POSTES PREFABRIQUES MT/BT : DE LA NORME CEI 61330 A LA CEI 62271-202 Marc BIDAUT, Schneider-Electric, (France), marc.bidaut@schneider-electric.com ABSTRACT Les postes préfabriqués d’extérieur MT/BT sont largement utilisés depuis plus de trente ans, d’abord en Europe puis progressivement dans d’autres continents. Il y a onze ans la première Norme Internationale prescrivant les conditions de service, caractéristiques assignées, exigences générales et méthodes d’essai applicables aux postes MT/BT préfabriqués était publiée par la Commission Electrotechnique Internationale (CEI) [1] sous la référence CEI 61330 (dont la numérotation initiale était CEI 1330). En juin 2006 une nouvelle version est apparue sous la référence CEI 62271-202. L’analyse des évolutions de cette norme va servir de fil conducteur à une présentation plus générale du concept de poste préfabriqué et de ses différentes déclinaisons. Figure 1 : Le poste préfabriqué, un produit sûr GENERALITES ET CONDITIONS DE SERVICE KEYWORDS Poste préfabriqué, MT/BT, HT/BT, CEI, sécurité des personnes, essais de type, défaut interne. PREAMBULE Le vocabulaire électrotechnique tel que défini par la Commission Electrotechnique Internationale (CEI) ignore le terme Moyenne Tension (MT), dont l’usage est cependant très répandu dans le monde. Une particularité française est la distinction des niveaux de tension HTA et HTB. Dans la suite du document on considèrera que les termes MT, HT et HTA sont équivalents. INTRODUCTION « Les postes préfabriqués sont définis comme un ensemble soumis à des essais de type et comprenant une enveloppe incluant un ou plusieurs transformateurs, des appareillages basse tension et haute tension, des connexions et des équipements auxiliaires, destiné à fournir de l'énergie basse tension à partir d'un réseau haute tension ou vice versa. Ces postes se trouvent dans des emplacements accessibles au public et il convient que la sécurité des personnes soit assurée dans les conditions de services spécifiées. » Les deux premières phrases de la norme CEI portant sur les postes préfabriqués haute tension/basse tension sont quasiment inchangées et caractérisent très simplement le contexte : ces postes sont considérés comme des produits et non des installations, et la sécurité des personnes est une priorité. Le domaine d’application de la norme est celui des postes préfabriqués qui sont connectés par câble, pour être manœuvrés de l'intérieur (à aire de manœuvre) ou de l'extérieur (sans aire de manœuvre), pour courant alternatif de tensions assignées supérieures à 1 kV et inférieures ou égales à 52 kV côté HT. La CEI 61330 limitait l’application à un transformateur de puissance maximale 1600 kVA, la CEI 62271-202 ne considère plus de limite de puissance et inclus les postes préfabriqués ayant plusieurs transformateurs. La distinction entre poste manœuvré de l’intérieur ou de l’extérieur est intéressante, en particulier pour la définition des conditions de l’essai de vérification du niveau de protection des opérateurs en cas d’arc dû à un défaut interne. Rappelons que les postes non préfabriqués doivent satisfaire en particulier aux exigences de la CEI 61936-1 (Installations électriques en courant alternatif de puissance supérieure à 1 kV - Partie 1 : Règles communes). Une précision est apportée à la clause « Conditions de service » : s’il est généralement admis que les conditions normales de service pour l’intérieur prévalent conformément à la CEI 62271-1, il est possible que température ambiante à l’intérieur de l’enveloppe du poste préfabriqué soit différente de la température ambiante extérieure du fait de l’échauffement des équipements. En conséquence, si la température ambiante à l’intérieur du poste est supérieure à celle fixée pour les composants par leurs normes de produits respectives, un déclassement peut être nécessaire, et les conditions d’essais peuvent être examinées selon les prescriptions de la CEI 60060-1. EXIGENCES POUR LES COMPOSANTS ET CARACTERISTIQUES ASSIGNEES o o L’exigence principale qui contribue à la fiabilité et la sécurité demeure : tous les matériels