Réseaux publics de distribution d'électricité
Fonctionnement et protection

Coll. EDF R&D

Auteur :

Directeur de Collection : EDF R&D

Langue : Français

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Date de parution :
Ouvrage 704 p. · 15.5x24 cm · Broché · 

Résumé de Réseaux publics de distribution d'électricité

Les « smart grids » ou « réseaux intelligents » sont présentés comme les réseaux électriques publics d’avenir, mais ils ne peuvent pas être créés ex-nihilo. Ils devront s’appuyer sur les réseaux existants, fruit de plus d’un siècle d’optimisation et de progrès successifs, avec leur réalité physique et leurs lois que l’ingénieur, concepteur ou exploitant, doit connaître pour les comprendre et les maîtriser.

Cet ouvrage revient ainsi aux sources des réseaux électriques publics de distribution. Il s’attache à expliquer comment ils se sont constitués au fil du temps, comment ils doivent être conçus pour garantir la qualité et la fiabilité de l’énergie distribuée ainsi que la sécurité des personnes et des biens, comment ils doivent être protégés et comment et sous quelles conditions ils pourraient évoluer en « smart grids ».

Fort d’une expérience de quarante ans dans le domaine des réseaux électriques publics de distribution et d’une connaissance étendue des pratiques à l’étranger, l’auteur a rassemblé l’ensemble de son savoir dans ce livre, dont l’organisation permet une progression graduelle tout au long de la lecture. Un rappel systématique des principes théoriques et des théorèmes de base facilitent la compréhension des explications et des calculs exposés. Les normes applicables aux réseaux publics de distribution sont citées et les principales données numériques relatives à ces réseaux sont fournies. Enfin, de nombreux exemples concrets permettent d’illustrer les différentes théories et méthodes qui y sont développées.

L’étudiant trouvera dans cet ouvrage, véritable référence en matière de réseaux publics de distribution électrique, une théorie complète de ces réseaux, le concepteur et l’exploitant y trouveront des réponses à leurs questions sur leur fonctionnement et leur protection ainsi que des explications sur les risques de dysfonctionnements ; quant à l’ingénieur chercheur développeur, il pourra s’enquérir de l’environnement dans lequel les produits dont il a la charge évolueront et des contraintes de toutes natures qu’ils seront susceptibles de subir.

Sommaire de Réseaux publics de distribution d'électricité

Préface
Remerciements
Avertissement

Chapitre 1
Un peu d’histoire

1. De l’Antiquité aux premiers balbutiements
2. L’arrivée de l’électromagnétisme et de nouvelles découvertes
3. Le règne du courant continu et les premières applications de l’électricité
4. La controverse Edison Westinghouse
5. Le choix du courant alternatif triphasé
6. L’interconnexion et la nécessité de standardiser.
7. Le poids de l’histoire sur les réseaux.
Annexe – Comparaison des systèmes mono- et triphasés
1. Puissance fluctuante monophasée et puissance constante triphasée
2. Transport monophasé et triphasé
3. Champ tournant
4. Mise à disposition de deux niveaux de tensions

Chapitre 2
Rappel des principales règles électrotechniques et conventions

1. Différentes représentations des grandeurs électriques sinusoïdales
2. Résistances, inductances et capacités
3. Transformation série parallèle
4. Puissance instantanée et moyenne
5. Principaux théorèmes.
6. Application du théorème de Fortescue.
7. Grandeurs caractéristiques des différentes situations de réseau déséquilibré
Annexe.
1. Transformation d’un circuit RLC parallèle en impédance série.
2. Équations des régimes déséquilibrés

Chapitre 3
Réseaux de transport et de distribution

1. Les différents types de réseaux : avantages et inconvénients
2. Réseaux de transport et de distribution
3. Structure des réseaux de distribution

Chapitre 4
Stabilité des réseaux de transport et contribution des réseaux de distribution

1. Équilibre production consommation
2. Tension, puissance active transmissible et puissance réactive
3. Compensation de la puissance réactive
4. Réglage de tension
5. Mécanisme des incidents de grande ampleur
6. Défense du système
7. Contribution des réseaux de distribution

Chapitre 5
Grandeurs caractéristiques, perturbations et dispositions constructives des réseaux

