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Dimensionnement en soutirage

Principes généraux

Le développement des réseaux Basse tension résulte d'un équilibre technico-économique pour répondre aux critères de qualité

Les réseaux électriques sont conçus pour alimenter la puissance maximale soutirée par les utilisateurs et évacuer la puissance maximale des producteurs (sur cette seconde partie, voir l'article Principes d'études et de dimensionnement), tout en respectant les critères de qualité d'alimentation. Ceux-ci sont définis par l'arrêté du 24 décembre 2007 et rappelés dans la documentation technique de référence d'Enedis (Enedis-PRO-RES_43E, 3.3 Tenue de la tension).
Des utilisateurs sont considérés comme "mal alimentés" du point de vue de la qualité de l’onde de tension lorsque :

"les points de connexion connaissent au moins une fois dans l'année une valeur efficace de la tension BT ou HTA, moyennée sur 10 minutes, inférieure à 90 % de la valeur de la tension nominale correspondante ... ou supérieure à 110 % de cette tension nominale. "

Les études en planification tiennent compte du foisonnement des utilisateurs et des usages, c'est-à-dire la non-synchronicité des puissances maximales appelées de tous les utilisateurs. La résultante est que la puissance maximale appelée est nettement inférieure à la somme des puissances maximales des abonnements électriques, du fait d'un décalage naturel entre les appels de puissance à l'échelle d'un grand nombre d’usages et d'usagers (horaires variés, habitudes de consommation différentes et fonctionnement cyclique de nombreux équipements : convecteurs électriques, équipements frigorifiques, ...).

Les paragraphes suivants développent les données d'entrée pour le dimensionnement des ouvrages en HTA et en BT pour le soutirage, la notion d'évolutivité, et un exemple de dimensionnement sur un lotissement.

Illustration d'un dimensionnement

Exemple de dimensionnement de réseau BT pour un lotissement

Sur la base d'un plan parcellaire du lotissement et du tracé électrique, le maître d'ouvrage dimensionne les sections de câbles en fonction de la puissance transitée par tronçons calculée sur la base d'un abaque de puissance en fonction de la surface des parcelles et des coefficients de foisonnement de la C14-100 (cf ci-dessus).

Abaque puissance abo soutirage fonction taille parcelle.pngAbaque de puissance d'abonnement en soutirage en fonction de la taille de la parcelle (Source: Séquelec Guide 3)

Le schéma ci-dessus illustre un exemple simplifié de dimensionnement pour comprendre les calculs de contraintes d’intensité et de tension : un départ BT alimente 2 parcelles de moins de 1000 m2 et 1 parcelle entre 1000 et 2000 m2.

Les méthodes diffèrent selon le type de réseau

Pour les postes sources et réseaux HTA, la planification tient compte de mesures effectuées au niveau des têtes de départs HTA, de la thermosensibilité de la zone desservie par les postes sources qui peut avoir un fort impact sur la pointe, et de l'évolutivité de la zone en analysant la dynamique de croissance des départs HTA.  En HTA, le dimensionnement tient compte également des schémas de secours pour pouvoir réalimenter au plus vite les utilisateurs en cas d'incident.

Pour les postes de distribution publique et réseaux BT, très peu de mesures sont disponibles. Les données utilisées pour le dimensionnement et la planification sont générées à partir d'une modélisation sur la base des données mesurées sur les départs HTA, des puissances maximales appelées des consommateurs professionnels équipés de compteur à courbe de charge (BT > 36kVA) le cas échéant, et de reconstitutions statistiques des puissances appelées des consommateurs résidentiels (à partir des puissances souscrites et niveaux de consommation). Des facteurs de foisonnement, définis dans la norme NFC14-100, sont appliqués.

javascript:void(0)Coefficients de foisonnement. (Source: NFC-14-100)


 Outre le dimensionnement électrique, d'autres critères rentrent en ligne de compte en basse tension :

  • la densité de charge et l'évolutivité d'une zone pouvant mener à la volonté de créer de nouveaux postes de transformation pour disposer de plus de capacités et/ou réduire les longueurs moyennes des départs ;
  • les choix esthétiques des communes qui peuvent souhaiter privilégier les réseaux souterrains ;
  • le cahier des charges de concession qui peut encadrer les technologies à favoriser dans le développement des réseaux (par exemple, la pose systématique de la section de câble maximale pour les réseaux enterrés).

Le dimensionnement en basse tension tient compte de l'évolutivité d'une zone

Postes de distribution - catégories de puissance.pngTableau de puissance des postes de transformation HTA/BT. (Source: Enedis - Enedis-PRO-RES_43E-V4)

Le choix d'un poste de distribution publique et d'une section de câbles tient compte de l'évolution de la charge sur une zone. Certaines technologies ne sont posées que si la zone est dite "non-évolutive" et/ou peu chargée: c'est le cas des postes de 50 kVA.

