Tour de transformateur à Mönchengladbach (Rhénanie du Nord).

Un poste électrique est 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. On parle aussi de sous-station, entre autres dans les chemins de fer.

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].

Usage 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 trois fonctions principales :

• le raccordement d'un tiers au réseau d'électricité (aussi bien consommateur que producteur) ;
• 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 réduit les déperditions d'énergie par effet Joule. En effet, à puissance délivrée constante, plus la tension est élevée, plus l'intensité passant dans les câbles est faible, donc moins l'échauffement est important, ce qui permet entre autres de réduire la section des câbles, d'où une économie considérable.

Les niveaux de tension utilisés pour les transmissions à grande distance sont généralement entre 400 et 800 kV, qualifiés de très haute tension ou actuellement haute tension B. La tension est ensuite réduite pour une consommation à un niveau de tension usuel, soit 230 V en Europe et en Amérique latine, ou 110 V en Amérique du Nord.

Prenons l'exemple typique d'une centrale nucléaire. L'électricité est produite par la centrale, puis transite par :

• le poste d'évacuation de la centrale (la tension passe d'environ 20 à 400 kV pour être injectée 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^{[alpha 1]} ;
• 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 ou 90 kV (trajet de plusieurs dizaines de km) ;
• le poste final d'une grosse usine raccordée en 63 ou 90 kV^{[alpha 2]} ;

Dans le cas d'un particulier, l'électricité doit transiter par un poste source, qui est un poste de transformation HTB/HTA, pour être alors injectée sur le réseau de distribution. Les postes sources sont équipés de transformateurs HTB/HTA, c'est-à-dire 63 à 225 kV pour la tension HTB, et 10 à 20 kV pour la tension HTA. Ensuite, la tension est une nouvelle fois modifiée par un transformateur HTA/BT (400 V en BT) avant d'arriver chez un particulier.

Fonctions

Un poste minimaliste.

Aiguiller l’électricité

Le poste de transformation électrique permet d’orienter l’électricité selon les besoins des consommateurs et les capacités de transit des lignes électriques.

Élévation ou diminution de la tension

La tension de l’électricité apportée par le réseau est modifiée par un ou plusieurs transformateurs qui sont abrités dans un poste de transformation. La tension de transport la plus élevée en France est de 400 000 volts. Puis, à partir de postes électriques, elle est successivement abaissée d’un niveau de tension à un autre, jusqu'à la tension d’utilisation du réseau de distribution (230 volts entre phases et neutre pour les foyers et les petites entreprises).

Protection (disjoncteurs)

En cas d'anomalie sur la ligne protégée le courant est interrompu ;

Isolement (sectionneurs)

Lors du placement d’une ligne en court-circuit par un aléa environnemental (éclair, arbre…), le tronçon qui dysfonctionne est rapidement séparé du réseau sain par un système de surveillance placé dans les postes électriques ;

Sécurité

Mise à la terre ;

Conversion éventuelle 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 poste, 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 globalement 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.

Postes de distribution

Les postes de distribution électriques sont les derniers maillons de transformation de l'énergie. Ce sont des transformateurs qui abaissent la haute tension en basse tension. Un poste de distribution, quelle que soit sa forme, se présente en deux catégories: le poste public et le poste privé.

Un poste public abaisse la tension sur un réseau basse tension, et ce réseau basse tension est partagé entre un certain nombre d'abonnés. Un poste privé abaisse la tension et alimente un réseau basse tension qui alimente uniquement un seul abonné, qui est bien souvent une entreprise ou une petite industrie (minoterie, briqueterie, carrière, cimenterie...).

• Arrivée et poste tour
• 
  Arrivée intérieure sur sectionneur.
• 
  Poste-tour, vue globale.
• 
  Entrée HTA sur poste-tour.

Un poste de distribution peut prendre plusieurs formes:

Grille Faraday de cellule HTA, devant le transformateur.

Les postes-tours (Cabines hautes)

