Planification des Réseaux Électriques - PDF

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ IBN-KHALDOUN DE TIARET FACULTÉ DES SCIENCES APPLIQUEES DÉPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE P O...

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ IBN-KHALDOUN DE TIARET FACULTÉ DES SCIENCES APPLIQUEES DÉPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE P OLYCOPIÉ DE COURS Planification des réseaux électriques Cours et exercices résolus Préparé par: Promotion : Abdelkader B OUAZZA Master 1 Réseaux électriques Semestre : 02 Expertisé par: Pr. SMAILI Attalah Dr. SLIMANI Halima Année universitaire 2021 /2022  i Préface Bien que le prix du kWh soit peu élevé, le développement du réseau de Transport et de Distribution de l’énergie électrique met en mouvement des masses financières très importantes. Il suffit pour s’en convaincre de réaliser qu’un kilomètre de ligne double aérienne à 400 kV coûte entre 2.8 à 3.2 millions de dinars, qu’un câble moyenne tension de 16 kV (par exemple: 240mm2 de section, 17 MVA de capacité de transport) coûte entre 450 à 500 milliers de dinars au kilomètre et que beaucoup de pays en construisent des centaines de kilomètres par an, et bien d’avantage à des tensions inférieures. De plus la présence du réseau électrique sur le territoire est de plus en plus ressentie comme une gêne. Autant de raisons qui font que l’on a vraiment intérêt à rechercher les méthodes d’étude de développement du réseau qui permettent d’assurer la meilleure qualité de l’alimentation électrique avec une extension du réseau la plus faible possible. Pari impossible, mais compromis possibles. La planification et l’étude économique des réseaux consistent donc à rechercher les meilleurs compromis entre les avantages et les inconvénients du développement; de cette façon à proposer les meilleurs choix. Cette étude se veut d’apporter une contribution utile à tous les planificateurs de réseaux électriques en moyenne et basse tension en les sensibilisant à des méthodes d’approche économiques des problèmes rencontrés et apportant des éléments importants à mettre en parallèle avec les solutions techniques trouvées; ceci pour leur donner un outil supplé- mentaire d’aide à la décision pour leurs planifications futures, sans perdre de vue que toutes ces méthodes ne remplaceront jamais l’être humain, seul maître de la dernière dé- cision à prendre. Ce support de cours est issu du cours de Planification des réseaux électriques, que j’enseigne à l’université Ibn-Khaldoun de Tiaret, il est destiné aux étudiants de la première année Master réseaux électriques (semestre 02). La structure de ce cours a été pour l’essentiel imposée afin de respecter le programme national. L’objectif visé à travers ce cours est de rapprocher, aux étudiants, les connaissances néces- saires et les concepts liés à l’étude de la planification des réseaux électriques, définition du  ii problème de planification avec leur objectifs et contraintes, Niveaux de la planification, enjeux et contexte politico-économiquede. Je souhaiterai que ce cours soit un ajout précieux aux ressources pédagogiques de notre université et constitua un support de cours de valeur pour nos étudiants. Tout commentaire ou proposition ou critique constructive permettant l’amélioration des textes ainsi élaborés sera recueillie avec grand intérêt. Abdelkader BOUAZZA Maitre de Conférence A Département de Génie électrique Faculté des sciences appliquées Université Ibn-Khaldoun de TIARET E-mail : [email protected]  iii Contents Préface i Introduction générale 1 1 Architectures des réseaux électriques 3 1.1 Introduction..................................... 3 1.2 Hiérarchisation du réseau électrique....................... 3 1.2.1 Production.................................. 3 1.2.2 Transport.................................. 4 1.2.3 Répartition................................. 5 1.2.4 Distribution................................. 5 1.3 Niveaux de tension................................. 5 1.4 Topologies des réseaux électriques........................ 6 1.4.1 Réseau maillé................................ 7 1.4.2 Réseau bouclé................................ 7 1.4.3 Réseau radial................................ 7 1.4.4 Réseau arborescent............................. 7 1.5 Équipements et architectures des postes..................... 7 1.5.1 Qualités recherchées d’un poste..................... 8 1.5.2 Architectures des postes.......................... 8 1.5.2.1 Poste à couplage de barres................... 9 1.5.2.2 Poste à couplage de disjoncteurs................ 9 1.5.3 Schémas des postes à couplage de barres................ 9 1.5.4 Amélioration de maintenabilité et de la sécurité............ 10 1.5.4.1 Schéma à double antenne-simple jeu de barres....... 11 1.5.4.2 Schéma à double antenne-double jeu de barres....... 11 1.5.5 Schémas des postes à couplage de disjoncteurs............. 12 1.5.5.1 Schéma à double jeu de barres-double disjoncteur..... 13 1.5.5.2 Schéma à jeu de barres principale et jeu de barres de transfert 13 1.5.5.3 Schéma en anneau........................ 14  iv 1.5.5.4 Schéma à un disjoncteur et demi................ 15 1.6 Architectures des réseaux de distribution urbains et ruraux.......... 16 1.6.1 Réseau en double dérivation simple................... 16 1.6.2 Réseau en dérivation multiples...................... 17 1.6.3 Réseaux à structure en coupure d’artère................. 17 1.6.4 Réseaux ruraux............................... 19 1.6.5 Postes de distribution BT......................... 19 1.6.5.1 Poste MT/BT en zone rural ou semi urbaine......... 20 1.6.5.2 Poste MT/BT en zone urbaine................. 20 1.7 Conclusion...................................... 21 2 Planification des réseaux électriques BT et MT 22 2.1 Processus de planification des systemes électriques.............. 22 2.1.1 Définition du problème de planification................. 23 2.1.2 Niveaux de la planification........................ 24 2.1.2.1 Planification à court terme................... 24 2.1.2.2 Planification à moyen terme.................. 24 2.1.2.3 Planification à long terme:................... 24 2.1.3 Horizon de planification:......................... 25 2.1.4 Objectifs et contraintes de la planification............... 26 2.1.5 Résolution du problème de planification................ 26 2.1.5.1 Sélection et évaluation des alternatives............ 27 2.1.5.2 Sélection de la meilleure alternative.............. 28 2.1.6 Prise de décision.............................. 29 2.2 Planification traditionnelle et moderne des réseaux.............. 29 2.2.1 Planification traditionnelle des réseaux de distribution........ 29 2.2.2 Les changements dans la planification des réseaux de distribution. 32 2.2.3 Planification moderne des réseaux de distribution........... 33 2.3 Modèle générique de planification........................ 34 2.4 Enjeux. Contexte politico-économique...................... 37 2.4.1 Calcul technico-économique....................... 39 2.4.1.1 Généralités............................ 39 2.4.1.2 Quelques principes économiques............... 39 2.4.1.3 Définitions des termes..................... 39 2.4.2 Termes économiques............................ 41 2.4.3 Analyse économique............................ 43 2.4.3.1 Méthode de la valeur actuelle................. 43  v 2.4.3.2 Méthode du coût annuel.................... 43 2.4.3.3 Méthode du taux de rendement (taux de retour)...... 44 2.5 Exercices....................................... 44 2.5.1 Exercice 1.................................. 44 2.5.2 Exercice 2.................................. 45 2.5.3 Exercice 3.................................. 47 2.5.4 Exercice 4.................................. 47 2.5.5 Exercice 5.................................. 47 2.5.6 Exercice 6.................................. 48 3 Planification du système production-transport 55 3.1 Objectifs généraux................................. 55 3.1.1 Traité de concession - Service public -.................. 