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    POSTES PREFABRIQUES MT/BT : DE LA NORME CEI 61330A LA CEI 62271-202

    Marc BIDAUT, Schneider-Electric, (France), [email protected]

    ABSTRACT

    Les postes préfabriqués d’extérieur MT/BT sont largement

    utilisés depuis plus de trente ans, d’abord en Europe puisprogressivement 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.

    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 cependanttrès 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 ensemblesoumis à des essais de type et comprenant une enveloppe

    incluant un ou plusieurs transformateurs, des appareillages

    basse tension et haute tension, des connexions et deséquipements 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 servicesspécifiées. »

    Les deux premières phrases de la norme CEI portant sur

    les postes préfabriqués haute tension/basse tension sont

    quasiment inchangées et caractérisent très simplement lecontexte : ces postes sont considérés comme des produits

    et non des installations, et la sécurité des personnes estune priorité.

    Figure 1 : Le poste préfabriqué, un produit sûr

    GENERALITES ET CONDITIONS DE SERVICE

    Le domaine d’application de la norme est celui des postespréfabriqués 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 conformémentà 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 duposte 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 êtreexaminées selon les prescriptions de la CEI 60060-1.

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    EXIGENCES POUR LES COMPOSANTS ETCARACTERISTIQUES ASSIGNEES

    L’exigence principale qui contribue à la fiabilité et la sécuritédemeure : 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 oula CEI 62271-201 ;

    o  l'appareillage basse tension selon la CEI 60947-1 et la

    CEI 60439-1.

    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) dutransformateur 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 depuissance et de pertes de transformateur.

    CONCEPTION ET CONSTRUCTION

    « Les postes préfabriqués doivent être conçus de telle

    façon que les opérations normales d'exploitation, decontrôle 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 etconstruction » 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 audéfaut 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 ainsiété 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 del'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

    o  Les postes à manœuvre d’extérieur (totalement hors

    sol)

    o  Les postes semi enterrés (une partie des équipementsse trouve en dessous du niveau du sol)

    o  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 ? » iln’y a pas de réponse générale et chaque pays est

    particulier. On peut cependant noter que :

    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 certainpays 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.

    o  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 plusvaste, 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.

    o  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 raisonsde rentabilité d’investissement et de maîtrise de la

    qualité.

    o  Le matériau principalement utilisé est le béton en

    Europe, et à ce jour le métal en Asie et Australie.

    o  Pour terminer ce petit tour du monde, il convient derappeler 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 Nord-

    américaine et Européenne se croisent, le concept deposte préfabriqué « CEI » est apparu au début des

    années 2000 mais se développe très lentement.

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    Figure 3 : Poste de 100 m² de surface réalisé en cinqmodules

    ESSAIS DE TYPE ET ESSAIS INDIVIDUELS DESERIE

    La conception et les performances du poste de

    transformation préfabriqué sont vérifiées au moyend’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 desprincipaux 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 admissibleassignés

    d) essais fonctionnels pour vérifier le

    fonctionnement satisfaisant de l'ensemblee) essais de vérification du degré de protectionf) 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 effetsd’un arc dû à un défaut interne

    h) essais de compatibilité électromagnétique

    (CEM)

    o  Des essais de type spéciaux (faisant l'objet d'unaccord entre constructeur et utilisateur) :

    i) essais de vérification du niveau sonore du poste

    préfabriqué

    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 decourant appropriée.

    Les critères d’acceptation ont été enrichis avec des

    exigences concernant l’échauffement des bornes des

    interconnections HT et la température des partiesaccessibles de l’enveloppe pouvant être touchées en

    exploitation normale (protection du public

    essentiellement dans le cas de postes préfabriqués à

    enveloppe métallique).

    Figure 4 : Schéma de l’essai d’échauffement

    o  Les essais pour évaluer les effets d’un arc dû à undéfaut 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 enveloppemétallique 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 estclairement indiqué que le résultat de l’essai est

    dépendant du type spécifique d’appareillage HT dansle poste. L’essai qualifie donc un couple poste

    préfabriqué – appareillage HT.

    L’essai mixte de la CEI 61330 qui consistait à combinerles 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 unaccroissement de la pression due au défaut interne

    était souvent contestable.

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    Figure 5 : Sélection des essais sur l’appareillage HTpour la classe IAC-A

    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.

    o  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 pouvantbien sûr être réalisé en association avec notamment la

    CEI 60076-7 (Guide de charge pour les

    transformateurs immergés dans l’huile)

    Figure 6 : Facteur de charge d’un transformateurimmergé dans une enveloppe

    o  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 deservice, 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 leconstructeur 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 destravailleurs 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 undéfaut 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 postepréfabriqué 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 postepréfabriqué a une croissance supérieure due aux avantages

    de la préfabrication : réduction du délai, amélioration de laqualité 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 àpartir 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, latélégestion, l’hébergement de fonction de transfert

    d’information avec la technologie CPL (Courants porteurs

    en Ligne), …

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    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

    d’application

    Un seul

    transfo. de1600 kVA.

    Pas de limite de

    puissance, possibilitéde plusieurs transfos.

    Essai de type

    arc interne

    Accord entre

    constructeuret utilisateur.

    Obligatoire pour

    classification IAC.

    Essai arc

    interne combiné

    Oui Non

    Classe

    assignée

    d’enveloppe

    10, 20 30 5, 10, 15, 20, 25, 30

    Méthode essai

    échauffement

    Une source. Deux sources.

    Nouveaux

    critères pourl’essaid’échauffement

    Echauffement des

    bornes del’interconnexion HT,température des

    parties accessibles

    de l’enveloppe.

    Nouvelles

    clauses

    L’essai de CEM

    renvoyant aux essais

    de type sur les

    appareillages HT et

    BT.La sensibilisation à la

    corrosion.

    La sûreté.

    Des exemples decircuit de mise à la

    terre.

    Une liste indicative

    des exigences etcaractéristiques sous

    forme de tableau.

    La ligne directrice de cette évolution a été de permettred’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