Une unité principale en boucle (RMU) est un ensemble compact d'appareillage de moyenne tension utilisé dans la distribution secondaire. Dans l'exemple de réseau en boucle présenté ici, elle relie un poste de distribution à un réseau de câbles MT en boucle et fournit une dérivation vers un transformateur distinct. Les configurations de RMU peuvent également s'adapter à d'autres schémas d'alimentation. Elle ne modifie pas la tension ; c'est le transformateur raccordé séparément au niveau de la sous-station qui assure cette fonction. Le rôle de la RMU est de commuter les circuits moyenne tension, de permettre au câble en boucle de traverser la sous-station et de fournir un point de raccordement protégé pour la dérivation vers le transformateur.
Pour bien comprendre une RMU, il faut commencer par étudier sa structure physique et le rôle de chacune de ses voies internes, avant d'aborder leur comportement au sein d'un réseau et ce qui se passe en cas de défaillance d'une section de câble.
Un poste secondaire commun alimenté en boucle utilise un ensemble compact articulé autour de deux voies de coupure de charge en boucle et d'une voie distincte de protection du transformateur. L'illustration désigne les voies en boucle par « voie en boucle A » et « voie en boucle B » ; les identifiants réels du tableau correspondent aux schémas des équipements et du réseau. Le raccordement du transformateur constitue une troisième branche distincte.
Les voies en boucle A et B constituent les deux directions de câblage traversant l'unité. Le choix de la voie alimentant le bus dépend de l'état du réseau ; les étiquettes ne correspondent donc pas à des affectations permanentes d'entrée et de sortie. Chacune est raccordée à un câble MT menant au point suivant du réseau — un poste adjacent ou l’origine d’une ligne d’alimentation. Ensemble, elles forment la voie de transit qui fait de ce poste un nœud du circuit en anneau. Lorsque les deux voies en anneau sont fermées, le courant MT peut entrer par l’une des directions de câblage, circuler à travers le bus interne et sortir vers le point suivant. C’est cette caractéristique structurelle qui distingue un poste de distribution en anneau d’une simple dérivation radiale : l’anneau de câbles se prolonge physiquement à travers l’appareillage de commutation.
La voie du transformateur est une dérivation distincte de ce bus interne. Dans cette configuration, elle alimente un transformateur installé séparément plutôt que de prolonger le tracé du câble en boucle. Son dispositif de commutation et de protection est choisi en fonction de ce circuit de transformateur. Un simple interrupteur de coupure en charge assure la fonction de commutation de charge qui lui est spécifiée ; l’interruption en cas de défaut nécessite un dispositif adapté à cette fonction. Une combinaison coordonnée interrupteur-fusible est une configuration courante ; un disjoncteur associé à un relais en est une autre. Le choix dépend des exigences de coordination de la protection du réseau concerné. L’unité de commutation et de protection (RMU) assure les fonctions de commutation et de protection côté moyenne tension ; le transformateur abaisse ensuite la tension au niveau basse tension pour le tableau de distribution BT situé à l’intérieur du poste électrique.
Cette configuration à trois voies — deux voies en boucle de coupure de charge et une voie de transformateur protégée — est une configuration courante et largement utilisée dans la distribution secondaire. Il s'agit d'un exemple, et non d'une règle universelle : il existe des RMU présentant différents nombres de voies, différentes technologies d'isolation et différentes combinaisons d'équipements de protection, en fonction des exigences du réseau. Dans la configuration illustrée, il convient de bien distinguer les fonctions : le circuit en boucle achemine le courant MT à travers l’unité, tandis que la branche du transformateur se dérive pour alimenter le transformateur local. Toute autre disposition des circuits doit être interprétée à partir de son propre schéma unifilaire.
Guide des équipements moyenne tension de Schneider Electric illustre une configuration classique à alimentation en boucle.
