Unités de répartition à anneau SF₆ (RMUs) et rénovation des réseaux urbains

Vue d'ensemble​
Les réseaux de distribution plus anciens sont principalement structurés en forme radiale, avec la plupart des lignes entrantes et sortantes étant des lignes aériennes. Les équipements de commutation consistent généralement en des disjoncteurs à vide isolé par air ou des disjoncteurs à faible teneur en huile. Ces réseaux souffrent de pannes fréquentes, de coûts d'exploitation élevés et de coupures de courant prolongées et généralisées en cas de panne, ce qui entrave considérablement le développement économique.

Avec une croissance économique rapide et la mise en œuvre de la rénovation des réseaux urbains, la demande pour une fiabilité accrue de l'alimentation électrique a augmenté. Les unités principales de réseau (RMUs) entièrement isolées, entièrement scellées, sans entretien et compactes à SF₆ sont devenues à nouveau une garantie pour une alimentation électrique fiable.

​1 Types et caractéristiques structurelles des RMUs SF₆​

​1.1 Types de RMUs SF₆​
Les RMUs SF₆ peuvent être classés en deux types principaux en fonction de leur structure : Type Réservoir Commun et Type Unité Modulaire. Les premiers RMUs de type Réservoir Commun comportaient généralement un point d'entrée, une boucle et un point de sortie, adaptés aux charges plus petites. Cependant, avec l'augmentation des besoins en charge, le type Unité Modulaire extensible est apparu, offrant une capacité de distribution maximale de 10 MVA.

Les RMUs SF₆ peuvent être catégorisés par fonction en Type Câble, Type Fusible et Type Disjoncteur SF₆ :

• ​Type Câble:​​ Utilisé pour les entrées/sorties de câbles. Le courant nominal est de 630A.
• ​Type Fusible:​​ Peut être connecté directement aux transformateurs. Le courant nominal est de 200A. Cependant, en tenant compte de l'effet de montée en température des fusibles, chaque RMU est en pratique limité à l'alimentation de transformateurs jusqu'à 1600 kVA dans les applications réelles.
• ​Type Disjoncteur SF₆:​​ Utilisé pour protéger les transformateurs dépassant 1600 kVA. Il peut également servir d'unité d'entrée ou de section de bus avec protection contre les surintensités et les déclenchements instantanés. Son courant nominal est de 630A, avec un temps total d'interruption de défaut de 95ms.
  Les configurations de base des RMUs SF₆ sont illustrées dans la figure ci-dessous.

​1.2 Caractéristiques structurelles des RMUs SF₆​
Le RMU SF₆ de type Réservoir Commun comprend généralement un réservoir de gaz, un compartiment de mécanisme d'opération et un compartiment de connexion de câble. Le type Unité Modulaire nécessite en outre un compartiment de connexion de barres de collecteur.

Les RMUs SF₆ présentent les quatre caractéristiques majeures suivantes :

