L'optimisation des postes MT/BT en coupure d'artère ... - matpost 2003

L’optimisation des postes
MT/BT en coupure d’artère au
travers de l’évolution de leur
schéma MT
Mots clés
M12
Postes MT/BT
Coupure d’artère
Evolutivité
Ergonomie et sécurité
• Par J.C.Poirot *, JF.Faltermeier *
* TRANSFIX Toulon
La structure des postes MT/BT en coupure d’artère résulte d’options anciennes qui
ne sont plus forcément justifiées, compte tenu de l’évolution des composants et des
méthodes d’exploitation des réseaux.
L‘ESSENTIEL
• Le schéma des postes transformateurs MT/BT de distribution est issu d’habitudes que l’évolution des composants et des
méthodes d’exploitation permettent aujourd’hui de dépasser.
• La remise en cause de ce schéma revient à répartir les fonctions d’un poste de manière innovante et, au besoin, à les imbriquer,
voire à en supprimer certaines.
• Le parti qu’il peut être tiré de cette réorganisation est d’abord économique, mais il concerne également l’encombrement et les
facilités d’installation.
• Des dispositions constructives adéquates permettent de conserver l’ergonomie d’exploitation existant sur les matériels plus
conventionnels, tout en améliorant la fiabilité et la sécurité.
SYNOPSIS E L
• The diagram of the MV/LV distribution transformer stations is based on practices which can now be improved upon because of
changes in components and operating methods.
• The modification of this diagram involves distributing the functions of a station in an innovative way and, if need be, nesting
them or even deleting some of them.
• The benefits provided by this reorganisation are mainly financial, but also include reduced space requirements and greater
ease of installation.
• Appropriate construction measures preserve the ergonomic operation which exists on more conventional equipment, while
at the same time improving reliability and safety.
1. Introduction
A l’occasion de la conférence MATPOST 99, nous
avions présenté au cours d’une intervention consacrée à
l’amélioration de la sécurité et de la fiabilité des postes
MT/BT ruraux certaines réflexions concernant la
simplification des schémas des postes, et plus
particulièrement le parti qu’il pouvait être tiré de
l’avènement des transformateurs auto-protégés dans la
conception de nouveaux postes en coupure d’artère [1].
Depuis près de quatre ans, il est intéressant de
constater que cette idée a parcouru son chemin et que
des exploitants comme des constructeurs se sont
intéressés à la réalisation de postes intégrés ou
préfabriqués économiques utilisant ce nouveau palier de
transformateurs
Néanmoins, la plupart de ces développements a
conduit à une redistribution des fonctions sans réelle
remise en cause de celles-ci. Or, la structure des postes
MT/BT résulte d’habitudes anciennes que l’évolution
des technologies et des pratiques permettrait
raisonnablement de dépasser.
Pour évaluer la pertinence d’une réflexion dans ce
sens, il apparaît utile de rappeler l'origine des choix de
conception des postes de distribution en coupure
d’artère.

2. Origine et justification du schéma
traditionnel du poste en coupure
d’artère
Une constatation immédiate est que la structure du
poste en coupure d’artère de distribution publique est
commune à l’ensemble des pays dont les réseaux
triphasés répondent à la pratique européenne (par
comparaison aux pratiques nord-américaine et anglosaxonne
que nous n’évoquerons pas ici), et qu’elle
relève d’un choix déjà ancien.
De tels postes regroupent tous des composants
indépendants de par leur constitution (et de par les
normes qui les régissent), et qui sont pour les plus
importants :
- Un tableau MT, constitué de deux fonctions arrivées et
d’une fonction protection de transformateur (trois
fonctions arrivées si poste d’étoilement),
- Un transformateur MT/BT, lequel est un élément
mutable durant la vie du poste, pour une éventuelle
adaptation à la charge,
- Un tableau de répartition de la puissance BT, intégrant
ou non un organe de coupure général, et surtout les
protections des différents départs BT,
- L’enveloppe du poste, quand celui-ci n’est pas intégré
dans un immeuble.