1. Vocabulaire
2. Courant de court-circuit
3. Mécanismes des surtensions
4. Coordination de l’isolement
5. Éclateurs et parafoudres
6. Compatibilité électromagnétique.
7. Principales caractéristiques électriques des ouvrages
Annexe
1. Résolution des équations différentielles du second ordre
2. Modélisation des lignes et câbles – équation des télégraphistes
3. Caractéristiques habituelles des câbles et lignes sous 20 kV

Chapitre 6
Montées en potentiel, prises et réseaux de terre, risques de choc électrique

1. Mise à la terre et comportement en basse fréquence
2. Méthodes de mesure
3. Comportement des prises et des circuits de terre en régime transitoire
4. Tension de pas et de toucher : risques de chocs électriques
5. Réalisation des prises et réseaux de terre
Annexe – Formule des résistances de terre

Chapitre 7
Du magnétisme à la théorie du transformateur

1. Rappels théoriques.
2. Matériaux magnétiques.
3. Matériaux ferromagnétiques.
4. Circuit magnétique et bobine monophasée
5. Transformateur idéal
6. Transformateur réel.
7. Transformateurs à colonnes et cuirassés
8. Autotransformateur
9. Couplage et impédance homopolaire des transformateurs triphasés
10. Alimentation d’une charge monophasée par un transformateur triphasé
11. Transformateurs spéciaux
12. Génération d’harmoniques
13. Choix du couplage
14. Rendement et grandeurs de court-circuit
15. Technologie
16. Transformateurs de distribution
17. Transformateur isolé au SF6
Annexe
1. Tableau des impédances homopolaires des transformateurs les plus courants
2. Impédance de court-circuit d’un transformateur
3. Conséquence de la perte d’une phase primaire d’un transformateur triangle étoile à flux forcé
4. Circulation d’un courant de neutre à la mise sous tension d’un transformateur voisin

Chapitre 8
Régimes de neutre

1. Surtensions sur les réseaux basse tension consécutifs aux défauts à la terre à moyenne tension
2. Modélisation du réseau de distribution
3. Défaut franc à la terre : circuit équivalent RLC et représentation de Fresnel
4. Neutre mis à la terre par une impédance de faible valeur (faiblement impédant)
5. Neutre isolé
6. Neutre compensé (bobine de Petersen)
7. Neutre direct à la terre.
8. Accord des réseaux à neutre compensé
9. Bobine de Petersen
10. Exploitation à défaut maintenu
Annexe
1. Déplacement du point neutre en cas de défaut à la terre
2. Quelques pratiques de compensation du neutre moyenne tension
3. Courants d’écran de câbles en cas de défaut à la terre

Chapitre 9
Schéma des liaisons à la terre en basse tension

1. Neutre basse tension et schéma des liaisons à la terre
2. Schéma TT
3. Schéma TN
4. Schéma IT
5. Comparaison et pratiques des différents schémas de liaisons à la terre
Annexe – Surtensions en cas de rupture du neutre basse tension

Chapitre 10
Résonance et ferrorésonance

1. Résonance
2. Mécanisme de la ferrorésonance
3. Exemples de ferrorésonance
4. Présomption de ferrorésonance et solutions
Annexe – Résonance d’un réseau mis à la terre par bobine de Petersen.

Chapitre 11
Capteurs de mesures : type, comportement et spécification

1. Transformateur de courant à effet inductif
2. Capteur de courant à bobine de Rogowski
3. Autres techniques de mesure du courant
4. Transformateurs de tension à effet inductif
5. Capteur de tension à effet capacitif
6. Mesure de la tension par diviseur
7. Capteur de tension à effet optique
8. Capteurs non conventionnels et hybrides
9. Mise en oeuvre des transformateurs de courant et de tension
10. Conclusion
Annexe.
1. Erreurs admissibles des transformateurs de courant selon la norme CEI EN 61869-2
2. Erreurs admissibles des transformateurs de tension selon la norme CEI EN 61869-3