doivent satisfaire aux normes CEI applicables. En particulier : o les transformateurs selon la CEI 60076-1 ou la CEI 60076-11 ; o l'appareillage haute tension selon la CEI 62271-200 ou la CEI 62271-201 ; o l'appareillage basse tension selon la CEI 60947-1 et la CEI 60439-1. o Il y avait trois classes d’enveloppe assignées : 10, 20 et 30 correspondant à une valeur maximale de différence d’échauffement (de l’huile et des enroulements) du transformateur de 10 K, 20 K et 30 K. L’écart de 10K entre chaque classe a été jugé trop important. Il y a donc maintenant six classes : 5, 10, 15, 20, 25 et 30. Un constructeur peut assigner à une même enveloppe plusieurs classes correspondant à plusieurs valeurs de puissance et de pertes de transformateur. CONCEPTION ET CONSTRUCTION « Les postes préfabriqués doivent être conçus de telle façon que les opérations normales d'exploitation, de contrôle et de maintenance puissent être effectuées en toute sécurité. De plus le poste doit être conçu et fabriqué de sorte que le risque de tout accès non autorisé soit minimisé. » Les principales exigences du chapitre « conception et construction » ont pour objet la sécurité avec : o La mise à la terre o Le degré de protection (IP) o La protection contre les contraintes mécaniques o Le défaut interne La principale évolution de ce chapitre est relative au défaut interne avec une classification « IAC » des postes préfabriqués, en ligne avec la classification « IAC » de l'appareillage haute tension selon la CEI 62271-200 L’annexe A (Méthode pour essayer le poste préfabriqué dans des conditions d'arc dû à un défaut interne) a ainsi été profondément modifiée. L(es)'essai(s) de type pour évaluer les effets d’un arc interne ne sont plus de type « spécial » faisant l'objet d'un accord entre constructeur et utilisateur, mais obligatoire(s) pour une classification IAC (A, B ou AB). L'interconnexion HT (liaison entre le tableau HT et le transformateur) est prise en compte et un essai est à réaliser dans le cas de non protection par fusibles HPC limiteurs et de connexion sans écran relié à la terre. Un paragraphe attirant l’attention sur la corrosion est ajouté à la clause 5.5 traitant de l’enveloppe du poste ainsi qu’une annexe informative. Les postes préfabriqués HT/BT sont conçus pour être manœuvrés de l'intérieur (à aire de manœuvre) ou de l'extérieur (sans aire de manœuvre). Au-delà de cette distinction, on peut les classer en quatre catégories : o Les postes (au sol) à couloir de manœuvre Les postes à manœuvre d’extérieur (totalement hors sol) Les postes semi enterrés (une partie des équipements se trouve en dessous du niveau du sol) Les postes souterrains (enterrés, à couloir ou aire de manœuvre) Figure 2 : Les catégories de postes préfabriqués A la question « comment segmenter les catégories de postes préfabriqués, les applications, les utilisateurs ? » il n’y a pas de réponse générale et chaque pays est particulier. On peut cependant noter que : o o o o o Les postes à manœuvre d’extérieur totalement hors sol ou semi-enterrés n’ont qu’un seul transformateur de puissance inférieure à 1000 kVA en Europe continentale. En Inde, au Moyen Orient et dans certain pays d’Afrique si 80 à 90% des besoins sont couverts par des postes de puissance inférieure ou égale à 1000 kVA, il existe un besoin complémentaire pour des postes à manœuvre d’extérieur de puissance allant jusqu’à 1600 kVA. Les postes à couloir de manœuvre assez usuels en Europe se rencontrent aussi en Chine mais pratiquement pas dans les autres pays d’Asie ainsi qu’en Australie. Leur domaine d’application est plus vaste, leur surface au sol de 6 à 25 m², voire jusqu’à 100 m² et plus en combinant différents modules permet d’installer plusieurs transformateurs et de grands tableaux Moyenne et Basse Tension. Les postes souterrains sont assez peu utilisés en Europe, sauf en Espagne ou leur impact visuel quasi nul n’est apprécié. Si le concept plait aussi en Asie l’industrialisation locale avance peu pour des raisons de rentabilité d’investissement et de maîtrise de la qualité. Le matériau principalement utilisé