Ces dispositions se justifiaient dans le passé par les
considérations suivantes :
- Un réseau MT souterrain peut faire l’objet
d’indisponibilités de longue durée : La localisation d’un
défaut, les opérations de réparation et de contrôle du
câble avant remise sous tension exigeaient des délais
pouvant dépasser 20 heures. D’où la nécessité d’une
alimentation bidirectionnelle avec possibilité au lieu du
poste de basculement de l’une des deux sources sur
l’autre, de manière à assurer la continuité de service
exigée par la desserte d’une clientèle généralement
dense (milieu urbain).
- Dans un contexte d’urbanisation croissante,
l’adaptation à la charge du poste imposait la possibilité
de muter facilement le transformateur, d’où le choix
d’un composant discret avec interfaces normalisées, et
les facilités d’accès ad hoc au niveau du génie civil du
poste.
- L’existence d’une liaison entre l’appareillage et ce
transformateur (qui doit être protégé des effets éventuels
de la puissance de court-circuit) imposait aux
concepteurs de situer la fonction protection du
transformateur dans l’appareillage MT.
- L’adaptation de la puissance du transformateur, mais
également les cas de défaillance, impliquaient la
possibilité de remplacement des fusibles, d’où la
présence au sein de la fonction protection d’un organe
de coupure amont et d’un encadrement par sectionneurs
de MALT.
3. Quelles sont les évolutions
autorisant à repenser le poste en
coupure d’artère
3.1. Le palier TPC
Le palier TPC (transformateur avec fonctions
protection et coupure intégrées) peut être considéré
aujourd’hui comme un palier mature dans les
applications sur réseaux ruraux. Son adaptation pour une
utilisation en réseaux urbains (donc avec des puissances
de court-circuit plus élevées, notamment sur défaut
monophasé) est également effective. Rappelons que
l’intérêt de ce transformateur est d’assurer sa propre
protection, et d’autoriser une simplification, voire la
suppression de l’appareillage MT amont. Par ailleurs, le
transformateur se déconnecte totalement en cas d’avarie,
ce qui évite toute perturbation sur le réseau MT.
3.2. Disponibilité du réseau et des matériels
MT
L’évolution des moyens de localisation des défauts
de câbles en rapidité et en précision a permis de réduire
notablement les délais de réparation (typiquement 10 à
15 heures aujourd’hui).
Par ailleurs, le développement de la téléconduite a
réduit les délais de reconfiguration du réseau, de telle
sorte que la durée de coupure est de l’ordre de la minute
pour la plupart des clients dépendant de l’artère, alors
qu’elle est de 1 à 2 heures en exploitation manuelle.
Il convient de mentionner également l’amélioration
de la disponibilité des matériels. Ainsi, le taux de défaut
en exploitation des transformateurs s’est réduit
pratiquement d’un ordre de grandeur au cours des
dernières décennies, et tend aujourd’hui vers 1
défaillance pour 1000 transformateurs par an. De même,
les performances en fiabilité des câbles permettent
aujourd’hui de raisonner, selon les contraintes
d’environnement, avec 1 à 10 défauts par 100 km par
an.
3.3. Stabilisation des besoins
On assiste dans la plupart des pays européens à une
stabilisation de l’urbanisation, et donc de la
consommation de l’énergie électrique, ce qui rend le
besoin d’adaptation à la charge du poste plus
exceptionnel. D’ailleurs, dans bien des cas, cette
adaptation est plus coûteuse que le choix a priori d’une
puissance supérieure de transformateur lors de la mise
en place du poste.

De même, dans le cas de l’élargissement d’une zone
à desservir, il semble plus judicieux d’opter pour la
création d’un nouveau poste, plutôt que d’étendre le
réseau BT.
3.4. Maintien de la fourniture par
réalimentation BT
Le développement de moyens de réalimentation BT,
tels que groupe électrogène ou transformateur mobile
(TAPIR), associé à l’application de dispositions
constructives facilitant le raccordement de ces sources
externes sur le jeu de barre du tableau BT, permet
aujourd’hui d’assurer le maintien de la fourniture dans
des conditions satisfaisantes, que ce soit dans le cadre de
travaux programmés ou suite à anomalie. De ce fait, le
niveau de criticité de la disponibilité du réseau MT a été
réduit.
