Elia un monde plein d’Ênergie
Table des matières
> Elia : au centre du marché de l’électricité
p. 1
> Gestionnaire de réseau : une tâche à multiples facettes
p. 2
> Notre électricité : du courant alternatif triphasé
p. 3
> La voie de l’électricité Les lignes aériennes Les câbles souterrain
p. 4 p. 4 p. 6
> Un grand réseau européen
p. 8
> Le réseau Elia : une toile d’araignée de liaisons et de nœuds
p. 10
> Gérer le système électrique 24 heures sur 24
p. 11
> Soutenir le fonctionnement sûr du réseau
p. 12
> Un réseau en évolution permanente
p. 13
> Gérer les projets de développement de A à Z
p. 14
> Un entretien professionnel pour un réseau fiable
p. 15
> Les raccordements à haute tension
p. 16
> Les postes à haute tension
p. 18
> Les éléments à haute tension
p. 20
> Installations à basse tension
p. 24
> Sécurité dans un environnement à haute tension
p. 26
> Haute tension et champs électromagnétiques
p. 27
Elia un monde plein d’énergie
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Elia
au centre du marché de l’électricité
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Dans un marché de l’électricité libéralisé, les différents acteurs (producteurs et fournisseurs en Belgique et à l’étranger) peuvent se faire concurrence. Pour cela, tous ces acteurs doivent pouvoir utiliser les réseaux d’électricité d’une même manière objective et transparente pour transporter l’électricité jusqu’aux consommateurs. Elia, en tant que gestionnaire du réseau de transport d’électricité en Belgique, rend possible ce transport sur notre réseau à haute tension. Elia est le gestionnaire du réseau belge à haute tension, de 380 kV à 30 kV. L’entreprise joue un rôle central au sein du marché de l’électricité et pour l’approvisionnement en énergie de notre pays. Le réseau d’Elia est l’indispensable chaînon pour amener l’électricité des producteurs d’électricité en Belgique et à l’étranger jusqu’aux différents types de consommateurs. Elia transporte l’électricité à haute tension sur ce réseau, des centrales électriques jusqu’aux grands consommateurs industriels – ceux-ci sont raccordés directement au réseau haute tension – et jusqu’aux installations des gestionnaires de réseaux de distribution, qui continuent à distribuer l’électricité à moyenne et à basse tension, jusque dans les PME et dans les familles. Elia entretient le réseau à haute tension et poursuit son développement pour continuer à répondre aux besoins du marché et de la communauté. Vu son positionnement central et unique au sein du marché de l’électricité, Elia occupe également une place privilégiée pour assumer le rôle de facilitateur du marché. Cela signifie qu’Elia met tout en œuvre pour permettre une circulation fluide de l’énergie et pour que la libre concurrence s’opère aussi bien que possible dans un marché libre de l’électricité. Elia offre aux acteurs du marché des services qui rendent aisé l’accès au réseau et au marché.
France Pays-Bas Luxembourg… IMPORT
France, Pays-Bas Luxembourg… EXPORT
ELIA
Lourde et moyenne industrie
Distribution de 15 kV à 230V Producteurs d’électricité
Transport 380 à 30 kV
PME, professionnels Familles
Production décentralisée
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On peut comparer la gestion du réseau à haute tension à la gestion d’un réseau routier, avec des autoroutes, des routes plus importantes et moins importantes, et les échangeurs nécessaires. Il faut veiller à fluidifier le trafic, à éviter les embouteillages et à assurer le bon déroulement du trafic, en toute sécurité. C’est le rôle des dispatchings, les ‘contrôleurs du trafic’. Le réseau routier doit aussi être régulièrement entretenu pour rester en bon état. Et pour faire face à l’augmentation du flot de véhicules, le réseau devra éventuellement être étendu. Tout ceci s’applique également au réseau de transport à haute tension.