est le béton en Europe, et à ce jour le métal en Asie et Australie. Pour terminer ce petit tour du monde, il convient de rappeler qu’en Amérique du Nord le concept de poste préfabriqué décrit par la norme CEI 62271-202 n’existe pas. En Amérique du Sud ou les influences Nordaméricaine et Européenne se croisent, le concept de poste préfabriqué « CEI » est apparu au début des années 2000 mais se développe très lentement. Les nouveautés sont : o Pour les essais de vérification de l'échauffement, comme indiqué précédemment, l’introduction de nouvelles classes (5, 15 et 25) ainsi que la proposition d’une méthode d’essai à deux sources. L’avantage de cette méthode est l’obtention en une fois de toutes les données d’échauffement. Avec une seule source d’alimentation côté haute tension il était nécessaire d’opérer en deux étapes pour alimenter le transformateur et le tableau BT avec la valeur de courant appropriée. Les critères d’acceptation ont été enrichis avec des exigences concernant l’échauffement des bornes des interconnections HT et la température des parties accessibles de l’enveloppe pouvant être touchées en exploitation normale (protection du public essentiellement dans le cas de postes préfabriqués à enveloppe métallique). Figure 3 : Poste de 100 m² de surface réalisé en cinq modules ESSAIS DE TYPE ET ESSAIS INDIVIDUELS DE SERIE La conception et les performances du poste de transformation préfabriqué sont vérifiées au moyen d’essais de type décrits dans la norme, incluant les essais d’arc dû à un défaut interne. Les essais de type et les vérifications comprennent : o Des essais de type obligatoires : a) essais de vérification du niveau d'isolement du poste préfabriqué b) essais de vérification de l'échauffement des principaux matériels du poste préfabriqué c) essais de vérification de l'aptitude du circuit principal et des circuits de mise à la terre à supporter la valeur de crête du courant et le courant de courte durée admissible assignés d) essais fonctionnels pour vérifier le fonctionnement satisfaisant de l'ensemble e) essais de vérification du degré de protection f) essais de vérification de la résistance de l'enveloppe du poste préfabriqué aux contraintes mécaniques g) pour les postes préfabriqués de classe IAC-A, IAC-B ou IAC-AB, essais pour évaluer les effets d’un arc dû à un défaut interne h) essais de compatibilité électromagnétique (CEM) o Des essais de type spéciaux (faisant l'objet d'un accord entre constructeur et utilisateur) : i) essais de vérification du niveau sonore du poste préfabriqué Figure 4 : Schéma de l’essai d’échauffement o Les essais pour évaluer les effets d’un arc dû à un défaut interne qui deviennent obligatoires dans le cas d’une classification IAC-A (poste assurant la protection des opérateurs pendant une exploitation normale de la partie HT du poste), IAC-B (poste assurant la protection du public aux alentours du poste) ou IAC-AB (poste assurant la protection des opérateurs et du public). Leur déroulement est décrit dans l’annexe A profondément remaniée en cohérence avec la norme CEI 62271-200 relative à l’appareillage sous enveloppe métallique de tension assignée de 1 à 52 kV. Des logigrammes précisent de façon visuelle et simple le nombre et le type d’essai à réaliser selon les configurations de postes et d’équipements. Il est clairement indiqué que le résultat de l’essai est dépendant du type spécifique d’appareillage HT dans le poste. L’essai qualifie donc un couple poste préfabriqué – appareillage HT. L’essai mixte de la CEI 61330 qui consistait à combiner les essais avec accessibilité de type A, portes ouvertes, et accessibilité de type B, portes fermées, a été supprimé. Démontrer que lorsque les portes sont fermées elles ne sont pas affectées par un accroissement de la pression due au défaut interne était souvent contestable. Figure 6 : Facteur de charge d’un transformateur immergé dans une enveloppe o Figure 5 : Sélection des essais sur l’appareillage HT pour la classe IAC-A o o Les essais de compatibilité électromagnétique qui renvoient aux clauses ad’ hoc des normes CEI 60694 (qui devient