4. Une nouvelle approche du poste
pour réseaux en coupure d’artère
A partir du constat précédent, diverses remises en
causes peuvent être imaginées pour repenser la structure
d’un poste MT/BT. Retenons ici les quelques
orientations suivantes :
4.1 . Postes avec ou sans appareillage MT
A l’inverse du poste de livraison, qui peut
comprendre plusieurs transformateurs et qui est dans ce
cas conçu autour d’un tableau MT (lequel regroupe des
fonctions qui peuvent être nombreuses, dont la fonction
disjoncteur et les protections), le poste en coupure
d’artère de distribution publique est construit autour de
la fonction transformateur.
Il faut considérer l’appareillage MT comme un
accessoire de raccordement au réseau, ceci d’autant plus
que le transformateur est auto-protégé. Dès lors, la
fonction de coupure destinée à permettre le
tronçonnement du réseau peut ne pas être
systématiquement présente dans le poste [2].
A titre d’exemple, la figure 1 montre un
transformateur avec fonctions protection et coupure
intégrées, équipant un poste raccordé directement au
réseau MT en fausse coupure. Deux bornes MT par
phase sont disponibles sur le couvercle de l’appareil.
Une autre option consisterait à utiliser une connectique
embrochable avec montage en gigogne.
Figure 1 : Transformateur TPC pour poste raccordé en
fausse coupure
Ce sont alors les exigences de qualité de fourniture
et l’estimation des risques de défaillance du réseau qui
doivent inciter le concepteur du réseau à opter en un lieu
donné pour un poste avec ou sans appareillage. Ainsi,
comme le montre la figure 2, on peut imaginer des
réseaux sur lesquels cohabitent des postes raccordés en
fausse coupure (repérés A), et des postes équipés
d’appareillage (repérés B) à coupure motorisée et
téléconduits, ces derniers étant disposés de manière à
permettre un tronçonnement immédiat et judicieux en
cas de défaut de câble.
A
B
A
A
A
A
B
A
A
C
C
Figure 2 : Artère équipée de postes en fausse coupure.
A : postes en fausse coupure (sans appareillage MT)
B : postes avec appareillage MT télécommandé
C : départs du poste source

4.2. Evolutivité du poste
L’évolutivité du poste doit moins concerner la
puissance du transformateur que l’adaptation du schéma
MT aux besoins d’évolution du réseau. En effet, pouvoir
modifier le mode de raccordement au réseau par simple
échange d’un organe aisément déconnectable paraît dans
bien des cas une fonction plus avantageuse que la
possibilité de muter le transformateur.
Le poste initialement raccordé en antenne peut
évoluer en un poste en coupure d’artère, voire en un
point triple. Les besoins de développement du réseau
MT sont pris en compte et, le cas échéant, la création de
nouveaux postes en dérivation est facilitée.
De même, dans l’esprit des propositions présentées
au paragraphe précédent, un poste raccordé en fausse
coupure peut recevoir ultérieurement un appareillage,
voire une télécommande, ce qui permet un report d’
investissement.
4.3. Réalimentation BT
Tirer pleinement parti de la possibilité de
réalimenter la clientèle depuis une source autonome
suppose certaines dispositions :
- La possibilité de raccordement de la source sur le jeu
de barre du poste,
- La présence d’un interrupteur-sectionneur entre
départs BT et le transformateur, avec possibilité
d’effectuer les comparaisons de tensions entre l’amont
et l’aval pour une mise en parallèle momentanée des
sources (raccordement et déraccordement de la source
sans coupure),
- Une relation physique du tableau avec l’enveloppe du
poste, et non avec les parties susceptibles de faire l’objet
d’une mutation qui sont les fonctions MT.
5. Un exemple de développement : Le
poste urbain simplifié
Dans un contexte de plus en plus concurrentiel, les
distributeurs d’énergie accordent une importance
croissante à l’optimisation des dépenses
d’investissement. Dans cette optique, l’avènement de
postes en coupure d’artère optimisés permet de réduire
significativement le coût du point de prélèvement de
l’énergie sur le réseau MT.
Le poste présenté ici répond à cet objectif. Couvrant
les puissances jusqu’à 630 kVA et un niveau de tension
MT jusqu’à 20 kV, il se décompose en trois sousensembles
qui sont les suivants :
- Un bloc MT regroupant les fonctions appareillage MT
et transformateur,
- Un tableau BT, solidaire de l’enveloppe du poste,
- L’enveloppe du poste.