55 3.1.2 Priorités liées au contexte socio-économique.............. 55 3.2 Choix de la basse tension (BT)........................... 56 3.2.1 Historique.................................. 57 3.2.2 Tensions BT utilisées............................ 57 3.3 Etude du flux de charge.............................. 58 3.3.1 Le problème de flux de charge...................... 58 3.3.2 Solution avec un flux de charge en DC.................. 59 3.4 Dispatching économique.............................. 61 3.4.1 Coût de génération............................. 61 3.4.2 Contraintes................................. 62 3.4.3 Pertes de transmission........................... 63 3.5 Solution du dispatching économique....................... 66 3.5.1 Solution avec pertes............................ 66 3.5.2 Solution du dispatching économique sans pertes............ 70 3.5.3 Solution du dispatching économique sans pertes et sans contraintes d’inégalité.................................. 73 3.6 Exercices....................................... 76 3.6.1 Exercice 01.................................. 76 3.6.2 Exercice 02.................................. 78 3.6.3 Exercice 02.................................. 80 3.6.4 Exercice 03.................................. 82 3.6.5 Exercice 04.................................. 83 3.6.6 Exercice 05.................................. 84 4 Analyse et Évaluation des critères et attributs de la planification 86  vi 4.1 Introduction..................................... 86 4.2 Modélisation des éléments du réseau de distribution............. 87 4.3 Représentation et modélisation de la charge.................. 87 4.3.1 Modèle de charge variable........................ 88 4.3.2 Modèle périodique de charge constante................. 88 4.3.3 Modèle de variation de prix d’énergie.................. 89 4.4 Modèle de calcul de répartition de charges................... 90 4.4.1 Modèle AC................................. 90 4.4.2 Algorithme de balayage avant et arrière................ 91 4.5 Reconfiguration des réseaux de distribution pour la réduction des pertes. 94 4.5.1 Formulation du problème de Reconfiguration des réseaux de distri- bution.................................... 94 4.5.2 Explication de la méthodologie..................... 96 4.6 Évaluation de la fiabilité pour la planification des réseaux.......... 97 4.6.1 L’analyse de fiabilité des réseaux électriques de distribution..... 97 4.6.2 Indices de fiabilité du système électrique................ 99 4.6.3 Les indices de performance du système................. 100 4.7 Exercices....................................... 102 4.7.1 Exercice 1.................................. 102 4.7.2 Exercice 2.................................. 102 4.7.3 Exercice 3.................................. 103 Références bibliographiques 104  1 Introduction générale L’importance relative dans les pays en voie de développement des investissements requis par le secteur de l’énergie électrique ainsi que la grande durée de vie des équipements a mettre en oeuvre, justifient une planification rigoureuse. Ayant détermine une croissance probable des charges dans l’espace et dans le temps, il importe de dessiner dans un contexte dynamique les structures des ensembles de Produc- tion Interconnexion, Grand Transport et de Distribution qui, sous un critère de qualité et de continuité de service choisi, seront aptes a faire face a cette demande. On sait, mais on n’insistera jamais assez sur ce point, que le cout d’une structure est fortement dépendant de la qualité et de la continuité de service que l’on se fixe comme objectif. La fixation de ce critère est intimement liée au bilan des ressources financières du pays et a la juste quantification de l’impact de la défaillance sur la productivité des industries et sur le revenu national. Le choix des technologies et des matériels a mettre en oeuvre pour la réalisation des struc- tures destinées a couvrir ces besoins devra prendre en compte les facteurs suivants : facilite d’exploitation (adoption de schémas simples et dépouilles) facilite de conduite et d’entretien valorisation maximum des ressources en matériaux et matières disponibles dans le pays adaptation aux conditions climatiques locales. Contents 2 La simple évocation du sujet suffit a en montrer la complexité. Avant d’aborder le vif de notre sujet nous tenons a préciser nos idées quant a l’organisation du travail de planification. Celle-ci exige d’abord une connaissance exacte de l’ensemble énergétique et bien plus, une connaissance intime du pays, de ses structures et de son devenir. L’équipe qui en est chargée doit vivre en symbiose complète avec l’exploitant et avec le pays tout entiers, c’est dire qu’elle ne peut être l’oeuvre que du pays lui-même et de ses techniciens. Organiser le futur,se pencher sur son devenir est fondamentalement un acte majeur qui ne peut être confié à des tiers non intégrés. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022  3 Chapter 1 Architectures des réseaux électriques 1.1 Introduction Un réseau électrique est un ensemble d’outils destiné à produire, transporter, distribuer l’énergie électrique et veiller sur la qualité de cette énergie, notamment la continuité de service et la qualité de la tension. L’architecture ou le design du réseau est un facteur clé pour assurer ces objectifs. Cette architecture peut être divisée en deux parties ; D’une part, l’architecture du poste, et de l’autre part l’architecture de la distribution. 1.2 Hiérarchisation du réseau électrique La Figure 1.1 illustre une vue globale du réseau électrique. On distingue quatre niveaux : production, transport, répartition et distribution. 1.2.1 Production La production sert à produire l’énergie électrique grâce à des turbo-alternateurs qui trans- forme l’énergie mécanique des turbines en énergie électrique à partir d’une source pri- maire (gaz, pétrole, hydraulique....). Les sources primaires varient d’un pays à l’autre, exemple en Algérie, le gaz naturel cou- vre plus de 70% de la production, en France, 75% d’électricité est d’origine nucléaire. En générale, chaque source de production (centrale électrique) regroupe plusieurs groupes turbo-alternateurs pour assurer la disponibilité pendant les périodes de maintenance. Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 4 G Transport G G Répartition DG Charges MT Industrie lourde , ferroviaire...etc. Distribution DG Charges BT charges domestiques , Administration, Artisanat , Commerce...etc. Grande source Source de Production Poste MT/ THT Poste THT /MT G DG de Production Décentralisée Poste MT/ BT Ligne de transport Ligne de répartition Ligne de distribution FIGURE 1.1. Hiérarchisation du réseau électrique. 1.2.2 Transport Un alternateur produit la puissance électrique sous moyenne tension (12 à 15 kV), et elle est injectée dans le réseau de transport à travers des postes de transformation pour être transmise sous haute ou très haute tension afin de réduire les pertes dans les lignes. Le niveau de la tension de transport varie selon les distances et les puissances trans- portées, plus les distances sont grandes plus la tension doit être élevée, la même chose Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 5 pour la puissance. Par exemple, le réseau de transport en Algérie utilise une tension de 220 kV (voir 400 kV pour certaines lignes dans le sud notamment), le réseau européen utilise 400 kV, et le réseau nord-américain 735 kV. 1.2.3 Répartition Le réseau de répartition prend sa source dans le réseau de transport à partir des poste d’interconnexion THT/HT(MT) et sert à fournir les gros consommateurs industriels sous haute ou moyenne tension, et à répartir les puissances dans différentes régions rurales ou urbaines. Ce type de réseau utilise des typiques 60 et 30 kV. 1.2.4 Distribution La distribution sert à alimenter les consommateurs en moyenne ou en basse tension (typ- iquement 400 V), grâce à des postes de transformation MT/BT. 1.3 Niveaux de tension Les niveaux de tension utilisés diffèrent d’un type de réseau à un autre et diffèrent d’un pays ou d’une région à une autre. Selon la norme IEC (International Electrotechnical Commitee) les niveaux de tension sont définis comme suit : THT (VHV) : Très haute tension (Very high voltage), pour des tensions composées supérieures à 220 kV HT (HV): Haute tension (High voltage), des tensions composées supérieures com- prises entre 33kV et 220 kV MT (MV) : Moyenne tension (Medium voltage), des tension composées comprises entre 1 kV et 33 kV BT (LV) : Basse tension (Low voltage), tension comprise entre 100 V et 1 kV TBT (VLV) : Très basse tension (Very low voltage), inférieure à 100 V. D’autres normes existent, notamment la norme IEEE (Institute of Electrical and Electron- ics Engineers), celle-ci définit la tension moyenne sur une large plage (de 1 kV jusqu’à 69 kV). La norme IEEE est utilisée surtout en Amérique du nord. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 6 Il y a aussi la norme française qui définit les niveaux comme suit: HTB : supérieure à 50 kV, HTA : entre 1 kV et 50 kV BTB : entre 500 V et 1 kV, BTA : entre 50 et 500 V TBT: inférieur à 50 V Remarque : En pratique, il y a des valeurs de tensions standards pour chaque niveau. En Algérie ces niveaux sont 220 kV en transport, 60 kV et 30 kV en répartition et distribution MT et 400 V en distribution BT. 1.4 Topologies des réseaux électriques Les topologies diffèrent d’un type de réseau à un autre. Cette topologie est dictée par : le niveau fiabilité recherché, la flexibilité et la maintenance, ainsi que les coûts d’investissement et d’exploitation. 1.3 Topologies des réseaux Les différentes électriques topologies qu’on trouve usuellement sont illustrés sur la Figure. 1.2. C HAPITRE 1 (b) (a) (c) (d) poste d'interconnexion poste de distribution MT poste de distribution BT F IGURE 1.2 –FIGURE Différentes topologies topologies 1.2. Différentes des réseaux desélectriques : (a) Réseau réseaux électriques maillé,maillé, : (a) Réseau (b). Réseau (b). bouclé, (c) Réseau radial, (d). Réseau arborescent. Réseau bouclé, (c). Réseau radial, (d). Réseau arborescent HT (HV) : Haute tension (High voltage), des tensions composées supérieures comprises entre 33 kV et 220 kV ; MT (MV) : Moyenne tension (Medium voltage), des tension composées comprises entre 1 kV et 33 kV ; BT (LV) : Basse tension (Low voltage), tension comprise entre 100 V et 1 kV ; Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 TBT (VLV) : Très basse tension (Very low voltage), inférieure à 100 V. D’autres normes existent, notamment la norme IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Celle-ci définit la tension moyenne sur une large plage (de 1 kV jusqu’à 69 kV). La norme IEEE est utilisée Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 7 1.4.1 Réseau maillé Cette topologie est presque la norme pour les réseaux de transport. Tous les centres de production sont liés entre eux par des lignes THT au niveau des postes d’interconnexion, ce qui forme un maillage. Cette structure permet une meilleure fiabilité mais nécessite une surveillance à l’échelle nationale voire continentale. 1.4.2 Réseau bouclé Cette topologie est surtout utilisée dans les réseaux de répartition et distribution MT. Les postes de répartition HT ou MT alimentés à partir du réseau THT sont reliés entre eux pour former des boucles, ceci dans le but d’augmenter la disponibilité. Cependant, il faut noter que les réseaux MT ne sont pas forcement bouclés. 1.4.3 Réseau radial C’est une topologie simple qu’on trouve usuellement dans la distribution MT et BT. Elle est composée d’une ligne alimentée par des postes de distribution MT ou BT alimentés au départ par un poste source HT ou MT. En moyenne tension cette structure est souvent alimentée des deux côtés afin d’assurer la disponibilité. 1.4.4 Réseau arborescent Cette structure est très utilisée en milieu rural et quelque fois en milieu urbain où la charge n’est pas très sensible aux interruptions. Elle est constituée d’un poste de répartition qui alimente plusieurs postes de distribution (BT) grâce à des piquages à différents niveaux des lignes alimentant les postes MT/BT. 1.5 Équipements et architectures des postes Dans une analyse globale d’un réseau électrique un poste est considéré comme une barre ou tout simplement un noeud où transitent des flux de puissances. Pour le désigne et la planification du réseau, ce poste constitue une pièce majeure dans le système de réparti- tion ou de distribution, dans la mesure où c’est à ce niveau qui est organisée la configu- ration de la topologie du réseau, et c’est aussi un point de surveillance de contrôle et de protection. Un poste électrique est un ensemble d’appareillage arrangé de sorte à : Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 8 – Faire transiter la puissance d’un niveau de tension à un autre, en général s’il s’agit d’un poste de répartition ou de distribution, le poste sert à baisser la tension – Réglage de la tension, comptage de puissance, surveillance,...etc. Cet ensemble d’appareillage comporte : – Des jeux de barres – Des transformateurs – Des disjoncteurs et sectionneurs (appareillage de coupure) – Des compensateurs – Appareillage de mesure et de comptage de puissance – autres 1.5.1 Qualités recherchées d’un poste Les qualités recherchées lors d’un choix d’architecture d’un poste électrique sont : La sécurité qui est l’aptitude à conserver un maximum de dérivations (départs) saines en ser- vice, en cas de non ouverture du disjoncteur chargé d’isoler une partie en défaut. La sou- plesse ou l’aptitude d’un poste à réaliser plusieurs découplage et y raccorder n’importe quelle départs. Une maintenabilité permettant la poursuite de l’exploitation d’une déri- vation malgré l’indisponibilité d’un disjoncteur, et finalement, une simplicité de sorte à pouvoir changer de configuration en manoeuvrant le minimum d’appareils. La focalisa- tion sur une qualité donnée dépend du type de poste et des options d’exploitation. En règle générale, les postes THT et HT couvrent de très larges zones, c’est pourquoi on fa- vorise avant tout la sécurité. Pour les postes MT, la charge couverte est beaucoup moins importante, alors on favorise plutôt l’économie. 1.5.2 Architectures des postes Le choix de l’architecture d’un poste dépend de plusieurs paramètres technico-économiques (Fiabilité, flexibilité, maintenance, les coûts d’investissement et de maintenance). La fia- bilité et la flexibilité d’un poste sont déterminées par son architecture, et plus précisé- ment du nombre et disposition des jeux de barres, nombre et disposition des appareils de coupure (disjoncteurs), et éventuellement des lignes qui alimentent le poste. Les postes peuvent être classés en fonction de leurs architectures indépendamment de leurs types en deux familles ; Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 9 1.5.2.1 Poste à couplage de barres où les jeux de barres couplent en eux les différents départs ; 1.5.2.2 Poste à couplage de disjoncteurs où les disjoncteurs couplent entre eux les différents départs. La Figure. 1.3 montre la différence entre ces deux familles de postes. De point de vue fia- bilité, on peut remarquer qu’un défaut sur le départ F1 par exemple nécessitera l’ouverture du disjoncteur D1 pour l’architecture à couplage de barre, alors que pour l’autre architec- 1.4 Équipements et architectures des postes C HAPITR ture il faudra ouvrir D1 et D2 pour isoler le départ en défaut. jdb jdb D1 D2 D3 D1 D2 D3 S F1 F2 F2 F1 F2 (a) Couplage de barres. (b) Couplage de disjoncteurs. FIGURE 1.3 – Les deux principales architectures des postes. FIGURE 1.3. Les deux principales architectures des postes. DD:Disjoncteur, :Disjoncteur, S :Sectionneur. S :Sectionneur Cependant, en cas de maintenance de disjoncteur D1 le départ est F1 est condamné SL pour l’architecture à couplage de barre, mais peut rester en service grâce à D2 pour l’architecture à couplage de disjoncteurs. Donc, à la lumière de cette exemple, on peut dire que l’architecture à couplage de disjoncteur est plus fiable, cependant de point de vue coût, il est évident qu’elle revient plus chère du fait qu’il nécessite plus de disjonc- jdb teurs pour protéger le même (Bus) nombre de départ (exemple : trois disjoncteurs pour trois départs dans une architecture à couplage de barres, le même nombre de disjoncteurs pour deux départs pour une architecture à couplage de disjoncteurs.). 