la 62271-1) pour l’appareillage HT et CEI 60439 pour l’appareillage BT. Pour les essais individuels de série l’apparition d’un essai diélectrique de l’interconnexion HT. GUIDE DE CHOIX ET SPECIFICATIONS Au-delà du choix des caractéristiques assignées individuelles de ses matériels, déterminées par les conditions en charge normale et les conditions en cas de défaut sont explicités : o Le choix de la classe d’enveloppe et l’introduction du réseau ce courbes de l’annexe D qui permet d’estimer un facteur de charge moyen fonction de la température ambiante moyenne et de la classe d’enveloppe. L’objectif étant de veiller à ne pas dépasser la température de point chaud maximale du transformateur afin de ne pas réduire brutalement sa durée de vie présumée. Un calcul plus détaillé pouvant bien sûr être réalisé en association avec notamment la CEI 60076-7 (Guide de charge pour les transformateurs immergés dans l’huile) Le choix de la classe d’arc interne dans le but d’assurer un niveau de protection acceptable pour les opérateurs et pour le public. Le Tableau 4, nouveau, fournit une liste assez complète des éléments à considérer pour la spécification des caractéristiques des postes préfabriqués : conditions de service, caractéristiques du poste préfabriqué, exigences de conception et construction du poste préfabriqué. CYCLE DE VIE ET SURETE Un nouveau paragraphe indique qu’il convient que le constructeur fournisse les informations appropriées pour permettre à l’utilisateur final de procéder au démontage, au recyclage et à l’enlèvement du poste préfabriqué en fin de vie. Ces informations prendront en compte la protection des travailleurs et de l’environnement. Enfin une clause Sûreté liste les renvois aux différents paragraphes de la clause conception et construction de l’enveloppe pour ce qui concerne les aspects électriques, mécaniques, thermiques et ceux liés à un arc dû à un défaut interne. 1995-2006 LES EVOLUTIONS Onze ans après la parution de la norme CEI 61330 le fait marquant est la très large utilisation du concept de poste préfabriqué en tant que produit « type-testé ». Si le marché global du poste MT/BT est en croissance du fait de l’augmentation des besoins en électricité, celui du poste préfabriqué a une croissance supérieure due aux avantages de la préfabrication : réduction du délai, amélioration de la qualité et de la sécurité, soit globalement une réduction du coût complet. Les évolutions techniques de la fonction principale du poste MT/BT « distribuer l’énergie électrique en basse tension à partir d’un réseau haute tension » ne sont pas spectaculaires. Les évolutions plus marquées concernent les fonctions de second rang telles que la sécurité des personnes, le respect de l’environnement, la téléconduite, la télégestion, l’hébergement de fonction de transfert d’information avec la technologie CPL (Courants porteurs en Ligne), … CONCLUSION Ce qu’il faut retenir de l’évolution de la norme CEI définissant les poste préfabriqués MT/BT : CEI 61330 CEI 62271-202 Domaine Un seul Pas de limite de d’application transfo. de puissance, possibilité 1600 kVA. de plusieurs transfos. Essai de type Accord entre Obligatoire pour arc interne constructeur classification IAC. et utilisateur. Essai arc Oui Non interne combiné Classe 10, 20 30 5, 10, 15, 20, 25, 30 assignée d’enveloppe Méthode essai Une source. Deux sources. échauffement Nouveaux Echauffement des critères pour bornes de l’essai l’interconnexion HT, d’échauffement température des parties accessibles de l’enveloppe. Nouvelles L’essai de CEM clauses renvoyant aux essais de type sur les appareillages HT et BT. La sensibilisation à la corrosion. La sûreté. Des exemples de circuit de mise à la terre. Une liste indicative des exigences et caractéristiques sous forme de tableau. La ligne directrice de cette évolution a été de permettre d’offrir plus de qualité de service rendu par le produit « Poste MT/BT » et de sécurité pour les opérateurs et le public. REFERENCES [1] Commission Electrotechnique Internationale (CEI) www.iec.ch ">
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