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Poste Ă©lectrique

Un poste électrique est un élément du réseau électrique servant à la fois à la transmission et à la distribution d'électricité. Il permet d'élever la tension électrique pour sa transmission, puis de la redescendre en vue de sa consommation par les utilisateurs (particuliers ou industriels). Les postes électriques se trouvent donc aux extrémités des lignes de transmission ou de distribution. On parle aussi de sous-station, entre autres dans les chemins de fer.

Tour de transformateur à Mönchengladbach (Rhénanie du Nord).

Selon la définition de la Commission électrotechnique internationale, un poste électrique est la « partie d'un réseau électrique, située en un même lieu, comprenant principalement les extrémités des lignes de transport ou de distribution, de l'appareillage électrique, des bâtiments et, éventuellement, des transformateurs »[1].

Usage des postes Ă©lectriques haute tension

Transformateurs Ă  la centrale hydroĂ©lectrique Robert-Bourassa, dans le nord du QuĂ©bec. Ce poste alimente les lignes de transport Ă©lectrique Ă  735 kV qui relient le complexe de la Baie-James aux marchĂ©s du sud du QuĂ©bec, sur une distance de 1 500 km.

Les postes Ă©lectriques ont trois fonctions principales :

Pour la transmission de l'énergie électrique, il est économiquement intéressant d'augmenter la tension, car cela réduit les déperditions d'énergie par effet Joule. En effet, à puissance délivrée constante, plus la tension est élevée, plus l'intensité passant dans les câbles est faible, donc moins l'échauffement est important, ce qui permet entre autres de réduire la section des câbles, d'où une économie considérable.

Les niveaux de tension utilisĂ©s pour les transmissions Ă  grande distance sont gĂ©nĂ©ralement entre 400 et 800 kV, qualifiĂ©s de très haute tension ou actuellement haute tension B. La tension est ensuite rĂ©duite pour une consommation Ă  un niveau de tension usuel, soit 230 V en Europe et en AmĂ©rique latine, ou 110 V en AmĂ©rique du Nord.

Prenons l'exemple typique d'une centrale nucléaire. L'électricité est produite par la centrale, puis transite par :

  • le poste d'Ă©vacuation de la centrale (la tension passe d'environ 20 Ă  400 kV pour ĂŞtre injectĂ©e sur le rĂ©seau de transport d'Ă©lectricitĂ©) ;
  • plusieurs postes d'interconnexion 400 kV (trajet de plusieurs centaines de km) ;
  • un poste de transformation 400 / 225 kV[alpha 1] ;
  • un poste de transformation 225 / 63 kV ou 225 / 90 kV (après un trajet de quelques centaines de km en 225 kV) ;
  • plusieurs postes d'interconnexion 63 ou 90 kV (trajet de plusieurs dizaines de km) ;
  • le poste final d'une grosse usine raccordĂ©e en 63 ou 90 kV[alpha 2] ;

Dans le cas d'un particulier, l'Ă©lectricitĂ© doit transiter par un poste source, qui est un poste de transformation HTB/HTA, pour ĂŞtre alors injectĂ©e sur le rĂ©seau de distribution. Les postes sources sont Ă©quipĂ©s de transformateurs HTB/HTA, c'est-Ă -dire 63 Ă  225 kV pour la tension HTB, et 10 Ă  20 kV pour la tension HTA. Ensuite, la tension est une nouvelle fois modifiĂ©e par un transformateur HTA/BT (400 V en BT) avant d'arriver chez un particulier.

Fonctions

Un poste minimaliste.
Aiguiller l’électricité
Le poste de transformation électrique permet d’orienter l’électricité selon les besoins des consommateurs et les capacités de transit des lignes électriques.
Élévation ou diminution de la tension
La tension de l’électricitĂ© apportĂ©e par le rĂ©seau est modifiĂ©e par un ou plusieurs transformateurs qui sont abritĂ©s dans un poste de transformation. La tension de transport la plus Ă©levĂ© en France est de 400 000 volts. Puis, Ă  partir de postes Ă©lectriques, elle est successivement abaissĂ©e d’un niveau de tension Ă  un autre, jusqu'Ă  la tension d’utilisation du rĂ©seau de distribution (230 volts entre phases et neutre pour les foyers et les petites entreprises).
Protection (disjoncteurs)
En cas d'anomalie sur la ligne protégée le courant est interrompu ;
Isolement (sectionneurs)
Lors du placement d’une ligne en court-circuit par un aléa environnemental (éclair, arbre…), le tronçon qui dysfonctionne est rapidement séparé du réseau sain par un système de surveillance placé dans les postes électriques ;
Sécurité
Mise Ă  la terre ;
Conversion Ă©ventuelle du signal Ă©lectrique
Du courant alternatif au courant continu ou vice versa.