1.5.3 Schémas des postes à couplage de barres La Figure. 1.4 représente le schéma d’un poste à couplage de barres simple souvent ap- pelé simple antenne-simple jeu de barres. Ce schéma est constitué d’une ligne d’arrivée (SL) alimentant un jeu de barres F1sur lequel F2 plusieurs F3 départsF4sont raccordés pour ali- menter des charges à travers des transformateurs normalement abaisseurs de tensions. F IGURE 1.4 – Simple jeu de barres, simple antenne et plusieurs départs. Abdelkader Poste à couplage BOUAZZA de disjoncteurs où- les Planification des couplent disjoncteurs réseaux électriques 2021/2022 entre eux les différents départs. La Figure. 1.3 montre la différence entre ces deux familles de postes. De point de vue fiabilité, on p remarquer qu’un défaut sur le départ F1 par exemple nécessitera l’ouverture du disjoncteur D1 pour l  F1 F2 F2 F1 F2 (a) Couplage de barres. (b) Couplage de disjoncteurs. FIGURE 1.3 – Les deux principales architectures des postes. Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 10 D :Disjoncteur, S :Sectionneur. SL jdb (Bus) F1 F2 F3 F4 FFIGURE IGURE 1.4 1.4.– Simple Simplejeu jeude debarres, barres, simple simple antenne antenne et plusieurs et plusieurs départs. départs. Ce type de schéma a l’avantage d’être simple et économiquement pas cher, mais il présente plusieurs inconvénients de point de vue sécurité. En effet, il n’est pas difficile de remar- Poste à couplage de disjoncteurs où les disjoncteurs couplent entre eux les différents départs. quer qu’un défaut sur n’importe quel départ ou une maintenance l’un des ses équipements La Figure. 1.3 montre associés la différence (disjoncteur entre ces deux ou transformateur), familles le mettra de postes. hors immédiatement De point de vue fiabilité, on p service. remarquer qu’un défaut sur le départ F1 par exemple nécessitera l’ouverture du disjoncteur D1 pour l chitecture àD’autre part,de couplage unbarre, défautalors sur leque jeu pour de barres ou une l’autre maintenance architecture de celui-ci il faudra ouvrircondamnera D1 et D2 pour isole départ en défaut. Cependant, en cas de maintenance de disjoncteur D1 le départ est F1à est tous les départs et mettra le poste hors service. Enfin, la perte de la ligne d’arrivée cause condamné p l’architecture à couplage d’un défaut surde barre,défaut la ligne, mais peut rester en service ou maintenance de songrâce à D2 pour disjoncteur l’architecture entrainera encore laà couplage disjoncteurs. Donc, perte à la lumière de cette exemple, on peut dire que l’architecture à couplage de disjonct du poste. est plus fiable, cependant de point de vue coût, il est évident qu’elle revient plus chère du fait qu’il né site plus de disjoncteurs pour protéger le même nombre de départ (exemple : trois disjoncteurs pour t départs dans1.5.4 une Amélioration de maintenabilité architecture à couplage de barres, leet de lanombre même sécurité de disjoncteurs pour deux dép pour une architecture à couplage de disjoncteurs.). Il est possible d’améliorer la maintenabilité de la structure simple de la Figure.1.4 en adoptant un jeu de barres en deux tronçons séparés par un sectionneur, pour éviter 1.4.1 la perte les Schémas desdérivations postes à(arrivée ou départs) couplage raccordées au tronçon sain lorsque l’autre de barres tronçon est en défaut (Figure. 1.5(a)). La Figure. 1.4 représente le schéma d’un poste à couplage de barres simple souvent appelé sim Cecijeu antenne-simple permet de continuer de barres. Ce schémal’exploitation d’uned’une est constitué partieligne du poste pendant d’arrivée que (SL) la période un alimentant de jeu de ba rétablissement sur lequel plusieurs sur l’autre départs partie. Cependant, sont raccordés la séparation pour alimenter des tronçons des charges pardes à travers un section- transformateurs n malement neur abaisseurs n’offre de pastensions. Ce type suffisamment de schéma a l’avantage d’être simple et économiquement de sécurité. cher, mais il présente plusieurs inconvénients de point de vue sécurité. En effet, il n’est pas difficile remarquer qu’un défaut sur n’importe quel départ ou une maintenance l’un des ses équipements asso (disjoncteur ou transformateur), le mettra immédiatement hors service. D’autre part, un défaut sur le jeu barres ou une maintenance de celui-ci condamnera tous les départs et mettra le poste hors service. En la perte de la Abdelkader ligne d’arrivée à cause- Planification BOUAZZA d’un défaut des surréseaux la ligne, défaut ou maintenance électriques 2021/2022 de son disjonct entrainera encore la perte du poste. Dr. F. H AMOUDI  A RCHITECTURES DES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES C HAPITRE 1 Chapter 1. Architectures des réseaux électriques P OWER SYSTEM 11 DESIGN (a) Double antenne avec sectionnement de barres (b) Double antenne avec barres en tronçons. FFIGURE 1.5. IGURE 1.5 Schémas d’un – Schémas d’un poste poste àà couplage couplage de de barres. barres. En effet, si l’un des tronçons perd sa ligne d’arrivée, tous ses départs sont condamnés, et 1.4.2 Amélioration pour pouvoir lesde maintenabilité rétablir et de la sécurité en fermant le sectionneur (qu’on doit manipuler à vide rappelons- le), il va d’améliorer Il est possible falloir d’abord isoler ce dernier la maintenabilité de ce la qui provoquera structure simpleladeperte de l’autre la Figure. moitié 1.4 en du un jeu adoptant de barresposte en deux pendant cette séparés tronçons opération.par un sectionneur, pour éviter la perte les dérivations (arrivée ou départs) raccordées au tronçon sain lorsque l’autre tronçon est en défaut (Figure. 1.5(a)). Ceci permet de continuerD’autres schémas l’exploitation d’uneoffrant partieplus de sécurité du poste pendantsontquehabituellement la période de rencontrés, rétablissementon peut citer partie. sur l’autre Cependant, notamment le schéma la séparation dit double des tronçons parantenne-simple un sectionneur jeu de barres n’offre et le schéma double pas suffisamment antenne- de sécurité. En effet, si l’un des tronçons perd sa double jeu de barres ligne d’arrivée, tous ses départs sont condamnés, et pour pouvoir les rétablir en fermant le sectionneur (qu’on doit manipuler à vide rappelons-le), il va falloir d’abord isoler ce dernier ce qui provoquera la perte de l’autre moitié du poste pendant cette opération. D’autres schémas offrant plus de sécurité1.5.4.1 Schéma à double sont habituellement antenne-simple rencontrés, jeu de on peut citer barres le schéma dit double antenne-simple jeu notamment de barres et le schéma double antenne-double jeu de barres Ce schéma illustré sur la Figure. 1.5(b) utilise à la place du sectionneur un disjoncteur, ce qui permet en plus maintenabilité de la partie saine, une sécurité relativement bonne. Le Schéma à double antenne-simple jeu de barres disjoncteur qui sépare les deux tronçons appelé disjoncteur de couplage est normalement Ce schéma ouvert, illustré sur laun et lorsque Figure. 1.5(b) utilise des tronçons perd àson la place du sectionneur alimentation un disjoncteur, le disjoncteur est ferméce qui permet pour en plus maintenabilité de la partie saine, une sécurité relativement bonne. Le disjoncteur qui sépare les qu’il appelé deux tronçons soit alimenter par l’autre disjoncteur ligne.est de couplage Cependant normalement dansouvert, les deux cas (sectionneur et lorsque ou dis-perd son un des tronçons joncteur), alimentation un défaut le disjoncteur estsur un pour fermé tronçon dusoit qu’il jeualimenter de barresparcondamnera toutes l’autre ligne. ses dérivations. Cependant dans les deux cas (sectionneur ou disjoncteur), un défaut sur un tronçon du jeu de barres condamnera toutes ses dérivations. 