 

Les sections de câbles sont choisies par rapport aux contraintes électriques mais également pour limiter les pertes techniques

Sections réseaux BT.pngSections économiques pour la création de réseau BT. (Sources : Hespul, Guide 3 Séquelec, Enedis-PRO-RES_43E)

La section de câble pour une création de réseau basse tension est choisie pour éviter des contraintes d'intensité (échauffement des câbles) et de tension (chutes de tension en bout de ligne).

Cependant, les sections dites « économiques », c’est-à-dire celles présentant le meilleur choix technico-économique en fonction des puissances, ont été sélectionnées sur des critères supplémentaires au simple calcul des contraintes de tension et d’intensité appelé le dimensionnement technique. Ces critères sont les coûts d’achat et de pose, coûts d’exploitation dont les pertes électriques (pertes Joule et pertes fer).  

Les pertes électriques sont proportionnelles au carré de l’intensité transitée et à la résistance totale du conducteur. Plus la section du câble est importante, plus la résistance linéique du câbles est faible (voir tableau ci-dessous). Ainsi, les sections économiques admettent une puissance de raccordement bien inférieure à leur puissance maximale admissible : une plus forte section de câble est privilégiée pour diminuer les pertes (voir tableau ci-dessous).

 

Dernière Mise à jour : 11/10/2019
Article suivant Illustration d'un dimensionnement

Les sections économiques sont choisies pour limiter l’échauffement des câbles et limiter les pertes

Le départ BT sera dimensionné de la manière suivante par rapport à l’intensité admissible et les choix technico-économiques des sections de câbles :

  • la puissance pondérée en tête de départ est de 42kVA (2 parcelles de moins de 1000 m2 et 1 parcelle entre 1000 et 2000m2)
  • un poste de distribution publique de 100kVA est suffisant, sauf si d’autres départs sont alimentés par le même poste
  • la section par défaut de 150 mm2 est choisie pour le tronçon principal car elle permet d'alimenter une charge jusqu’à 120 kVA et permettra d’alimenter de nouveaux usages si la zone se développe. Des sections de 95 mm2 seront utilisées pour les antennes moins chargées (tronçons B-C et B-D).
  • une section de 95 mm2 aurait été suffisante pour le tronçon principal, mais n’est plus posée en enterré à part pour les zones non-évolutives.

Les sections de câbles doivent être suffisantes pour limiter la chute de tension à maximum 5% entre le poste et la parcelle

Une vérification doit être faite de la contrainte de tension. Le guide Séquelec recommande :

- La chute de tension maximale cumulée ne doit pas dépasser 5% en amont du branchement dans un départ BT direct souterrain neuf (entre le tableau BT du poste de distribution publique alimentant le lotissement et l’origine du branchement) afin de respecter la valeur réglementaire aux points de livraison de la tension 230 V (+10%, -10%), après application des sections de câbles économiques.

Les chutes de tension nécessitent de connaître les flux transitées sur chaque tronçon ainsi que la nature, section et longueur des câbles

La chute de tension se calcule tronçon par tronçon en utilisant la puissance maximale transitée sur le tronçon (S dans la formule ci-dessous). La puissance maximale transitée par tronçon se calcule en sommant en chaque nœud les puissance individuelles (auxquelles on applique un coefficient de foisonnement si le nombre de clients est supérieur à 4) en aval de ce nœud, en « remontant » le réseau en quelque sorte. Par exemple, sur le tronçon A-B, dans notre exemple, transite 30kVA (12 + 18).

Formule variation de tension.png

Pour obtenir la chute de tension maximale, il faut à l’inverse sommer les chutes de tension individuelles depuis le poste jusqu’à l’extrémité du réseau, en « descendant » donc. Sur le schéma ci-dessous, les chutes de tension par tronçon sont représentées en noir, les chutes de tension maximales sont en rouge aux différents nœuds du réseau.

Calcul de chute de tension sur départ BT.png

La chute de tension maximale obtenue est de 0,33% en bout de ligne. Elle est donc bien inférieure aux 5% recommandés.

Pour simplifier l’exemple, un cosinus phi (angle de déphasage entre la tension et le courant) a été pris pour 1. De manière générale, sur les réseaux basse tension, le rapport entre la résistance et la réactance est tel (de 2 pour des réseaux robustes en souterrain à 10 pour des réseaux aériens de faible section) que l’angle de déphasage n’a que très peu d’impact sur le dimensionnement. En basse tension, les charges sont principalement résistives.

