La sous-station Adélard-Godbout dans le Vieux-Montréal est la plus ancienne sous-station du Canada, en fonctionnement continu depuis 1901. Il a une façade en brique d’argile avec des ornements en pierre grise, pour se fondre dans son environnement du centre-ville.
Sous-station dans un bâtiment ressemblant à un château des années 1910, sert de point de distribution à côté du barrage de Lésna, l’une des nombreuses stations hydroélectriques de la rivière Bóbr.,
tour de distribution 15 kV/400 V en Pologne
Éléments d’une sous-station
Les sous-stations ont généralement des équipements de commutation, de protection et de contrôle, et des transformateurs. Dans une grande sous-station, des disjoncteurs sont utilisés pour interrompre les courts-circuits ou les courants de surcharge qui peuvent se produire sur le réseau. Les stations de distribution plus petites peuvent utiliser des disjoncteurs ou des fusibles de réenclenchement pour protéger les circuits de distribution., Les sous-stations elles-mêmes n’ont généralement pas de générateurs, bien qu’une centrale électrique puisse avoir une sous-station à proximité. D’autres dispositifs tels que des condensateurs, des régulateurs de tension et des réacteurs peuvent également être situés dans une sous-station.
Les sous-stations peuvent être à la surface dans des enceintes clôturées, souterraines ou situées dans des bâtiments à usage spécial. Les immeubles de grande hauteur peuvent avoir plusieurs sous-stations intérieures. Les sous-stations intérieures se trouvent généralement dans les zones urbaines pour réduire le bruit des transformateurs, pour des raisons d’apparence ou pour protéger l’appareillage des conditions climatiques ou de pollution extrêmes.,
Un système de mise à la terre doit être conçu. L’élévation totale du potentiel au sol, et les gradients de potentiel lors d’un défaut (appelés potentiels tactiles et pas), doivent être calculés pour protéger les passants lors d’un court-circuit dans le système de transmission. Les défauts de terre à une sous-station peuvent provoquer une élévation potentielle du sol. Les courants circulant à la surface de la Terre lors d’un défaut peuvent amener les objets métalliques à avoir une tension significativement différente de celle du sol sous les pieds d’une personne; ce potentiel tactile présente un risque d’électrocution., Lorsqu’une sous-station a une clôture métallique, elle doit être correctement mise à la terre pour protéger les personnes de ce danger.
Les principaux problèmes auxquels est confronté un ingénieur en énergie sont la fiabilité et le coût. Une bonne conception tente de trouver un équilibre entre ces deux, pour atteindre la fiabilité sans coût excessif. La conception devrait également permettre l’expansion de la station, au besoin.
Localisation selectionEdit
la Sélection de l’emplacement d’une sous-station doit tenir compte de nombreux facteurs., Une superficie de terrain suffisante est requise pour l’installation d’équipements avec les dégagements nécessaires pour la sécurité électrique et pour l’accès à l’entretien des gros appareils tels que les transformateurs.
Lorsque la terre est coûteuse, comme dans les zones urbaines, les appareillages isolés au gaz peuvent économiser de l’argent dans l’ensemble. Les sous-stations situées dans les zones côtières touchées par les inondations et les tempêtes tropicales peuvent souvent nécessiter une structure surélevée pour maintenir l’équipement sensible aux surtensions durci contre ces éléments. Le site doit avoir de la place pour l’expansion en raison de la croissance de la charge ou des ajouts de transmission prévus., Les effets environnementaux de la sous-station doivent être pris en compte, tels que les effets sur le drainage, le bruit et la circulation routière.
Le site de la sous-station doit être raisonnablement central dans la zone de distribution à desservir. Le site doit être protégé contre l’intrusion des passants, à la fois pour protéger les personnes contre les blessures par choc électrique ou arcs électriques, et pour protéger le système électrique contre le mauvais fonctionnement dû au vandalisme.
Diagramme de conceptionmodifier
Sous-station de Tottenham, située dans un parc sauvage au nord de Londres.,
La première étape dans la planification d’une disposition de sous-station est la préparation d’un diagramme à une ligne, qui montre sous une forme simplifiée la disposition de commutation et de protection requise, ainsi que les lignes d’alimentation entrantes et les conducteurs sortants ou les lignes de transmission. Il est une pratique habituelle par de nombreux services publics d’électricité de préparer des diagrammes d’une ligne avec des éléments principaux (lignes, commutateurs, disjoncteurs, transformateurs) disposés sur la page de la même manière que l’appareil serait disposé dans la station réelle.,
Dans une conception commune, les lignes entrantes ont un interrupteur de déconnexion et un disjoncteur. Dans certains cas, les lignes n’auront pas les deux, avec un interrupteur ou un disjoncteur étant tout ce qui est considéré comme nécessaire. Un interrupteur de déconnexion est utilisé pour fournir une isolation, car il ne peut pas interrompre le courant de charge. Un disjoncteur est utilisé comme dispositif de protection pour interrompre automatiquement les courants de défaut, et peut être utilisé pour allumer et éteindre des charges, ou pour couper une ligne lorsque l’alimentation circule dans la « mauvaise » direction., Lorsqu’un courant de défaut important traverse le disjoncteur, il est détecté par l’utilisation de transformateurs de courant. L’amplitude des sorties du transformateur de courant peut être utilisée pour déclencher le disjoncteur, ce qui entraîne une déconnexion de la charge fournie par le disjoncteur du point d’alimentation. Cela vise à isoler le point de défaut du reste du système et à permettre au reste du système de continuer à fonctionner avec un impact minimal. Les interrupteurs et les disjoncteurs peuvent être utilisés localement (dans la sous-station) ou à distance à partir d’un centre de contrôle de surveillance.,
Avec les lignes de transport aériennes, la propagation de la foudre et des surtensions de commutation peut provoquer des pannes d’isolation dans les équipements de sous-station. Les parafoudres d’entrée de ligne sont utilisés pour protéger les équipements de sous-station en conséquence. Des études de coordination de l’isolation sont menées de manière approfondie pour s’assurer que les défaillances de l’équipement (et les pannes associées) sont minimes.