1.5.4.2 Schéma à double antenne-double jeu de barres Schéma à double antenne-double jeu de barres Ce schéma utilise deux jeux de barres comme le montre la Figure.1.6. Les deux jeux Ce schéma utilise deux jeux de barres comme le montre la Figure. 1.6. Les deux jeux de barres sont de barres sont couplés par un disjoncteur qui est normalement ouvert, et sont raccordés à couplés par un disjoncteur qui est normalement ouvert, et sont raccordés à deux ligne d’arrivée mais nor- malementdeux ligne chacun d’arrivée d’eux mais normalement est alimenté par une seulechacun ligne.d’eux est alimenté De même, chaquepar une seule départ ligne. Deaux deux est raccordé jeux de barres même, mais alimenté chaque départnormalement est raccordépar auxundeux seul.jeux Ce type de schéma de barres mais présente alimenté une sécurité meilleure normalement par rapport paraux un solutions seul. précédentes. En effet, sauf la perte des deux arrivées ou des deux jeux de barres pourra mettre hors service tout le poste. Si une arrivée est perdu, le disjoncteur de couplage ferme pour alimenter les deux jeux de barres par l’autre ligne (celle-ci est normalement capable), par ailleurs, la perte d’un jeu de barres suite à un défaut ou maintenance ne va entrainer la perte de ses départs car ils sont basculés dans ce cas vers l’autre jeu de barres, à condition bien sûre que celui-ci soit capable de supporter toute la charge. Ce type de schéma coûte évidement plus cher mais il est fiable et offre une bonne flexibilité, c’est pourquoi il très utilisé Abdelkader dans les poste BOUAZZA THT et HT. - Planification des réseaux électriques 2021/2022 1.4.3 Schémas des postes à couplage de disjoncteurs Les architectures à couplage de disjoncteurs sont utilisées lorsqu’on recherche une grande disponibilité  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 12 1.4 Équipements et architectures des postes C HAPITRE 1 F IGURE 1.6 – Schéma d’un poste à couplage de barres avec double antenne et deux jeux de barres. FIGURE 1.6. Schéma d’un poste à couplage de barres avec double antenne et deux jeux de barres. Ce type de schéma présente une sécurité meilleure par rapport aux solutions précédentes. En effet, sauf la perte des deux arrivées ou des deux jeux de barres pourra mettre hors service tout le poste. Si une arrivée est perdu, le disjoncteur de couplage ferme pour alimenter les deux jeux de barres par l’autre ligne (celle-ci est normalement capable), par ailleurs, la perte d’un jeu de barres suite à un défaut ou maintenance ne va entrainer la perte de ses départs car ils sont basculés dans ce cas vers l’autre jeu de barres, à condition bien sûre que celui-ci soit capable de supporter toute la charge. Ce type de schéma coûte évidement plus cher mais il est fiable et offre une bonne flexibil- ité, c’est pourquoi il très utilisé dans les poste THT et HT. F IGURE 1.7 – Architecture à couplage de disjoncteur-Schéma à deux jeux de barres et deux disjoncteurs. 1.5.5 Schémas des postes à couplage de disjoncteurs Les architectures à couplage de disjoncteurs sont utilisées lorsqu’on recherche une grande Schéma à double jeu de barres-double disjoncteur disponibilité des départs raccordés aux postes. Très intéressantes pour les postes THT, on les Ce type de rencontre schéma estsurtout dans sur représenté les la pays d’Amérique Figure. du nord. 1.7. Comme Néanmoins, sont nom l’indique, deilpoint de jeux de y a deux barres, etvue chaque dérivation économique, ces(arrivée postes ou sontdépart) est encadré plus coûteux quepar les deux postesdisjoncteurs. à couplage Cede schéma présente une barres. Les très bonne flexibilité schémas permettant souvent de basculer rencontrés pour celes dérivations type sur l’autre d’architecture jeu de barres sont détaillés si nécessaire, et offre la ci-après. possibilité de maintenance d’un disjoncteur sans mettre hors service la dérivation concernée. Néanmoins, ce schéma coûte souvent cher, en outre, si les dérivations ne sont pas raccordées sur les deux jeux barres, on risque de perdre la moitié si un défaut survient sur un disjoncteur. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Schéma à jeu de barres principale et jeu de barres de transfert Ce schéma illustré sur la Figure. 1.8, utilise aussi deux jeux de barres, un jeu de barre principale, et un jeu 1.4 Équipements et architectures des postes C HAPITRE 1 Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 13 1.5.5.1 Schéma à double jeu de barres-double disjoncteur Ce type de schéma est représenté sur la Figure.1.7. Comme sont nom l’indique, il y a deux jeux de barres, et chaque dérivation (arrivée ou départ) est encadré par deux disjoncteurs. Ce schéma présente une très bonne flexibilité permettant de basculer les dérivations sur l’autre jeu de barres si nécessaire, et offre la possibilité de maintenance d’un disjoncteur sans mettre hors service la dérivation con- cernée. Néanmoins, ce schéma coûte souvent cher, en outre, si les dérivations ne sont pas rac- cordées sur les deux jeux barres, on risque de perdre la moitié si un défaut survient sur F IGURE 1.6 – Schéma d’un poste à couplage de barres avec double antenne et deux jeux de barres. un disjoncteur. F IGURE 1.7 – Architecture FIGURE à couplage 1.7. Architecture de disjoncteur-Schéma à couplage à deux jeux de disjoncteur-Schéma de barres à deux et barres jeux de deux disjoncteurs. et deux disjoncteurs. Schéma à double jeu de barres-double disjoncteur 1.5.5.2 Schéma à jeu de barres principale et jeu de barres de transfert Ce type de schéma Ce schéma est représenté illustré sur la Figure. sur la Figure.1.8, utilise 1.7. aussiComme sontde deux jeux nom l’indique, barres, un jeuil de y abarre deux jeux de barres, et chaque dérivation (arrivée ou départ) est encadré par deux disjoncteurs. Ce schéma présente une principale, très bonne flexibilitéetpermettant un jeu de barres de transfert de basculer couplés par les dérivations surun disjoncteur. l’autre jeu de barres si nécessaire, et offre la possibilité Cede maintenance type de schéma d’un coûtedisjoncteur relativementsans mettre moins cherhors maisservice la dérivation son principal concernée. avantage Néanmoins, est la pos- ce schéma coûte souvent cher, en outre, si les dérivations ne sont pas raccordées sur les deux jeux barres, on risquesibilité de mise de perdre hors service la moitié des disjoncteurs si un défaut survient sur enun casdisjoncteur. de besoin de maintenance sans pertes de dérivations, mais il est moins fiable comparé au schéma précédent, car un défaut sur le jeu de barre ou sur un disjoncteur nécessitera la mise hors service de tout le poste. Schéma Ajouter à jeu deàbarres cela lesprincipale problèmesetliés jeuaux de manoeuvres barres de transfert des sectionneurs lors de la maintenance d’un disjoncteur. Ce schéma illustré sur la Figure. 1.8, utilise aussi deux jeux de barres, un jeu de barre principale, et un jeu de barres de transfert couplés par un disjoncteur. Ce type de schéma coûte relativement moins cher mais son Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 principal avantage est la possibilité de mise hors service des disjoncteurs en cas de besoin de maintenance sans pertes de dérivations, mais il est moins fiable comparé au schéma précédent, car un défaut sur le jeu de barre ou sur un disjoncteur nécessitera la mise hors service de tout le poste. Ajouter à cela les problèmes liés aux manœuvres des sectionneurs lors de la maintenance d’un disjoncteur.  A RCHITECTURES DES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 14 C HAPITRE 1 P OWER SYSTEM DESIGN A RCHITECTURES DES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES C HAPITRE 1 P OWER SYSTEM DESIGN F IGURE 1.8 – Architecture FIGURE 1.8.àArchitecture couplage de àdisjoncteur-Schéma à un jeu de barres couplage de disjoncteur-Schéma à unprincipale et un jeu de barres jeu de barres de transfert. principale et un jeu de barres de transfert. 