1. ​Réservoir de Gaz:​​ C'est la partie la plus critique du RMU. Le réservoir de gaz contient l'interrupteur de charge, les barres de collecteur, l'arbre de commutation et le gaz SF₆.
• L'interrupteur de charge est un interrupteur à trois positions, comprenant un interrupteur-couteau de sectionnement et un chenal d'arc.
• Le contact mobile de l'interrupteur-couteau comporte deux rivets spéciaux en alliage Nichrome, servant à deux fins :
• Fournit une lubrification sèche lors de l'ouverture/fermeture de l'interrupteur, assurant que la résistance de contact entre les contacts mobiles et fixes ne s'accroît pas après une utilisation prolongée.
• En raison du point de fusion élevé de l'alliage Nichrome, le contact mobile ne fondra pas en raison de la chaleur générée par les courants de court-circuit pendant la fermeture ou la période de tenue.
• Le chenal d'arc contient des plaques de désionisation qui étirent l'arc, réduisent l'énergie de l'arc et minimisent la quantité de vapeur métallique et de produits de décomposition du SF₆ générés lorsque l'interrupteur de charge interrompt le courant de charge.
• La partie des barres de collecteur en contact avec l'interrupteur-couteau est le contact fixe. Outre la satisfaction des exigences de capacité de courant nominal et de stabilité dynamique/thermique, la conception et la fabrication des barres de collecteur prennent également en compte les effets du champ électromagnétique pour minimiser l'impact du champ magnétique.
• L'arbre de commutation traverse le réservoir de gaz et se connecte au compartiment de mécanisme d'opération, permettant aux opérateurs à l'extérieur du compartiment de contrôler les états de fermeture, d'ouverture et de mise à la terre de l'interrupteur. Une structure de double joint est utilisée au point de pénétration (la seule connexion mobile entre le réservoir et l'extérieur), garantissant strictement l'étanchéité du réservoir pendant l'évacuation sous vide et le remplissage de gaz.
• Le taux de fuite annuel du gaz SF₆ n'est que de 0,0035%. Ce taux de fuite faible est crucial pour le fonctionnement sûr à long terme du RMU.
• En plus du gaz SF₆ pour l'isolation et l'extinction de l'arc, le réservoir de gaz contient de l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃), qui accélère la régénération du gaz SF₆ et agit comme un excellent dessicatif, maintenant la qualité du gaz SF₆ et minimisant les défauts d'arc. En cas de tel défaut, un diaphragme anti-explosion situé en dessous du réservoir protège le personnel en évacuant les gaz chauds directement dans le fossé de câble situé en dessous ou derrière l'unité, loin des opérateurs à l'avant.
• Le réservoir de gaz est construit à partir d'une plaque d'acier inoxydable de 3 mm d'épaisseur, soudée des deux côtés.
2. ​Compartiment de Mécanisme d'Opération:​​ Le mécanisme d'opération à l'intérieur se connecte à l'interrupteur de charge et à l'interrupteur de mise à la terre via l'arbre de commutation. En utilisant une tige d'opération insérée dans le trou d'opération, les opérateurs peuvent facilement effectuer les opérations de fermeture, d'ouverture et de mise à la terre avec un effort minimal (seulement 60 N·m requis).
• Comme les contacts de l'interrupteur ne sont pas visibles, le mécanisme d'opération dispose d'un indicateur de position directement lié à l'arbre de commutation, indiquant clairement l'état actuel de l'interrupteur de charge et de l'interrupteur de mise à la terre.
• Des verrous mécaniques entre l'interrupteur de charge, l'interrupteur de mise à la terre et la plaque frontale sont installés, satisfaisant aux cinq exigences de verrouillage de sécurité (fonctions de prévention des erreurs d'opérations).
• L'interrupteur de charge et l'interrupteur de mise à la terre sont équipés de mécanismes de fermeture/ouverture rapides, assurant que les vitesses d'ouverture/fermeture sont indépendantes de la vitesse de l'opérateur.
• Les interrupteurs avec protection par fusible (armoire de commutation de type TS) disposent également d'un dispositif de déclenchement automatique, disponible en versions mécanique ou électrique. Le principe de déclenchement mécanique : en cas de panne de court-circuit dans le circuit de l'unité, le fusible fond dans le premier demi-cycle (~10ms) du courant de défaut. La broche de frappe du fusible impacte le mécanisme de déclenchement, provoquant l'ouverture de l'interrupteur de charge. Le temps total d'interruption de défaut n'est que de 35ms, protégeant efficacement l'unité et empêchant la propagation du défaut vers les unités adjacentes. De plus, grâce à d'excellentes performances mécaniques, le courant de transfert de l'armoire de commutation de type fusible peut atteindre 2300A.
• Des cadenas peuvent être ajoutés aux leviers d'opération sur le panneau frontal du compartiment de mécanisme d'opération pour empêcher les opérations non autorisées.
• Pour une opération sûre, un manomètre de pression de gaz, directement connecté au réservoir de gaz et scellé contre l'humidité (empêchant la formation de brouillard sur le cadran), est installé dans le compartiment, permettant au personnel de maintenance de surveiller précisément l'état du RMU à tout moment.
• Un indicateur de tension est également installé dans le compartiment de mécanisme d'opération, permettant aux opérateurs de surveiller l'alimentation du circuit (indicateur à lampe néon) et de vérifier la phase (à l'aide de prises de test).
3. ​Compartiment de Connexion de Câble:​​ Situé à l'avant du RMU avec une hauteur de 1220mm, offrant un espace suffisant pour la terminaison des câbles.
• Les connexions de câble aux embases du RMU utilisent soit des accessoires de câble en silicone sans amiante (AFTS) soit des accessoires de câble en silicone sans kit (AWK).
• Les sections de câble en cuivre ou en aluminium varient de 25 à 240 mm² (pour les armoires de commutation de type fusible) ou de 35 à 400 mm² (pour les armoires de commutation de type câble).
4. ​Compartiment de Connexion de Barres de Collecteur (Unités Modulaires):​​ Positionné en dessous du réservoir de gaz. Trois embases sont disposées en configuration "escalier" décalée, minimisant efficacement les exigences d'espace et facilitant les connexions de barres de collecteur.
• Les embases sont de type conducteur creux, permettant de boulonner directement les barres de collecteur en tube de cuivre aux barres de collecteur à l'intérieur du réservoir de gaz.
• Des barres de collecteur en tube de cuivre isolées en silicone sont utilisées, augmentant efficacement la capacité de transport de courant et réduisant l'espacement de phase (seulement 110mm).
• Les connexions entre les barres de collecteur et les embases utilisent des connecteurs en silicone (connecteurs de type E et connecteurs d'extension de type T) et des couvercles vissés pour des connexions électriquement continues directement sur les embases. Ces barres de collecteur résistent à des conditions sévères comme la condensation, la poussière conductrice et les dépôts de sel sans échec.
• De plus, l'avant du compartiment de barres de collecteur est protégé par une plaque d'acier séparée et mise à la terre, le séparant du compartiment de connexion de câble.