une Fois passé les composants de commutation, les lignes d’une tension connecter à un ou plusieurs bus., Il s’agit d’ensembles de barres omnibus, généralement par multiples de trois, car la distribution d’énergie électrique triphasée est largement universelle dans le monde entier.
La disposition des commutateurs, des disjoncteurs et des bus utilisés affecte le coût et la fiabilité de la sous-station. Pour les sous-stations importantes, un bus annulaire, un bus double ou une configuration dite « disjoncteur et demi » peut être utilisé, de sorte que la défaillance d’un disjoncteur n’interrompe pas l’alimentation des autres circuits et que certaines parties de la sous-station puissent être mises hors tension pour la maintenance et les réparations., Les sous-stations alimentant une seule charge industrielle peuvent avoir des dispositions de commutation minimales, en particulier pour les petites installations.
Ce diagramme à une ligne illustre le concept de disjoncteur et demi souvent utilisé dans les cours de commutation.
après avoir établi les bus pour les différents niveaux de tension, les transformateurs peuvent être connectés entre les niveaux de tension. Ceux-ci auront à nouveau un disjoncteur, tout comme les lignes de transmission, dans le cas où un transformateur a un défaut (communément appelé un « court-circuit »).,
Parallèlement à cela, une sous-station dispose toujours de circuits de commande nécessaires pour commander l’ouverture des différents disjoncteurs en cas de défaillance d’un composant.
AutomationEdit
Les premières sous-stations électriques nécessitaient une commutation ou un réglage manuel de l’équipement, ainsi qu’une collecte manuelle de données sur la charge, la consommation d’énergie et les événements anormaux., À mesure que la complexité des réseaux de distribution augmentait, il devenait économiquement nécessaire d’automatiser la supervision et le contrôle des sous-stations à partir d’un point centralisé, afin de permettre une coordination globale en cas d’urgence et de réduire les coûts d’exploitation. Les premiers efforts pour contrôler à distance les sous-stations utilisaient des fils de communication dédiés, souvent à côté des circuits d’alimentation. Le support de ligne électrique, la radio à micro-ondes, les câbles à fibres optiques ainsi que les circuits de commande à distance câblés dédiés ont tous été appliqués au contrôle de surveillance et à l’acquisition de données (SCADA) pour les sous-stations., Le développement du microprocesseur a permis une augmentation exponentielle du nombre de points pouvant être contrôlés et surveillés économiquement. Aujourd’hui, des protocoles de communication normalisés tels que DNP3, IEC 61850 et Modbus, pour n’en citer que quelques-uns, sont utilisés pour permettre à plusieurs appareils électroniques intelligents de communiquer entre eux et avec des centres de contrôle de surveillance. Le contrôle automatique distribué dans les sous-stations est un élément du réseau dit intelligent.,
Isolationmodifier
Les interrupteurs, les disjoncteurs, les transformateurs et autres appareils peuvent être reliés entre eux par des conducteurs nus isolés à l’air montés sur des structures de support. L’espace d’air requis augmente avec la tension du système et avec la tension nominale de surtension de foudre. Pour les sous-stations de distribution moyenne tension, un engrenage de commutation métallique peut être utilisé et aucun conducteur sous tension n’est exposé. Pour des tensions plus élevées, l’engrenage de commutation isolé au gaz réduit l’espace requis autour du bus sous tension., Au lieu de conducteurs nus, le bus et l’appareil sont intégrés dans des conteneurs tubulaires sous pression remplis de gaz d’hexafluorure de soufre (SF6). Ce gaz a une valeur isolante plus élevée que l’air, ce qui permet de réduire les dimensions de l’appareil. En plus de l’air ou du gaz SF6, l’appareil utilisera d’autres matériaux d’isolation tels que l’huile de transformateur, le papier, la porcelaine et les isolants polymères.
StructureEdit
Les structures extérieures de sous-station hors sol comprennent des poteaux en bois, des tours métalliques en treillis et des structures métalliques tubulaires, bien que d’autres variantes soient disponibles., Lorsque l’espace est abondant et que l’apparence de la station n’est pas un facteur, les tours en treillis d’acier fournissent des supports à faible coût pour les lignes de transmission et les appareils. Les sous-stations à profil bas peuvent être spécifiées dans les zones suburbaines où l’apparence est plus critique. Les sous-stations intérieures peuvent être des appareillages isolés au gaz (à haute tension), ou des appareillages fermés ou revêtus de métal à basse tension. Les sous-stations intérieures urbaines et suburbaines peuvent être finies à l’extérieur afin de se fondre dans d’autres bâtiments de la région.,
Une sous-station compacte est généralement une sous-station extérieure construite dans une enceinte métallique, dans laquelle chaque élément de l’équipement électrique est situé très près l’un de l’autre pour créer une taille d’empreinte relativement plus petite de la sous-station.