Ce sont les plus anciens, bâtis entre les années 1920 et les années 1960. Ils consistent en une tour en maçonnerie ou en béton armé mesurant entre 6 et 10 mètres de haut. Les lignes électriques aériennes sont ancrées à leur sommet, les appareillages intérieurs sont disposés en descente et sont de type coupure à l'air. On les surnomme « postes trolley », mot qui faisait référence aux câbles très rigides utilisés par les trolleybus. L'arrivée haute tension était en conducteurs nus, chaque conducteur était fixé au mur du poste par un isolateur d'ancrage muni d'éclateurs à cornes, ou bien des isolateurs à trois assiettes, et des ponts entraient à l'intérieur du poste au travers de disques d'entrée de poste en verre ondulé concentriques. À l'intérieur se trouvaient un sectionneur à coupure manuelle et un coupe-circuit (fusibles) qui étaient isolés à l'air et fixés sur des isolateurs en verre ou en porcelaine ayant une forme de quille, appelés « isolateurs d'intérieur de poste ». Le transformateur était posé le plus loin possible de la porte d'accès, sur des cales et au-dessus d'un petit bassin de rétention des fuites. Une séparation grillagée munie de deux battants de porte séparait la partie BT du transformateur HT, faisant cage de Faraday, qui est sans aucun doute à l'origine de l'expression « cellule HTA ». La sortie basse tension était bien souvent en câbles multibrins en cuivre étamé, entourés d'une gaine de tissu. Ces conducteurs BT passaient par un tableau général comprenant un sectionneur, des fusibles puis des organes de comptage. Les câbles BT alimentant le réseau aérien remontaient le long du mur, fixés sur des serre-câbles en bois vernis qui les maintenaient écartés. Chaque conducteur traversait le mur au travers soit d'un petit disque en verre, soit d'un tube coudé en porcelaine émaillée, puis faisait un pont en goutte d'eau pour être connecté au conducteur aérien idoine.

Poste haut de poteau de marque "Transunel".

Les postes suspendus (haut de poteau, postes sur poteau ou H61))

Ce sont les postes qui ont été massivement installés entre les années 1960 et les années 1990, du fait de la rapidité de pose et du non-besoin de cabine de protection. Ils sont souvent surnommés « H61 » et sont accrochés au poteau en béton armé par l'intermédiaire d'un support métallique surnommé « croix de Jésus », car c'est une barre fixée au poteau par plusieurs boulons et deux tiges sont soudées horizontalement afin d'accrocher le transformateur. Les premiers modèles avaient des bornes en porcelaine brune, les plus récents sont en matière composite. Le transformateur est posé soit sur un poteau d’arrêt (bout de ligne HTA), soit sur un poteau à double ancrage (une ligne est accrochée de chaque côté du poteau et est en passage au-dessus du transformateur). Les isolateurs sont des chaînes d'ancrage en verre trempé. Pour la protection contre la foudre, il y avait des chaînes à éclateurs (des années 1950 aux années 1980), puis des cartouches en porcelaine brune (années 1980 jusqu'aux années 1990), tandis que la technologie actuelle utilise des isolateurs en matières synthétiques gris fixés à l'horizontale. La sortie basse tension se fait par bornes porcelaine ou plastique sur le transformateur, une liaison passe par un disjoncteur à commande manuelle puis un départ souterrain ou aérien est fixé plus haut. Ce sont ces postes qui ont largement généralisé l'emploi des PCB, qui sont interdits et remplacés par des huiles végétales depuis le milieu des années 1990. Les PCB se sont démocratisés au début des années 1960 en raison de la masse volumique moins forte que celle de l'huile minérale traditionnelle, pour la même efficacité.

Les différents éléments

Composants électriques dans un poste
(A : côté primaire B : côté secondaire
1. Ligne électrique primaire 2. Câble de garde 3. Ligne électrique 4. Transformateur de tension 5. Sectionneur 6. Disjoncteur 7. Transformateur de courant 8. Parafoudre 9. Transformateur (de puissance) 10. Bâtiment secondaire 11. Clôture 12. Ligne électrique secondaire)

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 figurent :

Parmi les éléments secondaires figurent :

Sous-stations ferroviaires

Sous-station d'alimentation d'un réseau ferroviaire 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 25 000 ou 1 500 V. Les postes devant délivrer une tension continue comprennent en plus des redresseurs, voire, à l'origine, des commutatrices^{[alpha 3]}. La plupart des sous-stations alimentent directement une section de voie mais, surtout en courant 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 1 500 V continu, jusqu'à 50 km en 25 000 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'esthétique : les postes électriques utilisant une technologie à isolation dans l'air sont fortement déconseillés en zone urbaine de par la surface nécessaire pour implanter les différentes parties (qui doivent être isolées entre elles) et pour des raisons de sécurité. On préférera des postes à isolation gazeuse installés en bâtiment (solution idéale en zone urbaine) voire en sous-sol, la surface étant réduite au maximum (4 à 6 fois moins que pour un isolement en espace libre).
• Les nuisances sonores : les phénomènes de striction dans les transformateurs engendrent un bruit continu. Le bruit des ventilateurs pour les transformateurs de fortes puissances peut être gênant pour le voisinage.
• Les nuisances magnétiques : chaque site doit faire l'objet d'une étude de réduction des champs électromagnétiques résultant des fuites des circuits magnétiques. Les effets de ces fuites sont visibles sur les télévisions ou tout écran à tube par une légère danse de l'image. Elles doivent toujours être inférieures aux normes 25 µT pour être sans effet sur la santé. Le Parlement Européen a recommandé un seuil de 0,25 microtesla^[3].

En ville, les postes électriques d'Enedis peuvent être des bâtiments de 12 m². Ils peuvent aussi avoir été décorés^[4].

Notes et références

Annexes