurs, relais, automatismes...) et une approche globale du sujet afin de déterminer les réglages pertinents. 1.4 La sécurité des personnes et des animaux La valeur des courants de défaut à la terre a des conséquences sur d'autres aspects que la seule exploitation du réseau (cf. fig. 1 ). En particulier, lors d'un défaut à la terre, un courant parcourt des conducteurs normalement hors tension (les masses et la terre en faisant partie) dont les configurations et les impédances ne sont pas toujours maîtrisées. Les chutes de tension dues à ces impédances présentent des risques d’électrisation pour les êtres vivants placés à proximité du défaut. Tensions de uploads/Ingenierie_Lourd/ ct-203.pdf