GESTIONNAIRE DE RÉSEAU
une tâche à multiples facettes
En tant que gestionnaire du réseau de transport d’électricité, Elia s’occupe de gérer ce réseau à haute tension. A ce titre également, Elia a une mission qui a été définie par la loi. Le gestionnaire du réseau à haute tension doit en effet donner accès à son réseau à tous les acteurs du marché qui le souhaitent, d’une manière identitique, objective et transparente. Ces acteurs du marché sont des producteurs nationaux et étrangers, des gestionnaires de réseaux de distribution, des fournisseurs d’électricité et des traders. Elia se charge du développement et de l’entretien de l’infrastructure à haute tension et veille à l’écoulement fiable de l’électricité sur son réseau. Elia se charge également de l’organisation des transports d’énergie sur son réseau : elle organise l’accès de tous les utilisateurs du réseau, de manière transparente et objective. Elia joue dès lors un important rôle dans le développement du marché libre de l’électricité, en mettant des services à disposition et en prenant des initiatives qui contribuent au fonctionnement fluide du marché de l’électricité. Lorsqu’elle développe toutes ces activités, Elia a toujours à l’œil l’intérêt du marché, des consommateurs et de la collectivité. Quelques exemples : la création d’un Hub, une plate-forme d’échange d’énergie où les acteurs du marché peuvent échanger de l’énergie entre eux, ou encore la création d’une bourse belge de l’énergie, couplée aux bourses de l’énergie néerlandaise et française, et sur laquelle on peut négocier anonymement de l’électricité qui sera livrée le jour suivant ou le jour même. De telles initiatives contribuent à un meilleur fonctionnement du marché et à des prix plus favorables de l’énergie pour les consommateurs. Mais, outre ses activités sur le marché belge de l’électricité, Elia déploie également ses activités sur le plan européen : Elia participe à une série d’importants projets européens, notamment l’extension du couplage des marchés à cinq pays par le biais des bourses de l’énergie.
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NOTRE ÉLECTRICITÉ
du courant alternatif triphasé 12
L’énergie qui est produite dans les centrales électriques et qui est transportée sur le réseau à haute tension et les réseaux à moyenne et à basse tension est du courant alternatif triphasé. En Europe, la fréquence est de 50 Hertz. Ce qui signifie 50 cycles par seconde. Par rapport aux systèmes monophasés, les systèmes triphasés présentent l’avantage de permettre un transport plus efficace de l’énergie : il faut moins de matériau conducteur et les alternateurs et les moteurs peuvent atteindre un rendement accru.
Ptotal =
10
P1
P2
P3
8 6 4 2 0 -2 -4
0
60
i1
120
180
i2
240
300
i3
360
Le principe du courant alternatif triphasé reste maintenu aux différents niveaux de tension jusque dans les réseaux à basse tension. Dans les logements, il peut y avoir des circuits monophasés et triphasés.
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La voie de l’électricité Les lignes aériennes
Tout comme dans le réseau routier, il y a dans le réseau de transport à haute tension différentes sortes de routes, et chacune se caractérise par un niveau de tension. Le niveau de tension le plus élevé, 380 kV, correspond aux autoroutes ; le réseau 150 kV correspond quant à lui aux nationales et le 70 kV aux routes régionales, etc.
Pour transporter avec efficacité l’électricité depuis la centrale de production jusqu’aux logements, la loi suivante joue un grand rôle :
La puissance est égale à la tension multipliée par l’intensité du courant et le facteur de puissance.
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Pour cela, nous disposons d’un réseau de lignes aériennes et de câbles souterrains, reliés entre eux par des nœuds (postes à haute tension, postes à moyenne tension et cabines à basse tension). Les centrales électriques fournissent, à l’extrémité de l’alternateur, une puissance à une tension de quelque 20 kV. Si nous voulons transporter efficacement de grandes puissances sur une grande distance, nous devons le faire à la tension la plus élevée possible, pour ainsi limiter au minimum l’intensité. En effet, nous évitons ainsi d’importantes pertes d’énergie et une série de problèmes techniques liés à ces pertes (échauffement). Pour le transport sur une grande distance, nous allons donc augmenter la tension le plus possible : 380 kV, 220 kV, 150 kV. En effet, pour une même puissance, plus la tension est élevée, plus nous observons que l’intensité est fiable et que les pertes d’énergie sont limitées.
A présent, pour amener l’énergie auprès des différents types de consommateurs, nous allons devoir la ramener aux niveaux de tension dont ont besoin ces consommateurs. Selon les cas, il faudra une ou plusieurs transformations successives : à 70 kV, 36 kV, 30 kV, 15 kV, 12 kV, 6 kV et finalement 230 V, la tension de nos foyers. Ces transformations se font dans des transformateurs de puissance, successivement dans les postes à haute tension d’Elia et dans les postes à moyenne tension des gestionnaires de réseau de distribution. Les réseaux d’électricité constituent ainsi le lien indispensable entre le producteur et le consommateur.
La voie de l’électricité Les câbles souterrain
Pour transporter avec efficacité l’électricité depuis la centrale de production jusqu’aux logements, la loi suivante joue un grand rôle :
La puissance est égale à la tension multipliée par l’intensité du courant et le facteur de puissance.