5.1. Le bloc MT
La première évolution consiste en un regroupement
de toutes les fonctions MT au sein d’un bloc d’aspect
monolithique pour l’exploitant, néanmoins sécable pour
les besoins d’évolutivité du poste. Ce bloc comprend :
- Le transformateur MT/BT, avec sa protection interne
adaptée aux caractéristiques du réseau urbain (puissance
de court-circuit, régime de neutre),
- L’appareillage de raccordement au réseau, avec les
fonctions arrivées des câbles réseau, lequel est isolé
dans le SF6 et intégré dans une enveloppe directement
installée sur le transformateur,
- L’interconnexion entre les deux fonctions, au moyen
d’un système débrochable,
- Le système d’évacuation et de refroidissement des gaz
en cas de défaut de l’appareillage,
- Le dispositif de découplage thermique entre
transformateur et appareillage.
A
Figure 3
Schéma du bloc MT avec appareillage en coupure d’artère
A : Appareillage MT
B : Transformateur avec fonctions protection et coupure
Il est à noter que cet ensemble, par
l’interchangeabilité de l’appareillage de coupure, peut
répondre aux schémas suivants sans modification
d’encombrement :
- Fausse coupure (sans interrupteur-sectionneur),
- Coupure d’ossature avec un seul interrupteur (schéma
dissymétrique),
- Coupure d’artère avec deux interrupteurs (schéma
symétrique garantissant la reprise du poste dans toutes
les situations),
- Point d’étoilement, avec un nombre d’interrupteurs
jusqu’à trois,
- Motorisation des interrupteurs (téléconduite),
- Détection de passage de défaut (quel que soit le
schéma).
B

5.2. Appareillage BT
L’appareillage BT regroupe au sein d’un même
tableau les fonctions suivantes :
- Un interrupteur-sectionneur général,
- Un dispositif de mise à la terre et en court-circuit de la
liaison entre transformateur et tableau BT,
- Un jeu de barres, tri- ou tétrapolaire, pouvant accueillir
un nombre de départs qui est fonction de leur intensité
assignée, (jusqu’à 5 pour 630 A, jusqu’à 9 pour 400 A),
- Un dispositif optionnel de protection contre les
surcharges, agissant au besoin sur l’interrupteursectionneur
à partir d’un thermostat de surveillance du
transformateur,
L’accessibilité aux organes de manœuvre se fait
depuis deux faces opposées, l’une concernant les
appareils liés à la MT, l’autre le tableau BT.
L’infrastructure du poste repose dans une fosse de
profondeur 800 mm. Outre les volumes destinés à la
pénétration et à la courbure des câbles de réseau, cette
infrastructure comprend également le bac de rétention
situé sous le transformateur, celui-ci étant lui-même
positionné partiellement sous le niveau du sol.
L’extraction du bloc MT (ou de l’appareillage seul),
se fait directement après dépose du toit.
- Une interface de réalimentation du jeu de barres BT,
- Les auxiliaires du poste.
Ce tableau est solidaire de l’enveloppe et n’est donc
pas impacté par une mutation du bloc MT.
5.3. Enveloppe et architecture générale
L’intégration en milieu urbain étant de plus en plus
confrontée à des contraintes d’espace et de discrétion,
l’option retenue ici est celle d’un poste sans couloir de
manœuvre, avec hauteur hors sol inférieure à 1,5 m et
surface inférieure à 4 m².
L’enveloppe répond aux exigences de la norme CEI
61330. Constituée d’éléments métalliques et d’une
structure en matériau composite, elle respecte la classe
d’échauffement 20 K.
Figure 4
Vue en coupe du poste
A : Appareillage MT
B : Transformateur
C : Tableau BT
D : Fosse
E : Enveloppe
6. Le poste urbain simplifié vu par
l’exploitant
6.1. Exploitation
Il est à remarquer que, hormis le fait que
l’exploitant intervient depuis l’extérieur du poste,

aucune opération d’exploitation courante n’est modifiée
dans un tel poste par rapport aux pratiques habituelles.
De même, une opération exceptionnelle telle que la
modification du schéma MT au travers du remplacement
de l’appareillage MT fait intervenir une procédure
conventionnelle de consignation. Par contre, les
opérations de dépose et de remplacement seront
nettement simplifiées, parce que prévues dès la
conception du poste.