Dernière Mise à jour : 11/10/2019

Dimensionnement en soutirage

Principes généraux

Le développement des réseaux Basse tension résulte d'un équilibre technico-économique pour répondre aux critères de qualité

Les réseaux électriques sont conçus pour alimenter la puissance maximale soutirée par les utilisateurs et évacuer la puissance maximale des producteurs (sur cette seconde partie, voir l'article Principes d'études et de dimensionnement), tout en respectant les critères de qualité d'alimentation. Ceux-ci sont définis par l'arrêté du 24 décembre 2007 et rappelés dans la documentation technique de référence d'Enedis (Enedis-PRO-RES_43E, 3.3 Tenue de la tension).
Des utilisateurs sont considérés comme "mal alimentés" du point de vue de la qualité de l’onde de tension lorsque :

"les points de connexion connaissent au moins une fois dans l'année une valeur efficace de la tension BT ou HTA, moyennée sur 10 minutes, inférieure à 90 % de la valeur de la tension nominale correspondante ... ou supérieure à 110 % de cette tension nominale. "

Les études en planification tiennent compte du foisonnement des utilisateurs et des usages, c'est-à-dire la non-synchronicité des puissances maximales appelées de tous les utilisateurs. La résultante est que la puissance maximale appelée est nettement inférieure à la somme des puissances maximales des abonnements électriques, du fait d'un décalage naturel entre les appels de puissance à l'échelle d'un grand nombre d’usages et d'usagers (horaires variés, habitudes de consommation différentes et fonctionnement cyclique de nombreux équipements : convecteurs électriques, équipements frigorifiques, ...).

Les paragraphes suivants développent les données d'entrée pour le dimensionnement des ouvrages en HTA et en BT pour le soutirage, la notion d'évolutivité, et un exemple de dimensionnement sur un lotissement.

Les méthodes diffèrent selon le type de réseau

Pour les postes sources et réseaux HTA, la planification tient compte de mesures effectuées au niveau des têtes de départs HTA, de la thermosensibilité de la zone desservie par les postes sources qui peut avoir un fort impact sur la pointe, et de l'évolutivité de la zone en analysant la dynamique de croissance des départs HTA.  En HTA, le dimensionnement tient compte également des schémas de secours pour pouvoir réalimenter au plus vite les utilisateurs en cas d'incident.

Pour les postes de distribution publique et réseaux BT, très peu de mesures sont disponibles. Les données utilisées pour le dimensionnement et la planification sont générées à partir d'une modélisation sur la base des données mesurées sur les départs HTA, des puissances maximales appelées des consommateurs professionnels équipés de compteur à courbe de charge (BT > 36kVA) le cas échéant, et de reconstitutions statistiques des puissances appelées des consommateurs résidentiels (à partir des puissances souscrites et niveaux de consommation). Des facteurs de foisonnement, définis dans la norme NFC14-100, sont appliqués.

javascript:void(0)Coefficients de foisonnement. (Source: NFC-14-100)


 Outre le dimensionnement électrique, d'autres critères rentrent en ligne de compte en basse tension :

  • la densité de charge et l'évolutivité d'une zone pouvant mener à la volonté de créer de nouveaux postes de transformation pour disposer de plus de capacités et/ou réduire les longueurs moyennes des départs ;
  • les choix esthétiques des communes qui peuvent souhaiter privilégier les réseaux souterrains ;
  • le cahier des charges de concession qui peut encadrer les technologies à favoriser dans le développement des réseaux (par exemple, la pose systématique de la section de câble maximale pour les réseaux enterrés).

Le dimensionnement en basse tension tient compte de l'évolutivité d'une zone

Postes de distribution - catégories de puissance.pngTableau de puissance des postes de transformation HTA/BT. (Source: Enedis - Enedis-PRO-RES_43E-V4)

Le choix d'un poste de distribution publique et d'une section de câbles tient compte de l'évolution de la charge sur une zone. Certaines technologies ne sont posées que si la zone est dite "non-évolutive" et/ou peu chargée: c'est le cas des postes de 50 kVA.

 

Les sections de câbles sont choisies par rapport aux contraintes électriques mais également pour limiter les pertes techniques

Sections réseaux BT.pngSections économiques pour la création de réseau BT. (Sources : Hespul, Guide 3 Séquelec, Enedis-PRO-RES_43E)

La section de câble pour une création de réseau basse tension est choisie pour éviter des contraintes d'intensité (échauffement des câbles) et de tension (chutes de tension en bout de ligne).