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Haute tension Moyenne tension Basse tension
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Un grand réseau européen
Doel
Woe Wo W oesty oe oesty sty yne ne Lestarquit Le Ave A Av Avelin vvelin li
Chooz
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Nous pouvons rouler en voiture sur un grand réseau routier européen. De façon analogue, il existe un grand réseau à haute tension européen : le réseau UCTE (Union pour la Coordination du Transport d’Electricité), au sein duquel l’électricité circule librement. Le réseau d’Elia fait partie de ce grand réseau interconnecté européen de l’UCTE. L’UCTE est une association de coopération technique entre les gestionnaires de réseau de transport d’électricité de 24 pays du continent européen, qui exploitent leurs réseaux comme un seul grand ensemble dans lequel l’énergie circule librement. Ce réseau UCTE est exploité de manière synchrone : cela signifie que la fréquence est identique sur tout ce réseau et que toute fluctuation suite à un déséquilibre entre production et consommation se ressent de la même façon sur tout ce réseau. Tous les gestionnaires de réseau contribuent de manière équivalente au bon fonctionnement de ce réseau européen et appliquent les mêmes critères techniques d’exploitation. Par sa grande échelle, il permet une stabilité accrue du réseau et une plus grande sécurité d’approvisionnement. Au sein d’un tel grand réseau, un incident, tel que le brusque déclenchement d’une centrale de production, peut en effet être compensé beaucoup plus aisément. Mais un incident peut également s’étendre à une plus grande partie du réseau.
Légende Centrales et postes HT: Centrale hydraulique Parc d’éoliennes
Liaisons : Ligne 380-400 kV Ligne 300-330 kV Ligne 220 kV
Centrale thermique
Ligne 132-150 kV
Poste à haute tension
Liaison courant continu
Poste + centrales
Interconnexion pour tension < 220kV Tension
Poste de conversion
Tension provisoire
En construction
Un circuit En construction Double circuit Double circuit avec un circuit monté ≥ 3 circuits
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LE RÉSEAU ELIA
une toile d’araignée de liaisons et de nœuds
Le réseau à haute tension géré par Elia compte quelque 8.400 km de lignes aériennes et de câbles souterrains à haute tension ainsi que quelque 800 postes à haute tension. Les lignes 380 kV forment l’épine dorsale du réseau belge et européen. C’est par le biais de ces lignes que s’opèrent les échanges d’énergie internationaux. A ce réseau sont notamment reliées les centrales nucléaires de Doel et de Tihange ainsi que la centrale hydraulique à pompage de Coo. Elia a également des interconnexions à 220 kV avec la France. Les réseaux à 150 kV et de tension inférieure que gère Elia transportent l’électricité vers les centres de consommation importants. Les gestionnaires des réseaux de distribution répartissent l’énergie à des tensions plus basses (15 kV et moins), jusqu’aux PME et aux familles. Le réseau d’Elia est comparable à une toile d’araignée très maillée et complexe, comportant des boucles à un même niveau de tension et entre niveaux de tension. De cette manière, il est possible d’alimenter les consommateurs par diverses voies, ce qui offre une grande sécurité de fourniture.
Lignes électriques TENSION
SOUTERRAINES
AÉRIENNES
TOTAL
(kV)
(km)
(km)
(km)
380
891
891
220
297
297
150
410
2.014
2.424
70
292
2.405
2.697
36
1.922
8
1.930
30
141
26
167
2.765
5.641
8.406
Total
données au 31 décembre 2007
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Gérer le système électrique 24 heures sur 24 Pour permettre une circulation fluide, le flot des voitures sur le réseau d’autoroutes est surveillé par des dispatchings qui, si nécessaire, peuvent intervenir et dévier le trafic. C’est également le cas pour les flux d’électricité sur le réseau à haute tension : c’est le rôle des dispatchings ou centres de contrôle d’Elia.
Les dispatchings peuvent visualiser sur des écrans chaque élément du réseau : chaque liaison et chaque poste, avec les jeux de barres, les couplages, les transformateurs etc. sont représentés et peuvent être examinés dans les détails, permettant une intervention à distance.
Ils surveillent 24 heures sur 24 le bon fonctionnement du système électrique.