1.5.5.3 Schéma en anneau Le schéma en anneau (ring) illustré par la Figure.1.9 peut être considéré comme un schéma à couplage F IGURE 1.8 de barres – Architecture refermédesur à couplage lui même pour constituer disjoncteur-Schéma à un jeu un poste àprincipale de barres coulage deetdisjonc- un jeu de barres de transfert. teur se forme d’un anneau (boucle). F IGURE 1.9 – Architecture à couplage de disjoncteur-Schéma à jeu de barres en anneau (ring). Schéma en anneau Le schéma en anneau (ring) illustré par la Figure. 1.9 peut être considéré comme un schéma à couplage de barres refermé sur lui même pour constituer un poste à coulage de disjoncteur se forme d’un anneau (boucle). On a ainsi les avantages du coût et de fiabilité à la fois. Dans ce type de schéma, on remarque qu’un F IGURE 1.9suffit seul disjoncteur – Architecture à couplage de disjoncteur-Schéma à jeu de barres en anneau (ring). FIGURE 1.9. pour chaque Architecture dérivation, à couplage autrement dit le nombre de disjoncteur-Schéma à de jeudisjoncteurs de barres enégal au anneau nombre de dérivations, alors que chaque dérivation est alimentée par deux disjoncteurs. Par ailleurs, il est possible de déconnecter n’importe quel disjoncteur pour maintenance (ring). sans perte de dérivation concernée. Ce schéma Schéma en anneau présente aussi l’avantage du fait que toutes les manœuvres sont réalisées par des disjoncteurs. L’inconvé- On a ainsi les avantages du coût et de fiabilité à la fois. Dans ce type de schéma, on re- nient qu’on peut Le schéma cité pour en anneau cette (ring) structure illustré par est relatif à1.9 la Figure. son système peut de contrôle être considéré et deun comme protection schéma àqui est très couplage complexe.marque qu’un seul disjoncteur suffit pour chaque dérivation, autrement dit le nombre de de barres refermé sur lui même pour constituer un poste à coulage de disjoncteur se forme d’un anneau (boucle). On a ainsi les avantages du coût et de fiabilité à la fois. Dans ce type de schéma, on remarque qu’un seul disjoncteur Schéma suffit pouret à unAbdelkader disjoncteur chaque demi dérivation, autrement dit le nombre de disjoncteurs égal au nombre de BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 dérivations, alors que chaque dérivation est alimentée par deux disjoncteurs. Par ailleurs, il est possible de déconnecter Le schéman’importe dit à unquel disjoncteur disjoncteur pour est et demi maintenance représentésans sur perte de dérivation la Figure. 1.10. Il y concernée. a deux jeuxCedeschéma barres, présente aussi l’avantage et trois disjoncteur pour du deuxfaitdérivations que toutes (d’où les manœuvres le mon unsont réalisées et demi). par des Chaque disjoncteurs. dérivation L’inconvé- est encadrée par nient qu’on peut cité pour cette structure est relatif à son système de contrôle et de protection qui deux disjoncteurs, ainsi les deux dérivations partagent un disjoncteur de couplage (disjoncteur au milieu). est très  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 15 disjoncteurs égal au nombre de dérivations, alors que chaque dérivation est alimentée par deux disjoncteurs. Par ailleurs, il est possible de déconnecter n’importe quel disjoncteur pour maintenance sans perte de dérivation concernée. Ce schéma présente aussi l’avantage du fait que toutes les manoeuvres sont réalisées par des disjoncteurs. L’inconvénient qu’on peut cité pour cette structure est relatif à son système de contrôle et de protection qui est très complexe. 1.5.5.4 Schéma à un disjoncteur et demi Le schéma dit à un disjoncteur et demi est représenté sur la Figure.1.10. Il y a deux jeux de barres, et trois disjoncteur pour deux dérivations (d’où le mon un et demi). Chaque dérivation est encadrée par deux disjoncteurs, ainsi les deux dérivations parta- 1.5 Architectures des réseaux gent un disjoncteur dede distribution couplage urbainsauetmilieu). (disjoncteur ruraux C HAPITRE 1 F IGURE 1.10 – Architecture à couplage de disjoncteur-Schéma à un disjoncteur et demi. FIGURE 1.10. Architecture à couplage de disjoncteur-Schéma à un disjoncteur et demi. Pour ce schéma aussi, toutes les manoeuvres sont réalisées par des disjoncteurs, et grâce dérivation concernée seulement. Ce type de schéma est réputé pour sa grande fiabilité et son excellente aux flexibilité. disjoncteurs Néanmoins, dede couplages point il est possibleil de de vue économique estdéconnecté si nécessaire évidement plus cher, car les deux jeux le nombre de de disjoncteurs nécessairebarres pouràun n’importe tel postequel moment est 1.5 fois lesans perdre nombre de aucune dérivation que ça soit une arrivée ou dérivation. un départ. 1.5 Architectures des Par ailleurs, un défaut sur réseaux den’entrainera un jeu de barre distribution urbains pas la perte et ruraux de dérivations puisqu’elles sont immédiatement basculées vers l’autre jeu de barres. de meme un défaut sur un dis- La qualité de service en milieu urbain est primordiale à cause des infrastructures sensibles comme les joncteur du côté jeu de barres entrainera la perte de la dérivation concernée seulement. hôpitaux, usines...etc. Le réseau urbain est plus souvent enterré avec des postes maçonnés. Ce choix réduit la fréquence des défauts, maisAbdelkader BOUAZZA - est la durée d’intervention Planification deslongue. souvent plus réseaux électriques 2021/2022 La répartition géographique des charges est l’une des contraintes qu’il faut prendre en compte lors du choix d’une architecture. En effet, un milieu urbain, est caractérisé par une densité de charge élevée avec des longueurs de conducteurs faibles. Ainsi, les puissances appelées sont importantes et les problèmes qui  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 16 Ce type de schéma est réputé pour sa grande fiabilité et son excellente flexibilité. Néan- moins, de point de vue économique il estévidement plus cher, car le nombre de disjonc- teurs nécessaire pour un tel poste est 1.5 fois le nombre de dérivation. 1.6 Architectures des réseaux de distribution urbains et ru- raux La qualité de service en milieu urbain est primordiale à cause des infrastructures sensibles comme les hôpitaux, usines...etc. Le réseau urbain est plus souvent enterré avec des postes maçonnés. Ce choix réduit la fréquence des défauts, mais la durée d’intervention est souvent plus longue. La répartition géographique des charges est l’une des contraintes qu’il faut prendre en compte lors du choix d’une architecture. En effet, un milieu urbain, est caractérisé par une densité de charge élevée avec des longueurs de conducteurs faibles. Ainsi, les puissances appelées sont importantes et les problèmes qui peuvent intervenir sont principalement liés aux courants admissibles dans les conducteurs. Les architectures rencontrés habituellement en milieu urbain utilisent bouclées (parfois radiales) avec des dérivations double ou en coupure d’artère. 1.6.1 Réseau en double dérivation simple A RCHITECTURES C’est une structure radiale en antenne doublée à partir DES du jdb du poste RÉSEAUX source ÉLECTRIQU HT/MT C HAPITRE 1 P OWER SYSTEM DESIG (Figure.1.11). NO NO NF NO (a) (b) Arrivée HT ou THT Ligne MT Organe de coupure Départ MT Départ BT F IGURE 1.11 – FIGURE 1.11. Réseau en Réseau double en doublesimple dérivation dérivation : (a).simple : (a). Architecture Architecture du réseau,du(b). réseau, (b). Alimentation du tran formateur par les deux dérivations. Alimentation du transformateur par les deux dérivations. Abdelkader BOUAZZA - Planification NO des réseaux électriques 2021/2022  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 17 – Chaque poste HT/BT prend sa source à partir d’un câble principal et un câble de secours – En cas de défaut sur le câble principal, la charge (c’est-à-dire le poste MT/BT) peut être basculée vers le câble de secours – n organe de coupure est installé tous les 10 à 15 postes MT/BT pour faciliter les manoeuvres lors de l’élimination de défaut ou de maintenance 1.6.2 Réseau en dérivation multiples A RCHITECTURES DES RÉSEAUX ÉLECTRIQU C HAPITRE 1Dans cette structure on trouve plusieurs départs du poste HT/MT. P OWER SYSTEM DESIG Chaque poste MT/BT est raccordé à deux câbles mais alimenté normalement par un seul. Ainsi, en cas de défaut sur un câble, les postes concernés sont basculés vers l’autre câble. NO Exemple : 9 poste MT/BT, 4 départs Poste 1 entre câbles 1 et 2, poste 2 entre 1 et 3, poste 3 entre 1 et 4, poste 4 entre 2 et 3, poste 5 entre 3 et 4, poste 6 entre 4 et 1, ?etc. 4ème câble comme câble de secours, Il est possible que l’on spécifie le NO NF alors dansNO ce cas tous les postes sont raccordés à ce câble est répartis équitablement sur les trois premiers. (a) (b) Arrivée HT ou THT Ligne MT Organe de coupure 1.6.3 Réseaux à structure Départ MT en coupure Départd’artère BT Un câble part d’un poste source HT/MT, et passe successivement par les postes MT/BT à F IGURE 1.11 – Réseau en double dérivation simple : (a). Architecture du réseau, (b). Alimentation du tran desservir avant de rejoindre soit un autre poste source HT/MT (Fig.1.12), soit un départ formateur par les deux dérivations. différent du même poste source HT/MT, soit un câble secours. NO NO NF NF (a) (b) F IGURE FIGURE1.12 – Réseau 1.12. Réseau àà structure structureen encoupure coupure d’artère. d’artère. L’option en coupure d’artère est plus économique que la double dérivation. 