Il convient de préciser un point : le RMU est un appareillage de commutation, et non un transformateur. Ses circuits d'alimentation principaux fonctionnent en moyenne tension ; les circuits de commande et de signalisation peuvent utiliser des tensions auxiliaires. Le transformateur est un équipement distinct, raccordé à la ligne de raccordement du transformateur. Confondre ces deux éléments conduit à une mauvaise interprétation du schéma unifilaire et à une description erronée de l'étendue de l'équipement lors de l'appel d'offres.
Un réseau câblé peut former une boucle physique tout en fonctionnant avec un point normalement ouvert. Dans la configuration utilisée ici, cette ouverture délibérée divise le tracé en deux sections d'alimentation en fonctionnement normal. Un schéma de fonctionnement en boucle fermée correspond à une conception de réseau différente ; la boucle physique à elle seule ne détermine pas l'état de fonctionnement normal.
Un schéma simple permet d'illustrer ce principe. Prenons l'exemple de trois postes de distribution RMU disposés en série le long d'un tracé de câble : Alimentation A — RMU 1 — RMU 2 — [point normalement ouvert] — RMU 3 — Alimentation B. Ce schéma représente le tracé complet de l'anneau, d'un point de raccordement d'alimentation à un autre.
Dans des conditions normales de fonctionnement, la ligne d'alimentation A alimente le câble jusqu'à l'unité RMU 1, puis continue jusqu'à l'unité RMU 2. La ligne d'alimentation B alimente le câble jusqu'à l'unité RMU 3. Le point normalement ouvert situé entre les unités RMU 2 et RMU 3 interrompt le chemin de passage à cet endroit du tracé du câble. Les RMU2 et RMU3 sont toutes deux alimentées depuis leurs côtés respectifs, mais cette liaison par câble est ouverte. Cela ne signifie pas pour autant que leurs sources en amont soient électriquement indépendantes. Les deux libellés des alimentations — A et B — n’impliquent pas en eux-mêmes que les deux sources soient indépendantes, au sens où elles proviendraient d’installations de production distinctes ou de points d’entrée distincts sur le réseau. Ces étiquettes identifient les deux segments de câble. La diversité des sources est une question de conception au niveau du réseau qui dépasse le cadre de l’unité RMU elle-même.
Le point normalement ouvert est assuré par un dispositif spécifique situé à un emplacement choisi lors de la conception du réseau, en tenant compte des exigences de charge et d'exploitation. Il n'est pas nécessaire qu'il soit intégré à une unité RMU en particulier. L'espace représenté entre les unités RMU 2 et RMU 3 est une représentation schématique de la connexion ouverte ; le schéma réel doit identifier le commutateur ou tout autre dispositif homologué qui la crée.
Il convient de souligner d’emblée la différence avec un réseau radial classique. Une simple ligne d’alimentation radiale sans liaison alternative ne dispose que d’un seul chemin d’alimentation vers ses sous-stations en aval. Si ce chemin est interrompu par un défaut sur un câble, il n’existe, dans le cadre de cette comparaison, aucun itinéraire de câble prévu pour contourner le défaut. La topologie en anneau, avec sa boucle physique et son point ouvert prévu, crée les conditions géométriques préalables à un chemin alternatif — mais la possibilité d’utiliser effectivement ce chemin dépend de la conception du réseau, qui doit être prévu pour l’exploiter, avec une capacité et une protection appropriées.
Exemples de circuits MT internes de Schneider Electric Comparer les dispositions radiales et en anneau.
En reprenant la même configuration à trois postes de transformation, imaginons qu'un défaut de câble se produise sur le tronçon situé entre le RMU 1 et le RMU 2. Avant le défaut, ce tronçon achemine l'alimentation provenant de la ligne de distribution A vers le RMU 2. Le défaut qui en résulte peut déclencher la ligne de distribution et interrompre l'alimentation des deux postes de transformation alimentés par ce côté jusqu'à ce que le réseau soit reconfiguré.