​2 Paramètres Techniques et Applications des RMUs SF₆​

​2.1 Paramètres Techniques​

​2.2 Applications des RMUs SF₆​
En raison de leur taille compacte, de leur absence d'entretien et de leur grande fiabilité, les RMUs SF₆ sont particulièrement adaptés à la distribution d'électricité dans des installations critiques, des immeubles de grande hauteur, des complexes résidentiels et des réseaux urbains. Ils réduisent considérablement les coûts d'exploitation et l'encombrement.

• ​Type Réservoir Commun à 3 Unités:​​ Dimensions seulement 980mm × 635mm × 1050mm, idéal pour les transformateurs de kiosque et les applications extérieures.
• ​Type Câble Modulaire:​​ Peut incorporer des boîtes de dérivation, supportant des configurations jusqu'à une entrée et trois sorties (c'est-à-dire, une entrée via le compartiment de barres de collecteur, avec trois sorties connectées en parallèle via le compartiment de connexion de câble).
• ​Type Fusible Modulaire:​​ Adapté aux emplacements éloignés des postes de transformation où un seul transformateur est en opération. Pour réaliser un contrôle local du transformateur sans avoir besoin d'une unité d'entrée supplémentaire, le câble d'entrée peut être connecté directement au compartiment de barres de collecteur d'une armoire de commutation de type TS, fournissant la même fonctionnalité.
• ​Armoire de Commutation de Type Disjoncteur:​​ Équipée de protections contre les surintensités et les déclenchements instantanés. Elle peut servir d'unité de protection de transformateur, d'unité d'entrée ou d'unité de section de bus. Pour permettre le déclenchement à distance ou le déclenchement en cas de fonctionnement du relais de protection de gaz du transformateur (pour les armoires de commutation de type fusible), il suffit d'ajouter une bobine de déclenchement électromagnétique au mécanisme d'opération et de fournir une alimentation de 220V CA ou 24V CC au circuit.
  ​Opération Motorisée:​​
• Pour l'automatisation de la distribution, un moteur électrique peut être ajouté au compartiment de mécanisme d'opération, ainsi qu'une boîte de commande de 350mm de haut montée en haut. L'opération locale par bouton-poussoir (ouverture/fermeture) reste possible.
• L'ajout d'un dispositif de commutateur de transfert automatique (ATS) permet de basculer automatiquement entre deux alimentations d'entrée, avec ou sans configuration primaire/secours définie.
• Les moteurs électriques sont généralement disponibles en différents niveaux de tension (220V CA, 220V CC, 110V CC, 48V CC, 24V CC) pour le choix de l'utilisateur.
• Un indicateur de défaut de court-circuit peut être installé sur le panneau frontal du compartiment de mécanisme d'opération, avec des signaux transmis à une salle de contrôle à distance. Cet indicateur peut être réinitialisé automatiquement, manuellement ou à distance.
• Des transformateurs de courant (TC) à noyau passant de basse tension peuvent être ajoutés au compartiment de connexion de câble pour la mesure du courant.
• Des parafoudres peuvent également être installés dans les armoires de commutation de type câble pour la protection des RMUs.
  Les fonctions d'automatisation de la distribution se concentrent principalement sur cinq domaines : Acquisition de Données, Surveillance et Contrôle, Isolation de Défaut et Restauration du Service, Système d'Information Géographique (SIG), et Statistiques et Rapports de Données.
• La mise en œuvre de l'automatisation de la distribution nécessite que les équipements primaires soient dotés de mécanismes d'opération motorisés et d'unités terminales de ligne (FTUs) ou d'unités terminales à distance (RTUs).
• Le câble optique est le moyen de communication préféré. Les protocoles de communication doivent être des normes internationalement reconnues familières aux utilisateurs, telles que IEC 870, DNP 3.0, ou TCP/IP.
• La plateforme logicielle SCADA de la salle de contrôle doit être multitâche et multi-utilisateur, telle que UNIX.
• La base de données est recommandée stable avec une capacité de traitement suffisante, telle qu'Oracle.
  Cette solution est particulièrement adaptée aux RMUs situés en extérieur ou éloignés des sources d'alimentation en basse tension, car elle garantit l'opération simultanée de deux moteurs de 150W plus de 50 fois.

​3 Cycle de vie​
La durée de vie des RMUs SF₆ est généralement de 25 à 30 ans, et ils peuvent être facilement réaménagés avec des équipements d'automatisation de la distribution. Par conséquent, les RMUs SF₆ devraient être le choix privilégié