Sous-station

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].

Un poste électrique est donc 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. Dans les autres langues, on parle généralement de substation (sous-station).

Pourquoi des postes électriques haute tension ?

Transformateurs à la Centrale hydroélectrique Robert-Bourassa, dans le nord du Québec. Ce poste alimente les lignes de transport électrique à 735 kV qui relient le complexe de la Baie-James aux marchés du sud du Québec, sur une distance de 1 500 km.

Les postes électriques ont 3 fonctions principales :

• le raccordement d'un tiers au réseau d'électricité (aussi bien consommateur que producteur type centrale nucléaire)
• l'interconnexion entre les différentes lignes électriques (assurer la répartition de l'électricité entre les différentes lignes issues du poste)
• la transformation de l'énergie en différents niveaux de tension

Pour la transmission de l'énergie électrique, il est économiquement intéressant d'augmenter la tension, car cela limite les déperditions d'énergie par effet Joule. En effet, à puissance délivrée constante, plus la tension est élevée et plus l'intensité passant dans les câbles est faible, donc moins d'échauffement, ce qui permet entre autres de réduire la section des câbles, d'où une économie considérable. Les niveaux utilisés pour les transmissions à grande distance sont généralement entre 400 kV et 800 kV, qualifiés de très haute tension (dénomination actuelle : haute tension B). La tension est ensuite réduite pour une consommation à un niveau de tension usuel, en Europe 230 V, en Amérique 110 V.

Prenons l'exemple typique d'une centrale nucléaire. L'électricité va être produite par la centrale, puis va transiter par :

• le poste d'évacuation de la centrale (la tension va passer d'environ 20 kV à 400 kV pour être injecté sur le réseau de transport d'électricité)
• plusieurs postes d'interconnexion 400 kV (trajet de plusieurs centaines de km)
• un poste de transformation 400 / 225 kV
• 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 kV ou 90 KV (trajet de plusieurs dizaines de km)
• le poste final d'une grosse usine raccordée en 63 kV ou 90 KV
• Certains postes de transformation permettent de transformer la tension directement de 400 KV à 63 KV ou 90 KV
• En règle générale la tension 63 KV est utilisée dans l'est de la France et le 90 KV dans l'ouest.

Dans le cas d'un particulier, l'électricité devra transiter par un poste source, qui est un poste de transformation 63 / 20 kV, pour être alors injectée sur le réseau de distribution. Certains postes sources sont équipés de transformateurs 225 / 20 KV et même 400 / 20 KV. Ensuite la tension est une nouvelle fois modifiée par un transformateur 20 KV / 400 V avant d'arriver chez un particulier.

Fonctions

• Élévation de la tension
• Diminution de la tension
• Protection (disjoncteurs)
• Isolement (sectionneurs)
• Sécurité (mise à la terre)
• Mesure de courant et tension (réducteurs de mesure)
• Conversion du signal électrique : 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 électriques haute tension :

• La technologie isolée dans l'air, dite aussi conventionnelle. Dans ce cas, les conducteurs électriques haute tension sont séparés par une distance d'air qui en assure l'isolation. Ces postes peuvent être réalisés en extérieur, ou bien en bâtiment. Cette variante permet de réduire les dimensions du postes, les équipements haute-tension, notamment les isolateurs, étant à l'abri des intempéries et de la pollution.
• La technologie à isolation gazeuse, dite aussi blindée. Dans ce cas, les conducteurs électriques sont encapsulés dans une enveloppe métallique remplie d'un gaz, l'hexafluorure de soufre (SF6), dont les propriétés diélectriques très supérieures à celles de l'air permettent de réduire 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 au global 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 électriques :

• Postes de sortie de centrale : le but de ces postes est de raccorder une centrale de production de l'énergie au réseau ;
• Postes d'interconnexion : le but est d'interconnecter plusieurs lignes électriques

• Postes élévateurs : le but est de monter le niveau de tension, à l'aide d'un transformateur ;
• Postes de distribution : le but est d'abaisser le niveau de tension pour distribuer l'énergie électrique aux clients résidentiels 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.

Les différents éléments

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

Parmi les équipements primaires, on peut citer :

• Transformateur électrique
• Autotransformateur électrique
• Disjoncteur à haute tension
• Sectionneur
• Sectionneur de mise à la terre
• Parafoudre
• Transformateur de courant
• Transformateur de tension
• Combiné de mesure (courant + tension)
• jeu de barres
• Batterie de condensateurs

Parmi les éléments secondaires on peut citer :

• relais de protection ,
• équipements de surveillance,
• équipements de contrôle,
• système de téléconduite
• comptage d'énergie
• alimentations auxiliaires
• équipements de télécommunication

Sous-stations ferroviaires

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

Sur les lignes de chemin de fer électrifiées par caténaire ou troisième rail, l'alimentation est fournie par des sous stations électriques et des postes d'alimentation. L'alimentation de ces postes est réalisée par le réseau électrique, souvent par des lignes courant le long des voies alimentées entre 35 et 90 kV. Après une herse d'entrée, on trouve une batterie de transformateurs (transformateur principal puis transformateurs de section), abaissant la tension à 25000 ou 1500 V. Les postes devant délivrer une tension continue comprennent en plus des redresseurs silicium (anciennement, à vapeur de mercure) voire à l'origine des commutatrices. Le métro de Paris présente dans son musée des sous-stations une de ces commutatrices. La plupart des sous-stations alimentent directement une section de voie mais, surtout en continu, disposent aussi de câbles (appelés feeders) permettant de réalimenter la ligne à intervalles réguliers. On répartit ainsi l'intensité absorbée 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 1500 V continu, jusqu'à 50 km en 25000 V monophasé. La commande des sous-stations est réalisée à 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'esthétisme : les postes électriques utilisant une technologie à isolation dans l'air sont fortement déconseillés en zone urbaine. On préférera des postes à isolation gazeuse installés en bâtiment dans ce cas.
• Les nuisances sonores : les phénomènes de striction dans les transformateurs engendrent un bruit continu pouvant être gênant pour le voisinage.

Notes et références

Liens externes

• Eureos (site professionnel dédié aux postes électriques haute tension)

• Portail de l’électricité et de l’électronique