Les technologies

Poste électrique haute tension isolé à l'air
Poste électrique haute tension isolé au SF6

Il existe deux technologies principales pour les postes Ă©lectriques haute tension :

  • La technologie isolĂ©e dans l'air, dite aussi conventionnelle. Dans ce cas, les conducteurs Ă©lectriques haute tension sont sĂ©parĂ©s par une distance d'air qui en assure l'isolation. Ces postes peuvent ĂŞtre rĂ©alisĂ©s en extĂ©rieur, ou bien en bâtiment. Cette variante permet de rĂ©duire les dimensions du poste, les Ă©quipements haute-tension, notamment les isolateurs, Ă©tant Ă  l'abri des intempĂ©ries et de la pollution.
  • La technologie Ă  isolation gazeuse, dite aussi blindĂ©e. Dans ce cas, les conducteurs Ă©lectriques sont encapsulĂ©s dans une enveloppe mĂ©tallique remplie d'un gaz, l'hexafluorure de soufre (SF6), dont les propriĂ©tĂ©s diĂ©lectriques très supĂ©rieures Ă  celles de l'air permettent de rĂ©duire les distances d'isolation.

La technologie dite blindée possède des avantages techniques par rapport à la technologie dite conventionnelle : compacité, fiabilité, maintenance réduite. Cependant son coût de fabrication représente un investissement supérieur à celui de la technologie conventionnelle. Une analyse du coût du cycle de vie, en intégrant les aspects de coût du terrain, investissement, fiabilité, maintenance (détection de fuite) et finalement recyclage du gaz SF6 et démantèlement peut montrer qu'elle est finalement globalement moins chère. Mais les conclusions de ce genre d'analyse sont fortement dépendantes du coût du terrain à l'endroit où le poste est implanté[2].

Différents types de postes électriques

Il existe plusieurs types de postes Ă©lectriques :

  • Postes de sortie de centrale : le but de ces postes est de raccorder une centrale de production de l'Ă©nergie au rĂ©seau ;
  • Postes d'interconnexion : le but est d'interconnecter plusieurs lignes Ă©lectriques ;
  • Postes Ă©lĂ©vateurs : le but est de monter le niveau de tension, Ă  l'aide d'un transformateur ;
  • Postes de distribution : le but est d'abaisser le niveau de tension pour distribuer l'Ă©nergie Ă©lectrique aux clients rĂ©sidentiels ou industriels.

L'aspect des postes électriques varie fortement suivant leurs fonctions. Les postes peuvent être en surface à l'intérieur d'une enceinte, souterrains, dans des bâtiments qu'ils desservent.

Postes de distribution

Les postes de distribution électriques sont les derniers maillons de transformation de l'énergie. Ce sont des transformateurs qui abaissent la haute tension en basse tension. Un poste de distribution, quelle que soit sa forme, se présente en deux catégories: le poste public et le poste privé.

Un poste public abaisse la tension sur un réseau basse tension, et ce réseau basse tension est partagé entre un certain nombre d'abonnés. Un poste privé abaisse la tension et alimente un réseau basse tension qui alimente uniquement un seul abonné, qui est bien souvent une entreprise ou une petite industrie (minoterie, briqueterie, carrière, cimenterie...).

  • ArrivĂ©e et poste tour
  • ArrivĂ©e intĂ©rieure sur sectionneur.
    Arrivée intérieure sur sectionneur.
  • Poste-tour, vue globale.
    Poste-tour, vue globale.
  • EntrĂ©e HTA sur poste-tour.
    Entrée HTA sur poste-tour.

Un poste de distribution peut prendre plusieurs formes:

Grille Faraday de cellule HTA, devant le transformateur.
Les postes-tours (Cabines hautes)
Ce sont les plus anciens, bâtis entre les annĂ©es 1920 et les annĂ©es 1960. Ils consistent en une tour en maçonnerie ou en bĂ©ton armĂ© mesurant entre 6 et 10 mètres de haut. Les lignes Ă©lectriques aĂ©riennes sont ancrĂ©es Ă  leur sommet, les appareillages intĂ©rieurs sont disposĂ©s en descente et sont de type coupure Ă  l'air. On les surnomme « postes trolley », mot qui faisait rĂ©fĂ©rence aux câbles très rigides utilisĂ©s par les trolleybus. L'arrivĂ©e haute tension Ă©tait en conducteurs nus, chaque conducteur Ă©tait fixĂ© au mur du poste par un isolateur d'ancrage muni d'Ă©clateurs Ă  cornes, ou bien des isolateurs Ă  trois assiettes, et des ponts entraient Ă  l'intĂ©rieur du poste au travers de disques d'entrĂ©e de poste en verre ondulĂ© concentriques. Ă€ l'intĂ©rieur se trouvaient un sectionneur Ă  coupure manuelle et un coupe-circuit (fusibles) qui Ă©taient isolĂ©s Ă  l'air et fixĂ©s sur des isolateurs en verre ou en porcelaine ayant une forme de quille, appelĂ©s « isolateurs d'intĂ©rieur de poste ». Le transformateur Ă©tait posĂ© le plus loin possible de la porte d'accès, sur des cales et au-dessus d'un petit bassin de rĂ©tention des fuites. Une sĂ©paration grillagĂ©e munie de deux battants de porte sĂ©parait la partie BT du transformateur HT, faisant cage de Faraday, qui est sans aucun doute Ă  l'origine de l'expression « cellule HTA ». La sortie basse tension Ă©tait bien souvent en câbles multibrins en cuivre Ă©tamĂ©, entourĂ©s d'une gaine de tissu. Ces conducteurs BT passaient par un tableau gĂ©nĂ©ral comprenant un sectionneur, des fusibles puis des organes de comptage. Les câbles BT alimentant le rĂ©seau aĂ©rien remontaient le long du mur, fixĂ©s sur des serre-câbles en bois vernis qui les maintenaient Ă©cartĂ©s. Chaque conducteur traversait le mur au travers soit d'un petit disque en verre, soit d'un tube coudĂ© en porcelaine Ă©maillĂ©e, puis faisait un pont en goutte d'eau pour ĂŞtre connectĂ© au conducteur aĂ©rien idoine.
Poste haut de poteau de marque "Transunel".
Les postes suspendus (haut de poteau, postes sur poteau ou H61))
Ce sont les postes qui ont été massivement installés entre les années 1960 et les années 1990, du fait de la rapidité de pose et du non-besoin de cabine de protection. Ils sont souvent surnommés « H61 » et sont accrochés au poteau en béton armé par l'intermédiaire d'un support métallique surnommé « croix de Jésus », car c'est une barre fixée au poteau par plusieurs boulons et deux tiges sont soudées horizontalement afin d'accrocher le transformateur. Les premiers modèles avaient des bornes en porcelaine brune, les plus récents sont en matière composite. Le transformateur est posé soit sur un poteau d’arrêt (bout de ligne HTA), soit sur un poteau à double ancrage (une ligne est accrochée de chaque côté du poteau et est en passage au-dessus du transformateur). Les isolateurs sont des chaînes d'ancrage en verre trempé. Pour la protection contre la foudre, il y avait des chaînes à éclateurs (des années 1950 aux années 1980), puis des cartouches en porcelaine brune (années 1980 jusqu'aux années 1990), tandis que la technologie actuelle utilise des isolateurs en matières synthétiques gris fixés à l'horizontale. La sortie basse tension se fait par bornes porcelaine ou plastique sur le transformateur, une liaison passe par un disjoncteur à commande manuelle puis un départ souterrain ou aérien est fixé plus haut. Ce sont ces postes qui ont largement généralisé l'emploi des PCB, qui sont interdits et remplacés par des huiles végétales depuis le milieu des années 1990. Les PCB se sont démocratisés au début des années 1960 en raison de la masse volumique moins forte que celle de l'huile minérale traditionnelle, pour la même efficacité.

Les différents éléments

Composants Ă©lectriques dans un poste
(A : côté primaire B : côté secondaire
1. Ligne électrique primaire 2. Câble de garde 3. Ligne électrique 4. Transformateur de tension 5. Sectionneur 6. Disjoncteur 7. Transformateur de courant 8. Parafoudre 9. Transformateur (de puissance) 10. Bâtiment secondaire 11. Clôture 12. Ligne électrique secondaire)

On distingue parfois les éléments d'un poste en « éléments primaires » (les équipements haute tension) et « éléments secondaires » (équipements basse tension).

Parmi les Ă©quipements primaires figurent :

Parmi les éléments secondaires figurent :

  • relais de protection
  • Ă©quipements de surveillance
  • Ă©quipements de contrĂ´le
  • système de tĂ©lĂ©conduite
  • comptage d'Ă©nergie
  • alimentations auxiliaires
  • Ă©quipements de tĂ©lĂ©communication
  • consignateur d'Ă©tat

Sous-stations ferroviaires

Sous-station d'alimentation d'un réseau ferroviaire à Waiblingen, Allemagne.