1.5.3 Réseaux à variantes Plusieurs structurede en coupure la structure d’artère en coupure d’artère existent. Quelques une sont illus- trées sur la Figure.1.13. Un câble part d’un poste source HT/MT, et passe successivement par les postes MT/BT à desserv avant de rejoindre soit un autre poste source HT/MT (Fig. 1.12), soit un départ différent du même po source HT/MT, soit un câble secours. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 L’option en coupure d’artère est plus économique que la double dérivation. Plusieurs variantes de structure en coupure d’artère existent. Quelques une sont illustrées sur la Figure. 1.13. A) La maille  Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 18 a). La maille: Cette structure est composée de boucles alimentées directement par des postes sources HT/MT ou via des postes têtes de boucle reliés aux postes sources MT/BT par des conducteurs de section importante appelés câbles de structure. Les postes têtes de boucle ont la même structure que les postes source sauf qu’il n’y a pas de transformateur HT/MT. Des liaisons inter-boucles permettent le report de charge d’une boucle sur l’autre en cas de perte d’un câble de structure. b). Les boucles: Cette structure est utilisée lorsque le centre de gravité des charges est loin par rap- port au poste source. Les boucles sont alimentées par un poste de tête de boucle qui est alimenté par le poste source via un câble (ou de préférence deux). c). Structure maillée: Un réseau en coupure d’artère peut-être maillé en créant des liaisons entres les artères principales. La structure résultante est plus sur mais difficile à exploiter en mode maillé. Cependant, des organes de coupure ouverts permettent une ex- 1.5 Architectures desradial ploitation réseaux de distribution plus simple. urbains et ruraux C HAPITRE 1 NO NO NO NO (a) (b) Poste tête de boucle NO NO Câble de structure NO (c) F IGURE 1.13 – Quelques variantes des réseau en coupure d’artère. FIGURE 1.13. Quelques variantes des réseau en coupure d’artère. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 NO  NO NO Chapter 1. Architectures des (a) réseaux électriques (b) 19 1.6.4 Réseaux ruraux NO NO Poste tête de boucle Câble de structure Le milieu rural se caractérise par une densité de charge faible répartie sur une grande zone. On a donc de grandes longueurs de conducteurs, souvent aériens. Ainsi, les prob- NO lèmes qui peuvent intervenir dans les réseaux ruraux sont principalement liés aux chutes de tension admissibles en bout de ligne. (c) Les réseaux ruraux on des architectures arborescentes bouclabes mais souvent exploitées en radial (Figure.1.14) F IGURE 1.13 – Quelques variantes des réseau en coupure d’artère. NO NO NO artère principale ramification FIGURE F IGURE1.14. 1.14 Réseau rural. – Réseau rural. 1.5.5 1.6.5 PostesPostes de distribution BT BT de distribution Les Les postes de distribution postes basse basse de distribution tension (MT/BT) tension sont relativement (MT/BT) plus simples. sont relativement En terme de plus simples. Enpuissance, se sont des postes qui ne dépasse pas 10 MW. selon leurs puissances ils peuvent être soit mis sur poteaux terme de puissance, ce sont des postes qui ne dépasse pas 10 MW. Selon leurs puissances (en zones rural surtout ou semi urbaine) soit dans des cellules maçonnés (zone urbaine). La Figure.1.15 montreils peuvent deux schémasêtrede soit misde poste surdistribution poteaux (enBTzones ; rural surtout ou semi urbaine) soit dans des cellules maçonnés (zone urbaine). Poste MT/BT en zonemontre La Figure.1.15 rural ou semischémas deux urbainede poste de distribution BT ; – Le poste est alimenté côté MT par une arrivée aérienne simple, et alimente un ou plusieurs départ BT ; – L’organe de protection côté MT peut être un simple sectionneur ou un disjoncteur si le courant nomi- Dr. F. H AMOUDI 11 Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022  A RCHITECTURES DES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 20 C HAPITRE 1 P OWER SYSTEM DESIGN Arrivée simple Arrivée double MT MT Organe de Organe de protection protection Fusible Fusible BT BT F IGURE 1.15 – Postes de distribution basse tension. FIGURE 1.15. Postes de distribution Basse Tension. nal est supérieur à 45 A. 1.6.5.1est Poste – Le poste MT/BT soit mis sur le en zonepour poteau ruraldes ou puissances semi urbainefaible (inférieures ou égale à 160 kVA, 63, 100, 160 kVA), soit dans une cellule au bas du poteau pour des puissances plus grandes 250 ou 400 kVA. Le poste est alimenté côté MT par une arrivée aérienne simple, et alimente un ou plusieurs départ BT Poste MT/BT en zone urbaine – Le poste est L’organe de protection alimenté côté MT par côté uneMT peut souterraine arrivée être un simple sectionneur en double ou un ou dérivation disjoncteur en coupure d’ar- tère. CôtésiBT, le courant souvent nominal plusieursest supérieur départs ; à 45 A – L’organe de protection côté MT peut être un simple sectionneur ou un disjoncteur si le courant nomi- nal est Le posteà est supérieur soit mis sur le poteau pour des puissances faible (inférieures ou égale 45 A. à 160 – Le poste est kVA, 63, 100, 160 obligatoirement mis kVA), soit maçonnée. en cellule dans une cellule au bas du poteau pour des puis- sances plus grandes 250 ou 400 kVA 1.6 Points à retenir 1.6.5.2 Poste MT/BT en zone urbaine Les point essentiels à retenir sur l’architecture des réseaux peuvent être résumés comme suit Le poste est alimenté côté MT par une arrivée souterraine en double dérivation ou 1. L’architecture d’un poste électrique est dictée par les nombres et les dispositions des jeux de barres et en coupure des disjoncteurs ; d’artère. Côté BT, souvent plusieurs départs 2. Plusieurs jeux de barres L’organe ou tronçons de protection côtéde MTbarres peut améliore la fiabilité être un simple du posteou sectionneur mais un augmente disjoncteurses coûts de réalisation et de maintenance ; si le courant nominal est supérieur à 45 A 3. Il y a deux architectures principales pour les postes électriques ; Architecture à couplage de barres, et Le poste architecture est obligatoirement à couplage mis de disjoncteurs. en cellule Celle-ci maçonnéede point de vue fiabilité mais elle coûte est meilleurs souvent cher ; 4. Le réseau de transport est souvent maillé, alors que le réseau de distribution MT est souvent bouclé. Néanmoins, on peut trouver des structure radiales simples ; 5. La distribution MT se fait souvent en double dérivation ou en coupure d’artère pour les milieux urbains et en simple dérivation pour les zones rurales ; Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Chapter 1. Architectures des réseaux électriques 21 1.7 Conclusion Les point essentiels à retenir sur l’architecture des réseaux peuvent être résumés comme suit: 1). L’architecture d’un poste électrique est dictée par les nombres et les dispositions des jeux de barres et des disjoncteurs ; 2). Plusieurs jeux de barres