Dans cet exemple, le courant de défaut est coupé par le disjoncteur de l’alimentation en amont, et non par les seaux de coupure en charge seuls. Il s’agit là d’une distinction essentielle. Le seau de coupure en charge d’une RMU peut s’ouvrir et se fermer sous charge, mais l’interruption effective du courant de défaut nécessite un dispositif de protection adapté, généralement situé au niveau du disjoncteur d’alimentation en amont. Les circuits en boucle constituent les points de sectionnement. Dans l’état de réseau isolé illustré, le circuit de la RMU 1 faisant face à la RMU 2 et celui de la RMU 2 faisant face à la RMU 1 sont tous deux ouverts, ce qui place le câble défectueux en dehors des chemins d’alimentation rétablis aux deux extrémités. La section défectueuse reste hors service. Ceci décrit l’état représenté sur le schéma, plutôt que la procédure de commutation ou de localisation de défaut suivie par l’opérateur.
Dans l'état de rétablissement possible, le conducteur d'alimentation A alimente à nouveau le RMU 1 depuis sa direction d'origine. Le câble entre le RMU 1 et le RMU 2 reste isolé et hors service. Le point auparavant ouvert entre le RMU 2 et le RMU 3 est fermé dans cet état ; le conducteur d'alimentation B alimente donc à la fois le RMU 3 et le RMU 2 via le chemin de contournement. Le transformateur de l’unité RMU 2 est à nouveau alimenté par sa voie de transformateur, désormais alimentée depuis l’alimentation B via l’unité RMU 3. Le schéma n’implique pas un service ininterrompu pendant le défaut et le rétablissement.
Manuel de distribution d'Horizon Power documents présentant les concepts de sectionnement et d'alimentation alternée.
Ce scénario est soumis à certaines conditions qui doivent être remplies avant qu’il ne puisse se concrétiser. La ligne d’alimentation d’où provient l’alimentation de secours doit disposer d’une capacité suffisante pour supporter la charge transférée en plus de sa charge existante. La coordination des protections doit être adaptée à cette nouvelle configuration d’alimentation. Enfin, le réseau doit être conçu et homologué pour ce type de reconfiguration. La planification de l’alimentation de secours, telle qu’illustrée dans Le plan de distribution d'Xcel Energy, tient explicitement compte de la charge de l'alimentation pour déterminer si un raccord normalement ouvert est capable de supporter la charge transférée.
Aucune procédure de commutation n'est sous-entendue ici, et aucune garantie de continuité ne découle de la topologie. L'illustration montre ce que le réseau permet lorsque les conditions sont réunies : des câbles en bon état, une capacité disponible, une coordination de protection acceptable et un schéma d'exploitation approuvé. L'automatisation de la séquence de commutation est une option système distincte qui nécessite un équipement supplémentaire et n'est pas inhérente à l'unité RMU elle-même.
Avant de définir les spécifications d'une RMU ou de procéder à son acquisition, le schéma unifilaire du projet doit répondre à quatre exigences distinctes.
Schéma du réseau. Indiquez chaque voie et son état normal sur le plan du projet. Identifiez quelle voie en boucle est orientée vers quelle direction de câble, quelle voie est raccordée au transformateur et où se situe le point normalement ouvert dans la boucle. Un schéma ambigu conduit à des spécifications erronées — par exemple, considérer une position de la voie en boucle comme une position de la voie du transformateur, ou spécifier un simple sectionneur de charge là où une protection est nécessaire.
Caractéristiques techniques des équipements. Chaque voie de l'unité de couplage (RMU) est soumise à des contraintes définies par le projet : niveau de tension, intensité nominale continue et contraintes de court-circuit. Les valeurs nominales de fermeture, de résistance de courte durée et de coupure décrivent des fonctions différentes ; une voie en boucle de coupure de charge ne doit pas être considérée comme un interrupteur de défaut simplement parce qu'elle présente une valeur nominale de fermeture ou de résistance au court-circuit. L'étude du réseau du projet détermine ces valeurs ; elles ne sont pas interchangeables entre différents emplacements sur l'anneau ni entre différents niveaux de tension. Les caractéristiques spécifiques d'une voie donnée doivent être vérifiées par rapport aux exigences de l'étude du réseau du projet, et non déduites à partir de la désignation d'une gamme de produits.