Chapitre 12
Introduction au plan de protection des réseaux à moyenne tension

1. Réseaux publics de distribution moyenne tension
2. Typologie et terminologie des défauts
3. Courant de défauts polyphasés
4. Courants de défaut à la terre en régime stabilisé
5. Défaut très résistant : évolution du courant résiduel et interprétation
6. Présence et amplification d’harmoniques
7. Régimes transitoires d’établissement d’un défaut à la terre
8. Régime transitoire d’extinction.
9. Analyse des défauts à la terre affectant les réseaux à neutre compensé.
10. Conclusion
Annexe
1. Cas particulier de bobine zigzag sur un jeu de barres
2. Exemples de calcul de résistance de défaut
3. Types de défauts à la terre en régime de neutre compensé
4. Établissement des défauts à la terre en régime de neutre compensé

Chapitre 13
Protections et automatismes

1. Protections à temps constant et protections à temps dépendant.
2. Protections ampèremétriques
3. Protections voltmétriques
4. Protections directionnelles
5. Protection à variation d’admittance homopolaire
6. Protection différentielle.
7. Protection de distance
8. Relais Buchholz
9. Automatismes
10. Sensibilité des protections ampèremétriques contre les défauts à la terre
11. Protection par fusibles
Annexe – Codification ANSI des protections

Chapitre 14
Exemples de plan de protection des réseaux publics et réglage
s
1. Protection, automatismes et contrôle commande
2. Plan de protection d’un réseau électrique.
3. Sélectivité.
4. Grands principes des réglages d’un plan de protection
5. Protection contre les défauts polyphasés
6. Protection contre les défauts à la terre en régime de neutre faiblement impédant.
7. Protection contre les défauts à la terre en régime de neutre compensé.
8. Cas particulier des travaux sous tension
9. Protection des postes secondaires et du réseau basse tension
10. Détection des défauts en réseau.
11. Conclusion
Annexe
1. Sélectivité des protections de type EPATR
2. Exemple de plan de protection d’un réseau à neutre impédant

Chapitre 15
Les réseaux intelligents

1. Automatismes de reprise des réseaux publics de distribution
2. Intégration des énergies renouvelables
3. Impact du raccordement de la production décentralisée sur les réseaux de distribution
4. Réseaux intelligents.
5. Conclusion.
Annexe
1. Exemple d’intelligence décentralisée : automatisme de boucle fermée moyenne tension
2. Exemple d’appareillage intelligent : compensation intelligente de neutre

Index

Préface de Réseaux publics de distribution d'électricité

L’ouvrage de Michel Oddi apporte un éclairage indispensable sur un objet, les réseaux publics de distribution d’électricité, au coeur des transitions énergétiques engagées dans de nombreux pays du monde et en particulier en Europe, afin de contribuer à la décarbonation des économies et à la lutte contre le changement climatique.

Ainsi, le développement à des rythmes soutenus, notamment grâce à des subventions parfois conséquentes, de productions d’électricité décentralisées à partir d’énergies renouvelables, (photovoltaïque et éolien, caractérisés par leur intermittence, biomasse…), impacte sensiblement les principes de développement et les modalités d’exploitation des réseaux publics de distribution d’électricité.

En effet, jusqu’à récemment, ces réseaux irriguaient les territoires, distribuant aux clients, de l’amont vers l’aval, une énergie électrique produite dans des centrales de grande taille et transportée par les grands réseaux à très haute tension. Aujourd’hui, les productions décentralisées raccordées au sein même des réseaux publics de distribution viennent modifier les flux d’énergie sur ces réseaux, allant parfois jusqu’à créer des flux remontant vers les réseaux à très haute tension.

À ces ressources d’énergie décentralisées s’ajoutent également de nouveaux usages de l’électricité tels que les véhicules électriques, qui constituent une solution de décarbonation du secteur du transport, secteur particulièrement polluant, ou bien encore les pompes à chaleur, dont l’efficacité énergétique n’est plus à démontrer. Toutes ces nouvelles installations sont et seront raccordées aux réseaux publics de distribution.

Les réseaux publics de distribution, on l’aura compris, sont donc confrontés à des évolutions qui affectent tant leur exploitation que le développement de leur architecture.

Les « réseaux intelligents », souvent désignés par l’anglicisme « smart grids », sont, nous dit-on, l’avenir des réseaux publics de distribution. Si ce concept de « réseaux intelligents » a émergé depuis quelques années et a été largement repris par de nombreux médias, il ne faut pas en déduire que l’intelligence ne serait parvenue aux réseaux que dans cette dernière décennie.