Les dispatchings disposent également, pour toutes les liaisons et les postes à haute tension, de données chiffrées en temps réel concernant les paramètres importants qui sont garants d’une fourniture d’électricité stable et de qualité :
Par système électrique, il faut comprendre le réseau à haute tension avec tous les éléments pour permettre l’écoulement de l’électricité : unités de production qui injectent de l’électricité et consommateurs qui prélèvent de l’énergie à différents niveaux de tension ; les liaisons et interconnexions internationales qui relient le réseau aux pays voisins, ainsi que les liaisons avec les réseaux à des tensions plus faibles. Elia veille 24 heures sur 24 au bon fonctionnement du réseau et à la gestion des flux d’énergie et règle l’équilibre entre production et consommation dans la zone de réglage belge. Le réseau belge à haute tension est géré par Elia et fait partie d’un réseau européen plus grand. Les échanges d’énergie avec les pays voisins sont également importants pour un transport sûr, fiable et stable de l’électricité. Cette gestion est aussi planifiée à moyen et long terme. Les quatre centres de contrôle (‘dispatchings’) d’Elia sont les aiguilleurs du trafic de l’électricité qui surveillent et gèrent le réseau à haute tension 24 heures sur 24. Le dispatching national se trouve à Linkebeek ; les trois dispatchings régionaux sont situés à Anvers (Merksem), Bruxelles et Namur. Le dispatching national gère les liaisons interfrontalières et est le seul responsable du réseau de tension 380 kV. Il régle l’équilibre global entre production et consommation dans la zone de réglage belge (le réseau belge) et coordonne le fonctionnement des trois centres régionaux. Les dispatchings régionaux surveillent chacun dans leur région les réseaux à des tensions inférieures (220 kV jusque 30 kV). Ils sont en contact direct avec les consommateurs industriels qui sont raccordés au réseau d’Elia et ils exécutent de nombreuses manœuvres de mise en service et hors service.
> l’équilibre de la zone de réglage d’Elia ; > la fréquence (identique sur tout le réseau européen) ; > l’énergie active ; > l’énergie réactive ; > La tension. Ils disposent également des données en temps réel de toutes les installations de production qui injectent dans le réseau d’Elia. Les dispatchings peuvent intervenir dans la topologie du réseau et peuvent demander des modifications dans la production des centrales (puissance active et réactive). Ils peuvent aussi délester – c’est-à-dire interrompre la fourniture – des consommateurs qui ont passé un contrat à cet effet avec Elia. Les dispatchings peuvent directement, à distance, mettre des éléments à haute tension en service et hors service, et ainsi modifier la topologie du réseau. Ils le font pour éviter des congestions (surcharge) ou pour effectuer des travaux. En couplant et découplant les différents jeux de barres (voir plus loin) dans un poste à haute tension, le dispatching peut jouer sur la résistance du courant alternatif ou impédance. Des transformateurs à décalage de phase, également appelés transformateurs déphaseurs, permettent également de mieux répartir les flux et d’éviter ainsi des congestions. Ces transformateurs assurent un décalage des angles de phase entre les trois phases et agissent ainsi comme une sorte de robinet qui peut ‘doser’ les flux d’énergie.
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Soutenir le fonctionnement sûr du réseau Tout comme les usagers de la route ont la responsabilité de veiller à la sécurité du trafic, les utilisateurs du réseau doivent eux aussi contribuer à un fonctionnement fiable du réseau. Pour permettre une fourniture d’électricité sûre et de qualité à tous les consommateurs, le fonctionnement du réseau à haute tension d’Elia nécessite la mise en œuvre de services auxiliaires. Ils sont pour une large part fournis par des utilisateurs du réseau : unités de production et clients raccordés au réseau. Elia achète ces services sur une base contractuelle.
Equilibre permanent
Maintenir la tension à niveau
Comme elle ne peut pas être stockée, si ce n’est par le biais de batteries, l’électricité doit être produite au moment de sa consommation et précisément dans les quantités exigées. Si la consommation est supérieure à la production, la fréquence chute. A l’inverse, elle augmentera si la production est supérieure à la consommation. Un déséquilibre dans le réseau d’interconnexion européen influencera la fréquence sur tout ce réseau de la même façon. En tant que gestionnaire du réseau belge, Elia est responsable de l’équilibre global dans sa zone de réglage.
Elia doit régler la tension pour pouvoir maintenir en permanence un bon niveau de tension dans toutes les parties de son réseau. La tension est une donnée locale et peut donc varier en fonction de l’emplacement dans le réseau. Elle dépend de différents facteurs, dont certains sont liés au réseau même et d’autres sont liés aux utilisateurs du réseau. C’est ainsi qu’elle est influencée par la composition du réseau (lignes aériennes – câbles souterrains), la charge sur la liaison pour les différents types d’installations raccordées au réseau, dont certaines absorbent de l’énergie réactive tandis que d’autres par contre en injectent.