ou tronçons de barres améliore la fiabilité du poste mais augmente ses coûts de réalisation et de maintenance ; 3). Il y a deux architectures principales pour les postes électriques ; Architecture à cou- plage de barres, et architecture à couplage de disjoncteurs. Celle-ci est meilleurs de point de vue fiabilité mais elle coûte souvent cher ; 4). Le réseau de transport est souvent maillé, alors que le réseau de distribution MT est souvent bouclé. Néanmoins, on peut trouver des structure radiales simples ; 5). La distribution MT se fait souvent en double dérivation ou en coupure d’artère pour les milieux urbains et en simple dérivation pour les zones rurales ; Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022  22 Chapter 2 Planification des réseaux électriques BT et MT 2.1 Processus de planification des systemes électriques La planification est un processus qui consiste à élaborer et à réviser un ensemble de plans interdépendants (ventes, fabrication, achats, trésorerie...) et qui doit permettre de garan- tir le meilleur équilibre possible entre l’offre et la demande en tout point de la chaine logistique à tout moment La planification des systèmes d’énergie électrique est le processus de recherche des meil- leures sources d’énergie et des équipements, leurs emplacements et l’échéancier de dé- ploiement pour servir une demande future. C’est un processus d’optimisation et de prise de décision. La solution optimale dépend des objectifs et des préférences du planificateur. Tradition- nellement, l’objectif principal de la planification des systèmes électriques est de minimiser le coût total d’investissement, cependant, la planification ne se limite pas à des objectifs économiques. D’autres objectifs de planification peuvent être recherchés, par exemple : trouver un ap- provisionnement en énergie propre, améliorer les performances du système, maximiser les exportations d’énergie ou de réduire au minimum les importations. Dans cette per- spective plus large, la planification devient un outil d’analyse puissant. La connaissance des alternatives optimales de planification peut guider non seulement les opérateurs du système électrique à des investissements adéquats, mais également encourager les chercheurs de développer de nouvelles techniques d’optimisation. Chapter 2. Planification des réseaux électriques BT et MT 23 Le processus de planification des réseaux de distribution est constitué de plusieurs étapes à savoir l’identification des alternatives possibles, leur évaluation selon les critères sélec- tionnés et les attributs souhaités et la sélection de la solution la plus appropriée. Les critères et les attributs sont définis en fonction du problème, les critères sont les exi- gences et les contraintes qui doivent être satisfaites, tandis que les attributs sont les qual- ités qui doivent être optimisés (maximiser ou minimiser). Le processus de planification des systèmes de distribution est divisé en six étapes suiv- antes : – Etape 1: Identifier le problème définir explicitement le champ d’application et ses limites. – Etape 2: Déterminer les objectifs Quels objectifs doivent être atteints? Qu’est qu’il faut minimiser? – Etape 3: Identifier les alternatives Quelles sont les options disponibles? – Etape 4: Evaluer les alternatives Evaluer toutes les options sur la base des critères et des attributs du problème. – Étape 5: Sélectionnez les meilleures alternatives Sélectionnez les options qui répondent mieux aux objectifs du problème. – Etape 6: Prendre la décision finale sélectionner les options qui peuvent être mise en oeuvre sur la base des résultats obtenus à l’étape précédente. 2.1.1 Définition du problème de planification La première étape du processus de planification consiste à définir le champ d’application du problème de planification à savoir les limites du système en cours d’étude et la période d’analyse. La planification de l’ensemble du système d’énergie électrique est un problème extrême- ment difficile s’il n’est pas impossible, par conséquent, les réseaux de distribution, qui sont faiblement reliés, sont planifiés séparément des parties de production et de trans- port. Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Chapter 2. Planification des réseaux électriques BT et MT 24 2.1.2 Niveaux de la planification Deux types de planification peuvent être envisagés: planification à court terme et planifi- cation à long terme. 2.1.2.1 Planification à court terme Appelée également planification opérationnelle, couvre un horizon de la journée à un quelques mois. Elle est située au plus près de l’activité quotidienne de l’entreprise, gère des commandes et détermine le déploiement optimum des ressources et moyens de pro- duction pour satisfaire la demande immédiate. La planification à court terme a pour but d’assurer que le système peut continuer à servir la charge du client tout en respectant les normes et les contraintes. Ainsi, les plans à court terme sont des projets orientés qui recherchent le calendrier des ajouts ou des projets que le système exige dans un avenir proche. 2.1.2.2 Planification à moyen terme Appelée planification tactique ou « Planification opérationnelle moyen terme » couvre un horizon de 3 à 5 ans et: – Formalise l’objectif annuel de facturation – Permet d’élaborer un ensemble de plans interdépendants pour les services opéra- tionnels – Planifie et analyse les ressources clés de l’entreprise afin de mettre en œuvre les actions nécessaires à la réalisation des objectifs (gestion de ressources critiques) 2.1.2.3 Planification à long terme: Appelé planification stratégiques, couvre un horizon de 10 à 50 ans. Elle formalise la di- rection du développement de l’entreprise, ses grandes orientations stratégiques telles que les marchés à pénétrer, les technologies à maîtriser ou à développer, les augmentations de capacités de production, le chiffre d’affaire et le profit à réaliser. La planification à long terme vise plus loin dans l’avenir. Donc, elle fait inclure une large gamme d’options d’analyse. Traditionnellement, dans les services publics réglementés, la planification à long terme vise à fournir des solutions à valeur durable: un vrai coût minimal pendant toute la durée d’utilisation de l’équipement. Bien au contraire, dans un marché concurrentiel, la planification à long terme vise à récupérer les investissements de Abdelkader BOUAZZA - Planification des réseaux électriques 2021/2022 Chapter 2. Planification des réseaux électriques BT et MT 25 capital dans la période la plus courte possible ou maximiser les revenus sur la durée de vie des investissements. Dans les deux cas, l’analyse doit tenir compte de la durée de vie utile des alternatives pour fournir une évaluation adéquate. Dans un plan à long terme, il est essentiel de prendre en compte de tous les changements possibles qui pourraient se produire dans les systèmes d’énergie électrique et de son en- vironnement économique dans la période d’analyse. Ces changements comprennent: - la croissance dans la demande de la charge existante, - les changements de comportement de la demande (à cause des mesures d’efficacité énergétique, par exemple), - les nouvelles charges et / ou connexions de génération, - les changements dans l’infrastructure du réseau (par exemple le vieillissement des équipements), - les changements dans les caractéristiques techniques des équipements (par exemple augmentation de l’efficacité, la réduction des émissions), - les changements dans les coûts de l’équipement et du carburant, - les changements de prix dans le marché d’énergie, - les changements dans l’environnement réglementaire (taxes, incitations). 2.1.3 Horizon de planification: Un horizon détermine l’espace totale de temps sur lequel l’entreprise organise ses prévi- sions et le degré de détail des informations Un horizon se caractérise par: – Une unité de planification: période élémentaire d’analyse du temps (l’heure, le jour, la semaine, la quinzaine, n jours, mois) – Un horizon couvert : période totale d’étude de la prévision Exemple r