Sur les lignes de chemin de fer Ă©lectrifiĂ©es par catĂ©naire ou troisième rail, l'alimentation est fournie par des sous stations Ă©lectriques et des postes d'alimentation. L'alimentation de ces postes est rĂ©alisĂ©e par le rĂ©seau Ă©lectrique, souvent par des lignes courant le long des voies alimentĂ©es entre 35 et 90 kV. Après une herse d'entrĂ©e, on trouve une batterie de transformateurs (transformateur principal puis transformateurs de section), abaissant la tension Ă  25 000 ou 1 500 V. Les postes devant dĂ©livrer une tension continue comprennent en plus des redresseurs, voire, Ă  l'origine, des commutatrices[alpha 3]. La plupart des sous-stations alimentent directement une section de voie mais, surtout en courant continu, disposent aussi de câbles (appelĂ©s feeders) permettant de rĂ©alimenter la ligne Ă  intervalles rĂ©guliers. On rĂ©partit ainsi l'intensitĂ© absorbĂ©e et limite la chute de tension locale au passage d'un train consommant beaucoup. L'intervalle entre les sous-stations est d'une vingtaine de kilomètres en 1 500 V continu, jusqu'Ă  50 km en 25 000 V monophasĂ©. La commande des sous-stations est rĂ©alisĂ©e Ă  distance par un central sous-stations.

Les problèmes engendrés

L'implantation d'un poste électrique est loin de poser les problèmes environnementaux suscités par l'implantation d'une centrale électrique ou d'une ligne à haute tension.

Les problèmes engendrés sont essentiellement :

  • L'esthĂ©tique : les postes Ă©lectriques utilisant une technologie Ă  isolation dans l'air sont fortement dĂ©conseillĂ©s en zone urbaine de par la surface nĂ©cessaire pour implanter les diffĂ©rentes parties (qui doivent ĂŞtre isolĂ©es entre elles) et pour des raisons de sĂ©curitĂ©. On prĂ©fĂ©rera des postes Ă  isolation gazeuse installĂ©s en bâtiment (solution idĂ©ale en zone urbaine) voire en sous-sol, la surface Ă©tant rĂ©duite au maximum (4 Ă  6 fois moins que pour un isolement en espace libre).
  • Les nuisances sonores : les phĂ©nomènes de striction dans les transformateurs engendrent un bruit continu. Le bruit des ventilateurs pour les transformateurs de fortes puissances peut ĂŞtre gĂŞnant pour le voisinage.
  • Les nuisances magnĂ©tiques : chaque site doit faire l'objet d'une Ă©tude de rĂ©duction des champs Ă©lectromagnĂ©tiques rĂ©sultant des fuites des circuits magnĂ©tiques. Les effets de ces fuites sont visibles sur les tĂ©lĂ©visions ou tout Ă©cran Ă  tube par une lĂ©gère danse de l'image. Elles doivent toujours ĂŞtre infĂ©rieures aux normes 25 ÂµT pour ĂŞtre sans effet sur la santĂ©. Le Parlement EuropĂ©en a recommandĂ© un seuil de 0,25 microtesla[3].

En ville, les postes Ă©lectriques d'Enedis peuvent ĂŞtre des bâtiments de 12 m2. Ils peuvent aussi avoir Ă©tĂ© dĂ©corĂ©s[4].

Notes et références

Notes

  1. Certains postes de transformation permettent de transformer la tension directement de 400 kV Ă  63 ou 90 kV.
  2. En règle gĂ©nĂ©rale, la tension 63 kV est utilisĂ©e dans l'est de la France et le 90 kV dans l'ouest.
  3. Le métro de Paris présente dans son musée des sous-stations une de ces commutatrices.

Références

  1. Définition de « poste (d'un réseau électrique) », Électropédia, site de l'IEC (consulté le 26 mars 2019).
  2. (en) Evaluation of total life cycle cost of GIS substation and development of portable diagnosis device, T. Shimato et al., CIGRÉ session 2000, rapport 23-107
  3. Lignes & transformateurs, sur criirem.org, consulté le 17 avril 2019
  4. Quand les postes d'électricité d'Enedis sont décorés façon street art, sur usinenouvelle.com du 10 mai 2018, consulté le 17 avril 2019

Annexes

Articles connexes

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