Dans la mesure où Elia ne possède pas d’installations de production, elle demande aux utilisateurs du réseau (producteurs et clients) d’assurer une série de services afin de maintenir l’équilibre. > réserve primaire : une réserve immédiate est activée dans les 15 secondes lorsque la fréquence du réseau européen présente des fluctuations dues à un déséquilibre entre production et consommation (par exemple suite à la défaillance soudaine d’une unité de production). Le gestionnaire du réseau chez qui survient ce déséquilibre peut compter sur le concours solidaire, grâce à la réserve primaire, de tous les gestionnaires de réseaux de transport européens. Elle est fournie jusqu’à 15 minutes après l’incident. > réserve secondaire : elle peut être activée dans les 15 à 30 secondes pour rétablir l’équilibre dans la zone de réglage (le réseau belge). Elle doit avoir remplacé la réserve primaire après 15 minutes. > réserve tertiaire : elle peut être utilisée pendant une période plus longue (jusqu’à 12 heures) pour absorber de longs déséquilibres ou des congestions (surcharges). Des unités de production fournissent cette réserve en injectant de l’énergie, les clients en délestant (réduisant) une certaine puissance sur une base contractuelle pendant une période prédéterminée.
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Elia a, dans différents postes à haute tension, des batteries de condensateurs pour soutenir la tension. La tension peut aussi être adaptée en réglant des transformateurs (par ‘paliers’). Elia doit aussi faire appel aux centrales de production pour fournir de l’énergie réactive ou pour en absorber afin de soutenir la tension.
Redémarrer le réseau après un black-out S’il devait y avoir une panne sur tout le réseau belge à la suite d’un gros incident, certaines centrales de production doivent pouvoir démarrer sans avoir d’abord besoin d’énergie venant du réseau. C’est le service black start, que certaines centrales bien déterminées fournissent à Elia. Il y a, à certains endroits du réseau, des centrales qui assurent ce service à Elia.
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Un réseau en évolution permanente
Tout comme le réseau routier est étendu afin de l’adapter au trafic accru, le réseau à haute tension est lui aussi développé et amélioré sans cesse. Quant au transport de l’électricité, il évolue en permanence : de nouveaux consommateurs apparaissent; dans le marché libéralisé, le trafic international se développe... Développer et améliorer le réseau, afin qu’il rencontre toujours les besoins – changeants – du marché et de la société : c’est aussi une importante mission d’Elia. Elia effectue ces développements suivant des plans de développement et d’investissement qui sont soumis à l’approbation des instances compétentes (fédérales ou régionales). Elia investit en continu dans l’amélioration, le renouvellement et l’extension de son réseau. Les principaux moteurs des investissements sont : > l’évolution de la demande d’électricité en Belgique ; > l’ouverture du marché de l’électricité par l’augmentation de la capacité d’échange internationale ; > l’indépendance du réseau par rapport aux lieux de production ; > les options des autorités concernant la politique de l’énergie et du développement durable, notamment le raccordement d’unités de production décentralisées et renouvelables, entre autres les parcs éoliens en mer ; > le remplacement d’anciennes installations, dans le but d’augmenter le rendement ; > le raccordement de nouveaux clients – utilisateurs du réseau, etc. Les investissements d’Elia répondent à trois objectifs : > énergie : veiller à un transport fiable de l’électricité à long terme, en tenant compte des évolutions en matière de production, de consommation et de dispersion géographique ; > environnement : opter pour des solutions durables ; > économie : tendre vers le tarif de transport le plus avantageux pour l’utilisateur final.
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Gérer les projets de développement de A à Z
Pour chercher les solutions économiques les mieux adaptées pour l’extension et l’amélioration du réseau routier, on fait appel à des bureaux d’ingénierie spécialisés. De même, les améliorations et les extensions du réseau à haute tension ainsi que son renouvellement se font sous la direction du bureau d’études spécialisé d’Elia. Le bureau d’études techniques d’Elia, Bel Engineering, gère les projets de développement d’Elia de A à Z : étude préliminaire, concept et choix des matériaux utilisés, projet, demande et suivi des diverses autorisations, choix des entrepreneurs, coordination des travaux, surveillance de chantier, réception des travaux. Les chefs de projet de Bel Engineering sont responsables de projets, du début à la fin. Il peut s’agir de postes à haute tension ou de liaisons à haute tension, aériennes et souterraines. Les designers ébauchent les projets et veillent à les actualiser. Ils ont différentes spécialités : haute tension et basse tension.