Bien au contraire, et l’ouvrage de Michel Oddi en rend bien compte, les réseaux de transport et de distribution disposent depuis longtemps d’équipements et de systèmes « intelligents » pour assurer une exploitation fiable et sécurisé. Néanmoins, les développements technologiques récents dans les domaines du numérique, de la communication, de la robotique, des matériaux… ouvrent de nouvelles possibilités pour relever, en particulier, les défis de l’intégration des nouvelles ressources énergétiques, décentralisées et le plus souvent intermittentes, de l’intégration de solutions de stockage, notamment, pour pallier cette intermittence et des nouveaux usages de l’électricité (véhicule électrique, micro-cogénération, pompes à chaleur…). Ainsi, les ingénieurs du monde des réseaux inventent de nouveaux systèmes et de nouvelles solutions, les testent puis les mettent en oeuvre, améliorant et optimisant encore le développement et l’exploitation des réseaux électriques.

Le livre de Michel Oddi arrive à point nommé, d’abord pour nous rappeler l’histoire et les fondamentaux physiques et mathématiques des réseaux publics de distribution, puis pour identifier les enjeux d’un développement et d’une exploitation fiable et sécurisée de ces réseaux et ouvrir sur les diverses solutions mises en oeuvre ou en développement.

Ce retour aux sources s’impose, car si les nouvelles technologies, en particulier « le numérique », constituent indéniablement un facteur d’innovations et de transformations du monde des réseaux, ceux-ci ont une réalité physique qui a ses lois que l’ingénieur, concepteur ou exploitant, doit connaître.

Michel Oddi, ingénieur chercheur à EDF, est l’un de ces rares hommes qui ont oeuvré, toute leur carrière, à la fois dans le monde concret de la distribution d’électricité et dans le monde, conceptuel et expérimental, donc réel, de la recherche et du développement (1). Ce mariage d’expériences est au coeur de ce recueil exceptionnellement complet des principes théoriques et des applications concrètes formulées dans ce livre.

L’étudiant et le praticien des réseaux y trouveront matière à s’enrichir et à articuler théorie et solutions concrètes.

Mais il est un point qu’il me faut également souligner et qui constitue l’un des thèmes majeurs de cet ouvrage dans lequel Michel Oddi nous fait partager des connaissances clés et trop rarement formulées. Il s’agit du problème de la protection des réseaux. Ce sujet éminemment important concerne tout à la fois la conception et la mise en œuvre des dispositifs qui, d’une part, protègent le fonctionnement de ces infrastructures essentielles à la vie de nos concitoyens et au développement économique, d’autre part, contribuent à assurer la sécurité à la fois des personnels d’exploitation et de maintenance, des usagers eux-mêmes, mais également des tiers. Ce sujet trop souvent « oublié » dans les articles qui s’intéressent aux réseaux publics de distribution, Michel Oddi le développe avec toute sa pédagogie.

Enfin, le livre de Michel Oddi nous délivre de nombreux exemples d’applications et de solutions mises en oeuvre dans divers pays du monde. Le lecteur profitera ainsi de la vision transnationale de Michel Oddi, acquise au sein d’organisations et d’associations techniques internationales où ses compétences ont été maintes fois reconnues et récompensées.

Merci à Michel Oddi d’avoir rassemblé cette somme de connaissances et de compétences et de nous l’offrir dans cet ouvrage qui croise intelligemment fondamentaux et applications industrielles

Jean-François Faugeras
Responsable du département Veille à la Direction de la Stratégie d’EDF

(1) Michel Oddi est également l’architecte, le « père fondateur », d’une plate-forme de recherche et de développement industriel appelée Concept Grid, située à EDF Lab Les Renardières près de Fontainebleau, qui permet d’expérimenter de multiples solutions « smart grids » avant leur installation sur des réseaux réels de distribution.

Biographie de Réseaux publics de distribution d'électricité

Michel Oddi est ingénieur diplômé de l’École supérieure d’électricité. Au sein du groupe EDF, il a exercé durant quarante ans son activité dans le domaine des réseaux de distribution électrique, pour leur ingénierie, en tant qu’exploitant et en tant que chercheur senior. Il est l’auteur de plusieurs publications sur ces sujets et continue d’enseigner les réseaux électriques.

Commentaire de Réseaux publics de distribution d'électricité

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