Protection du circuit d'alimentation. Identifier le dispositif de protection du poste de transformation requis par la coordination de la protection du réseau. Une combinaison coordonnée interrupteur-fusible assure les fonctions de protection et de commutation spécifiées. Un disjoncteur équipé d’un relais adapté peut offrir des caractéristiques de protection et des fonctions de déclenchement sélectionnées ; la commande à distance nécessite les mécanismes, l’alimentation auxiliaire et les interfaces spécifiés. Aucune étiquette de protection ne permet à elle seule de déterminer quelles fonctionnalités d’automatisation sont incluses. Ce choix relève de l’ingénierie de protection et non d’une simple préférence, et le dispositif sélectionné doit être coordonné avec la protection de l’alimentation en amont.
Catalogue SafeRing d'ABB donne des exemples de circuits transformateur-alimentation utilisant une combinaison interrupteur-fusible ou un disjoncteur et un relais.
Interfaces de câbles. La configuration des raccordements de câbles à chaque extrémité — section des conducteurs, niveau d’isolation, sens d’entrée des câbles, type de raccordement — doit être conforme au cahier des charges du projet en matière de câblage et à la conception du boîtier de raccordement de l’appareillage. Les interfaces sur site, notamment l’espace nécessaire au rayon de courbure des câbles, les dispositifs de mise à la terre et l’accès pour les raccordements et les essais, doivent être validées avant la commande des équipements.
L'indication et la commande à distance — retour d'information sur la position, alarme à distance ou commutation à distance — sont des options qui viennent s'ajouter aux exigences en matière d'interface électrique et de communication. Si le projet les requiert, elles doivent figurer dans le cahier des charges. Si elles ne font pas partie du plan d'exploitation actuel, il convient d'examiner explicitement leur coût, les travaux d'interface nécessaires et toute utilisation future prévue, plutôt que de les considérer comme des exigences automatiques. La capacité de surveillance à distance n’équivaut pas à un rétablissement automatique en cas de défaut ; il s’agit d’une fonction au niveau du système nécessitant des équipements et des travaux d’ingénierie supplémentaires, au-delà de l’unité de mesure et de commande (RMU) elle-même.
Pour plus d'informations sur les types d'appareillages de commutation MT et les configurations de réseaux en boucle utilisées dans la distribution secondaire, consultez le site d'SUBIA : Appareillage moyenne tension Cette page présente les options de montage disponibles, notamment les appareillages de commutation en réseau en anneau. Pour l'ensemble d'équipements plus complet d'un poste secondaire, Qu'est-ce qu'un poste de transformation préfabriqué ? traite des relations entre l'appareillage de commutation, le transformateur et l'enceinte. Pour la terminologie générale relative à l'appareillage de commutation, Qu'est-ce qu'un appareillage électrique ? fournit une base pour les distinctions au niveau de l'assemblage utilisées tout au long de cet article.
Lors de la comparaison des propositions, examinez séparément les modalités de protection ainsi que les obligations de fabrication, de résistance et de rupture. Une simple tension nominale ou une référence de gamme de produits ne suffit pas à répondre à toutes ces exigences.
Un RMU assure la commutation des circuits moyenne tension et peut intégrer une protection pour une ligne d'alimentation de transformateur. Le transformateur assure la conversion de tension entre les circuits qui lui sont raccordés.
Le point normalement ouvert interrompt la connexion électrique entre les deux sections d'alimentation à cet endroit. Dans la configuration illustrée, chaque section dispose de son propre circuit d'alimentation normal.
Un circuit en boucle ouverte peut offrir aux sections en bon état un autre chemin d'alimentation une fois que la section défectueuse a été isolée. Une coupure de courant peut toutefois se produire. Le rétablissement dépend de la capacité disponible, des dispositifs de protection et de la configuration approuvée du réseau.
La protection des lignes d'alimentation des transformateurs dépend du projet. On peut citer, à titre d'exemple, une combinaison coordonnée interrupteur-fusible et un disjoncteur équipé d'un relais de protection. Vérifiez que la configuration choisie est conforme aux exigences de protection du projet.