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Un entretien professionnel pour un réseau fiable Pour que les transports soient sûrs et fluides, il importe que nos routes restent en bon état et soient réparées si elles sont endommagées. Il en va de même pour le réseau à haute tension. Tous les composants du réseau sont régulièrement contrôlés et entretenus par les techniciens d’Elia afin de continuer à fonctionner parfaitement et de permettre un approvisionnement sûr en électricité. Les techniciens d’Elia sont prêts à intervenir à tout moment en cas de défaut ou de dommage. Elia se charge de l’entretien et de la maintenance des installations à haute tension (à des niveaux de tension allant de 30 kV à 380 kV) : lignes, câbles, transformateurs, etc. Cet entretien peut être subdivisé en 2 types de tâches : > entretien préventif : il s’agit des contrôles, des entretiens et des révisions qui sont prévus; > entretien curatif : ce sont les interventions et les réparations en cas de défaut et de sinistre.
Elia peut compter à ce niveau sur quatre disciplines d’entretien différentes : > haute tension : les tâches d’entretien aux installations à haute tension des postes à haute tension : transformateurs, disjoncteurs, sectionneurs, transformateurs de mesure, etc. ; > basse tension : tous les appareils à basse tension des postes à haute tension : protections, automatismes, systèmes auxiliaires, commandes à distance, etc. ; > lignes et câbles : entretien des liaisons à haute tension : lignes aériennes et pylônes, câbles souterrains avec les installations correspondantes ; > de plus, les services d’entretien d’Elia se chargent aussi des travaux d’entretien généraux sur les sites Elia et à proximité des installations à haute tension – travaux d’élagage, de nettoyage,... – et ils encadrent les travaux et les projets sur le site.
Les spécialistes de l’entretien d’Elia effectuent aussi, sur commande, des tâches d’entretien aux installations à haute tension des utilisateurs du réseau d’Elia. Certains éléments du réseau à haute tension ont une longue durée de vie, jusqu’à 50 ans. D’autres éléments (notamment les appareils électroniques à basse tension) ont une durée de vie beaucoup plus courte et connaissent une évolution technologique très rapide. D’où le fait que le réseau ne compte pas seulement un large éventail d’appareils différents mais aussi de nombreuses technologies différentes. C’est pourquoi Elia dispose aussi de son propre département d’expertise, avec des spécialistes qui déterminent les politiques d’entretien particulières pour chaque type et sorte d’appareil. Elia a également son propre centre de formation technique, appelé Education Center, où les techniciens d’entretien peuvent apprendre les différentes techniques et s’y exercer.
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Les éléments du réseau à haute tension Dans l’analogie avec le réseau routier, nous devrions comparer le poste à haute tension à un échangeur. Mais pour bien comprendre comment s’agence et fonctionne le réseau à haute tension, avec ses liaisons et ses postes à haute tension, nous proposons une autre analogie intéressante, qui nous permet d’entrer davantage dans les détails : le tableau de distribution électrique chez nous ou dans une installation industrielle. Un tableau de distribution électrique a en effet la même fonction qu’un poste à haute tension ; la seule différence, c’est qu’il est plus petit et que sa tension est plus basse. La puissance électrique arrive via une ou plusieurs canalisations et est répartie sur différents circuits électriques, par les câbles électriques ou les canalisations qui se trouvent entre les disjoncteurs et, par exemple, les prises de courant. Tant les feeders que les départs du tableau de distribution sont protégés par des disjoncteurs qui veillent à ce que des appareils défectueux (soit l’appareil lui-même, soit la ligne sur laquelle il est raccordé) soient mis hors circuit. Dans les installations industrielles, ces tableaux sont également équipés d’appareils de mesure. Le réseau à haute tension se compose, d’une part, de liaisons à haute tension et, d’autre part, de postes à haute tension. Dans les liaisons à haute tension, nous distinguons deux grandes familles : les liaisons de surface ou lignes aériennes et les liaisons souterraines, également appelées tout simplement ‘câbles’. Elles ont toutes deux la même fonction : transporter l’énergie sur une certaine distance, depuis les centrales électriques jusqu’aux postes à haute tension, et depuis ces postes jusqu’aux grands consommateurs et aux installations à moyenne tension des gestionnaires de réseaux de distribution. Dans notre tableau de distribution, elles forment des circuits. Les postes à haute tension sont des nœuds dans le réseau, où l’on peut faire le couplage vers divers raccordements et où l’énergie peut être transformée à différents niveaux de tension. Un poste à haute tension est donc comparable au tableau de distribution de l’installation basse tension de notre maison.
