Architecture des réseaux de transport HT

Bitsch QuentinTS1ETA

Janvier 2011

Qu’est ce que c’est?

Les lignes à haute tension sont les principales Lignes de transport d’électricité.

Elles peuvent être aériennes, souterraines et même parfois sous­ marines.

Elles servent au transport sur les longues distancesde l’électricité produite par les diverses centralesélectriques, ainsi qu’à l’interconnexion des réseaux électriques.

Pourquoi utiliser de la haute tension?

Le choix d’utiliser la haute tension s’impose dès qu’il s’agitde transporter l’énergie électrique sur des distancessupérieures à quelques kilomètres.

Le but est de réduire les pertes en ligne.

Ces principales pertes sont dues à l’effet Joule qui nedépend que de 2 critères.

La résistance de la ligne et le courant dans la ligne.

ExplicationPour avoir quasiment la même puissance

transmise  par les centrales électriques , onélève la tension et donc par larelation ci­dessous le courant diminue.

                   P=U*I                                   

 Cst    Augmente     Diminue  Et donc si le courant diminue,              par la relation ci­dessous les pertes              joules diminues fortement.

          Pjoules = R*I²

                Diminue                Cst Diminue

Ordre de grandeurLes tensions faisant partie du domaine « Haute tension B » qui ont des valeurs supérieures à 50 kV varie suivant les pays. 

Schématiquement, dans un pays on trouvera des tensions de l’ordre de:

63kV à 90kV pour les distributions urbaines 

110kV à 220kV pour les connexions des régions

345kV à 500kV pour les principales interconnexions nationales

Quelques chiffresLigne Pays Tension réseau Année

Lauchhammer ­ Riesa Allemagne 110 kV 1912

Braunweiler ­ Ludwigsbourg Allemagne 220 kV 1929

Boulder Dam ­ Los Angeles Etats­Unis 287 kV 1932

Harsprånget ­ Halsberg Suède 380 kV 1952

Moscou ­ Volgograd Russie 525 kV 1960

Montréal ­ Manicouagan Canada 735 kV 1965

Broadford ­ Baker États­Unis   765 kV   1969

Ekibastouz ­ Kökchetaou Kazakhstan 1 150 kV 1985

Suvereto ­ Valdicciola Italie 1 050 kV 1981­1995

Minami ­ Niigata Japon 1 100 kV 1993

Jindongnan ­ Jingmen Chine 1 100 kV 2009

Lignes à courant continuIl existe des lignes Haute tension à courant continu, elles sont utilisées surtout pour des lignes sous­marines et des lignes enterrés.

Le transport se fait en courant continu pour des raisons de fiabilité, d’encombrement et d’économie.

  Un exemple détaillé:Il existe une liaison France Angleterre (IFA 2000), elle est composée de deux paires de conducteurs dont le potentiel par rapport à la terre est de +270kV et    ­270kV. Soit une différence de potentiel de 540kV. Elle a une puissance de 200MW et une distance de 78Km.

Exemples de lignes d'interconnexion possible en HVDC 

Explication et ilustrationUne liaison HVDC est, la plupart du temps, insérée dans un système de transmission en courant alternatif. Elle est donc constituée de trois éléments :

un redresseur, une ligne de transmission, un onduleur. 

Généralement, le redresseur et l'onduleur son symétriques et réversibles (c'est­à­dire qu'ils peuvent échanger leur rôle).

Redresseur entre les réseaux d'Hydro One et d'Hydro­Québec au poste Outaouais de 

TransÉnergie, à L'Ange Gardien, Québec 

IllustrationConnexions sous­marines HVDC en Europe (à l'exception des lignes de faible puissance pour des plates­formes et de lignes de service). Légende: Vert = projet approuvé, Rouge = existants, Bleu = Options à l'étude 

Composants d’une ligne haute­tension aérienne

Pylônes

Pylone MuguetHauteur et poids moyen

54m en 400KV (33t)42m en 220KV (15t)

Pylônes TrianonHauteur et poids moyen

35m en 400kV (21t)25m en 225kV  (12t)

Pylônes Chat 225kVHauteur et poids moyen

35m (6t)

Poteaux métallique ouPoteaux en béton

Hauteur et poids moyen 30m (17t)

Les pylônes permettent un transport aérien d’électricité, ils sont composés en général de treillis d’acier.

Leur fonction est de maintenir les conducteurs à une distance suffisamment éloignée de tout obstacle et surtout du sol.

Ils permettent aussi et surtout une sécurité et un isolement par rapport à la terre. En effet, les câbles étant nus pour limiter le coût et le poids des lignes.

ConducteursLes énergies transportées sont 

    principalement sous forme triphasées,    on trouvera au moins 3 conducteurs par lignes.    Les conducteurs en cuivre sont de    moins en moins utilisés. En général     les conducteurs sont conçus avec un alliage d’aluminium.

On utilise de l’aluminium qui possède certes moins de conductivité, mais qui est avantageux pour son poids permettant une réduction de pylônes très coûteux. Les conducteurs sont nus, et la section d’un conducteur est d’en moyenne 500mm².Il faut ajouter qu’il y a deux conducteurs par phase soit 1000mm² par phase.On utilise deux conducteurs par phase à cause des effets de peaux ce qui provoque donc des pertes supplémentaires.

IsolateursL’isolation entre les conducteurs et les pylônes est assurée par des isolateurs.Ceux­ci sont composés principalement de verre ou decéramique mais il existe aussides isolateurs en matériauxsynthétiques.Les isolateurs en verre ou en céramique sont en général sousforme d’assiette. Leur association provoque ainsi une chaine 

d’isolateur.Sur une ligne 400kV, les conducteurs sont isolés des pylônes par une 

chaine d’isolateur composée par 19 assiettes. Ce qui fait à peu près 20kV par assiette.

BalisesPermettent  la localisation des lignes pour  la circulation aérienne. 

Câble de garde

Les câbles de garde ne transportent pas de courant.Ils jouent le rôle de paratonnerre.  Ils attirent les coups de foudre et évitent le foudroiement des lignes .

Câble de garde

Lignes souterraines

Résistance de la ligne

Relation :

   R étant la résistivité des câbles L étant la longueur de la ligne 

    S étant la section du conducteur 

Afin de limiter les pertes en ligne on souhaite que la résistance soit 

la plus faible possible.

La résistivité du cuivre:1.72*10^­8  /mΩLa résistivité de l’aluminium:3*10^­8  /m Ω

Section

La section des conducteurs est en moyenne de 500mm².Le transport d’une phase se fait à l’aide de deux conducteurs de même section ce qui équivaut à un câble d’une section de 1000mm².

Mais il plus avantageux d’utiliser deux câbles au lieu de un seul à cause des effet de peaux.

Effet de peauxL’effet de peau se produit dans tous les conducteurs parcourus par un courant électrique alternatif.Ce phénomène est accentué plus la fréquence de la tension est élevée. L’effet de peau signifie que le courant électrique ne circule pas uniformément dans toute la section du conducteur.C’est comme si la section du conducteur était plus petite, ce qui provoque alors une résistance plus élevé et donc des pertes joules plus importantes.Pour éviter ce phénomène il y a plusieurs possibilités mais dans le cas de la Haute tension seul la division des conducteurs est appropriée.

Pertes de puissance

Malgré les efforts pour réduire la résistance et donc les pertes ,il y a toujours des pertes non négligeables.

En France 13TWh par an 

Les deux solutions retenues pour réduire les pertes sont donc:

­Augmenter le nombre de conducteur­Réduire le courant dans les lignes

Sources

• Wikipèdia• Google• RTE (www.rte­france.com)• www.electrosup.com