Cependant, les sections dites « économiques », c’est-à-dire celles présentant le meilleur choix technico-économique en fonction des puissances, ont été sélectionnées sur des critères supplémentaires au simple calcul des contraintes de tension et d’intensité appelé le dimensionnement technique. Ces critères sont les coûts d’achat et de pose, coûts d’exploitation dont les pertes électriques (pertes Joule et pertes fer).  

Les pertes électriques sont proportionnelles au carré de l’intensité transitée et à la résistance totale du conducteur. Plus la section du câble est importante, plus la résistance linéique du câbles est faible (voir tableau ci-dessous). Ainsi, les sections économiques admettent une puissance de raccordement bien inférieure à leur puissance maximale admissible : une plus forte section de câble est privilégiée pour diminuer les pertes (voir tableau ci-dessous).

 

Illustration d'un dimensionnement

Exemple de dimensionnement de réseau BT pour un lotissement

Sur la base d'un plan parcellaire du lotissement et du tracé électrique, le maître d'ouvrage dimensionne les sections de câbles en fonction de la puissance transitée par tronçons calculée sur la base d'un abaque de puissance en fonction de la surface des parcelles et des coefficients de foisonnement de la C14-100 (cf ci-dessus).

Abaque puissance abo soutirage fonction taille parcelle.pngAbaque de puissance d'abonnement en soutirage en fonction de la taille de la parcelle (Source: Séquelec Guide 3)

Le schéma ci-dessus illustre un exemple simplifié de dimensionnement pour comprendre les calculs de contraintes d’intensité et de tension : un départ BT alimente 2 parcelles de moins de 1000 m2 et 1 parcelle entre 1000 et 2000 m2.

Les sections économiques sont choisies pour limiter l’échauffement des câbles et limiter les pertes

Le départ BT sera dimensionné de la manière suivante par rapport à l’intensité admissible et les choix technico-économiques des sections de câbles :

  • la puissance pondérée en tête de départ est de 42kVA (2 parcelles de moins de 1000 m2 et 1 parcelle entre 1000 et 2000m2)
  • un poste de distribution publique de 100kVA est suffisant, sauf si d’autres départs sont alimentés par le même poste
  • la section par défaut de 150 mm2 est choisie pour le tronçon principal car elle permet d'alimenter une charge jusqu’à 120 kVA et permettra d’alimenter de nouveaux usages si la zone se développe. Des sections de 95 mm2 seront utilisées pour les antennes moins chargées (tronçons B-C et B-D).
  • une section de 95 mm2 aurait été suffisante pour le tronçon principal, mais n’est plus posée en enterré à part pour les zones non-évolutives.

Les sections de câbles doivent être suffisantes pour limiter la chute de tension à maximum 5% entre le poste et la parcelle

Une vérification doit être faite de la contrainte de tension. Le guide Séquelec recommande :

- La chute de tension maximale cumulée ne doit pas dépasser 5% en amont du branchement dans un départ BT direct souterrain neuf (entre le tableau BT du poste de distribution publique alimentant le lotissement et l’origine du branchement) afin de respecter la valeur réglementaire aux points de livraison de la tension 230 V (+10%, -10%), après application des sections de câbles économiques.

Les chutes de tension nécessitent de connaître les flux transitées sur chaque tronçon ainsi que la nature, section et longueur des câbles

La chute de tension se calcule tronçon par tronçon en utilisant la puissance maximale transitée sur le tronçon (S dans la formule ci-dessous). La puissance maximale transitée par tronçon se calcule en sommant en chaque nœud les puissance individuelles (auxquelles on applique un coefficient de foisonnement si le nombre de clients est supérieur à 4) en aval de ce nœud, en « remontant » le réseau en quelque sorte. Par exemple, sur le tronçon A-B, dans notre exemple, transite 30kVA (12 + 18).

Formule variation de tension.png

Pour obtenir la chute de tension maximale, il faut à l’inverse sommer les chutes de tension individuelles depuis le poste jusqu’à l’extrémité du réseau, en « descendant » donc. Sur le schéma ci-dessous, les chutes de tension par tronçon sont représentées en noir, les chutes de tension maximales sont en rouge aux différents nœuds du réseau.

Calcul de chute de tension sur départ BT.png

La chute de tension maximale obtenue est de 0,33% en bout de ligne. Elle est donc bien inférieure aux 5% recommandés.

Pour simplifier l’exemple, un cosinus phi (angle de déphasage entre la tension et le courant) a été pris pour 1. De manière générale, sur les réseaux basse tension, le rapport entre la résistance et la réactance est tel (de 2 pour des réseaux robustes en souterrain à 10 pour des réseaux aériens de faible section) que l’angle de déphasage n’a que très peu d’impact sur le dimensionnement. En basse tension, les charges sont principalement résistives.

Dernière Mise à jour : 11/10/2019

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