Le remplacement de la fonction transformateur
implique l’extraction du bloc MT complet, donc le
déplacement du point d’ouverture de l’artère et un
encadrement du poste par des mises à la terre et en
court-circuit depuis les postes adjacents. Néanmoins, la
faible occurrence de ce type d’opération ne doit pas
présenter un handicap significatif (voir § 3.2 et 3.3).
Par ailleurs, les facilités d’une réalimentation à
partir du tableau BT, avec absence de coupure quand il
s’agit d’une intervention planifiée, permet d’assurer le
maintien de la fourniture dans de bonnes conditions.
6.2. Fiabilité
L’intérêt du poste intégré apparaît pleinement dès
qu’on évoque les aspects de fiabilité et de sécurité.
Concernant d’abord la fiabilité, plusieurs points positifs
peuvent être évoqués :
- S’agissant d’une conception globable, les interactions
entre les fonctions sont prises en compte dès le
développement du matériel (incidences mécaniques ou
thermiques).
- Le montage intégral et les essais en usine garantissent
la conformité du produit et de ses fonctionnalités.
- La réduction du nombre de composants (appareillage,
interfaces de raccordement, …) réduit les risques de
défaillance.
- L’intégration par le constructeur de la fonction
protection-coupure dans le transformateur garantit son
efficacité, et supprime les risques en exploitation
propres aux puits-fusibles situés dans l’appareillage
(surchauffe, mauvais choix des fusibles, …).
- La déconnexion triphasée systématique apporte les
avantages d’une fonction interrupteur-fusibles combinés
et la réduction des perturbations sur le réseau MT.
6.3. Sécurité
Les avantages du poste totalement intégré livré dans son
enveloppe apparaissent de la même manière lorsque l’on
aborde les aspects de sécurité :
- Le comportement en cas d’arc interne est validé sur un
poste complet et dans sa configuration d’exploitation,
conformément aux exigences définies par la CEI 61330
et la CEI 60298.
- La protection de la fonction transformateur est conçue
par le constructeur du transformateur, et validée par des
essais de défaut interne, ce qui est un aspect nouveau.
- La suppression ou l’inaccessibilité des interfaces de
raccordement évite les risques d’une intervention
intempestive. La liaison BT entre bloc MT et tableau BT
n’est accessible que lors d’opérations à caractère
exceptionnel et peut être mise à la terre et en courtcircuit
à l’aide d’un organe disponible sur le tableau BT
lui-même (respect des règles de l’UTE C 18-510).
- Le schéma électrique du poste est un schéma évident,
clairement symbolisé au travers de synoptiques. Les
appareillages présentent des fonctionnalités sans
ambiguïté : pas d’interrupteur sans fonction sectionneur,
une déconnexion exclusivement triphasée (pas de risque
de tensions aberrantes), …
- Enfin, les opérations d’exploitation respectent les
pratiques habituelles relatives aux postes MT/BT et ne
remettent pas en question la formation des intervenants.
7. Conclusion
Les normes régissant les composants d’un poste
présentent certaines divergences. A titre d’exemple, les
conditions d’environnement (températures ambiantes,
altitudes, …) sont loin d’être harmonisées entre
enveloppe, transformateur, appareillage et câbles. Par
ailleurs, il reste à bien évaluer les conséquences des
classes d’échauffement d’enveloppe, introduites dans la
nouvelle CEI 61330, vis à vis des composants du poste
(vieillissement du transformateur, dépassement des
échauffements dans l’appareillage, câbles…). Le poste
intégré est une manière de fédérer ces composants au
travers d’une spécification unique et d’une validation
d’ensemble.
Enfin, il a été évoqué l’intérêt économique du
branchement MT en fausse coupure dans le cas d’un
poste évolutif. Selon les contraintes d’environnement et
les exigences de maintien de la distribution, l’exploitant
pourra retenir une telle option en vue d’un éventuel
report d’investissement.
Références
[1] JF.Faltermeier. L’amélioration de la sécurité et
de la fiabilité des postes HT/BT ruraux au
travers d’une approche systémique. Matpost
99.
[2] Th.Grima et JF.Faltermeier. Evolution des
postes de transformation MT/BT. CIRED 2001.