câble de garde
1 terne
boules de signalisation rouges ou blanches
isolateur phase (3 phases = 1 terne)
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Les raccordements à haute tension
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L E S L IG N E S AÉ RI E N N E S Une liaison à haute tension aérienne est réalisée à l’aide de ternes de conducteurs métalliques, qui sont soutenus par des pylônes ou mâts. Un terne se compose de trois conducteurs – ou phases –, qui transportent ensemble du courant alternatif triphasé. La longueur d’une portée peut varier mais, pour les lignes de 380 kV à 150 kV, elle est comprise entre 300 et 600 m.
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LES C ÂB LES SOUTERR AINS Des câbles souterrains sont le plus souvent placés dans le sol le long de l’infrastructure (voie publique). Dans ce cas, il y a souvent le long du même trajet d’autres canalisations d’utilité publique. Mais on trouve aussi des liaisons plus longues en milieu non urbain.
Selon le niveau de tension, il y a 1 ou 2 ternes, voire parfois 3 ou 4.
Ils sont généralement enterrés à une profondeur de 80 cm à 1,20 m.
Généralement, il y a encore en haut un ou deux câbles de garde. Ils ont différentes fonctions :
Il y a dans le réseau des câbles souterrains à différentes tensions, jusque 150 kV.
> protéger la ligne contre un coup de foudre ;
Les liaisons souterraines se composent également de trois conducteurs, entourés d’un matériau isolant et d’une enveloppe protectrice. Il y a trois grandes familles de câbles :
> en cas de défaut, évacuer une partie du courant de défaut ; > permettre la transmission de données entre les poste grâce aux fibres de télétransmission dont ils sont souvent équipés. Les pylônes existent en différentes dimensions et formes, selon la façon dont les conducteurs sont attachés. Des chaînes d’isolateurs isolent les conducteurs des pylônes. Ils sont composés de séries de plateaux qui sont fabriqués à base d’un matériau isolant, généralement du verre et, parfois, de la porcelaine. Il y aura plus ou moins de plateaux selon la tension. Les conducteurs sont généralement constitués de torons en cuivre, en aluminium ou en alliage d’aluminium. Ils ne sont pas entourés d’un matériau isolant : l’air autour d’eux sert d’isolant.
> câbles unipolaires avec isolation synthétique en polyéthylène (PRC ou XLPE). C’est la technologie la plus récente ; à ces câbles sont souvent également incorporées des fibres optiques, qui permettent de surveiller la température (uniquement pour le 150 kV). > câbles unipolaires avec isolation papier imprégné d’huile liquide. Cette technique existe encore pour des câbles de 150 kV et 70 kV, mais disparaît progressivement pour des raisons environnementales. > câbles tripolaires sous gaine de plomb, avec papier imprégné, où les trois conducteurs sont ensemble dans un seul câble. Cette technique existe pour des tensions inférieures à 40 kV.
Ame circulaire rétreinte en aluminium Ecran sur âme Isolation PRC Ecran sur isolation Ruban gonflant SC Gaine de plomb Gaine PE
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Les postes à haute tension La structure d’un poste à haute tension Dans le poste à haute tension, nous retrouvons également le principe des 3 conducteurs (pour le courant alternatif triphasé). Un poste à haute tension, quel que soit le type de poste, est bâti autour d’un, deux ou même trois jeux de barres (donc 1, 2 ou 3 ensembles de 3 rails). Ils constituent la liaison commune pour les différentes travées, qui forment à leur tour le départ vers les transformateurs, les lignes aériennes ou les liaisons par câble à partir du poste à haute tension. On parle également de : travée ligne, travée câble, travée transformateur et travée de couplage. Un poste avec un seul jeu de barres présente l’inconvénient que tout le poste doit être mis hors service en cas de défaut sur ce jeu de barres. Quand il y a plusieurs jeux de barres, il est possible d’en mettre un hors service sans devoir couper tout le poste. De plus, il est possible de coupler ou de découpler les jeux de barre et d’agir ainsi sur la résistance du courant alternatif.
Les postes à haute tension correspondent donc, dans notre installation basse tension, au tableau de distribution même. Dans les grandes lignes, il y a deux familles de postes à haute tension : > les postes à haute tension isolés à l’air ou postes AIS (Air Insulated Stations) ; les postes à des tensions de 380 kV à 36 kV de ce type sont généralement des postes à l’air libre, tandis que les postes à des tensions plus basses sont d’ordinaire placés dans des bâtiments. > les stations blindées isolées au gaz (GIS ou Gas Insulated Stations) : ici, tous les éléments fonctionnels sont placés dans un ensemble complètement enveloppé, qui est isolé avec du gaz (généralement SF6). Vu le plus grand pouvoir isolant par rapport à l’air, ces installations peuvent être beaucoup plus petites, et l’ensemble prend beaucoup moins de place. 18
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Les éléments d’un poste à haute tension Dans les grandes lignes, les éléments d’un poste à haute tension peuvent être subdivisés en 2 grands groupes : > les éléments à haute tension Ce sont les éléments du poste à haute tension qui amènent le courant ; > les éléments à basse tension Ce sont ce que l’on appelle les installations auxiliaires, qui se chargent de toutes les fonctions de contrôle, de commande et de protection des éléments à haute tension.
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Les éléments à haute tension Le jeu de barres Les jeux de barres forment, dans le poste à haute tension, le point de raccordement commun entre les différentes travées (départs) et leurs éléments à haute tension (sectionneurs, disjoncteurs, appareillage de mesure) le long desquels les divers transformateurs et connexions sont raccordés. Dans les postes ouverts où l’air sert d’isolant, les jeux de barres sont réalisés sous la forme de câbles tendus ou d’un système de tubes. Dans les postes intérieurs ouverts (36 kV, 30 kV, moyenne tension), les jeux de barres sont composés de barres en cuivre. Chaque jeu de barres se compose à son tour de trois phases (rails). D’ordinaire, les trois phases sont placées en ligne les unes à côté des autres.
Sectionneurs Le sectionneur est le plus simple appareil de coupure. Il a principalement deux fonctions : > il crée, par une interruption visible, une distance isolante entre deux points d’un circuit électrique ; > il permet le raccordement d’un circuit à une source déterminée, en raccordant une travée à l’un ou à l’autre jeu de barres. Un sectionneur peut uniquement interrompre de la tension sans courant, et interrompre du courant sans différence de tension. Il peut donc être manipulé uniquement hors charge. Il existe différents types de sectionneurs, suivant la façon dont la coupure s’opère. Pour les niveaux de tension de 380 kV à 70 kV, ils sont de type pantographe, semi-pantographe ou rotatif. Pour les niveaux de tension de 36 kV à la moyenne tension, on utilise des sectionneurs de type à couteau mobile. 20
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Sectionneur de terre Les sectionneurs de terre ou couteaux de terre sont des outils de mise à la terre fixes utilisés dans les postes. Ils assurent le raccordement au réseau de mise à la terre dans le poste, ou son interruption. On peut ainsi relier une installation au potentiel du sol pour travailler en toute sécurité.
Disjoncteur Dans notre tableau de distribution, c’est le disjoncteur ou coupecircuit qui remplit cette fonction. Le disjoncteur peut, dans le circuit où il est monté en série, interrompre ou laisser passer tout courant. Ce peut être le cas hors charge, à charge normale ou sur un courant de défaut.
Il en existe différents types, selon le niveau de tension et la construction. Contrairement au disjoncteur dans notre tableau de distribution, où le bilame et la bobine de déclenchement par surintensité contrôlent la valeur du courant, le disjoncteur d’un poste à haute tension peut uniquement commuter mais pas protéger.
Transformateur de puissance Lorsque notre tableau de distribution électrique doit alimenter un appareil à un autre niveau de tension (par exemple 24 V), nous utilisons un transformateur (transfo de sonnerie par exemple) pour réduire la tension. C’est le rôle que joue le transformateur de puissance dans un poste à haute tension. Les transformateurs de puissance servent à transformer la tension d’un réseau précis (150 kV par exemple) en une tension d’un autre réseau (36 kV par exemple), et ce à haut rendement (99 %). Un transformateur de puissance est construit autour d’un noyau magnétique avec un bobinage primaire et un secondaire ; chacun avec un nombre différent de spires. La puissance du côté primaire est égale à la puissance qui peut être fournie du côté secondaire.
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La puissance nominale d’un transformateur est exprimée en MVA. Dans le réseau à haute tension, nous trouvons des transformateurs de 380/220 kV, 380/150 kV, 220/70 kV 150/70 kV et 150/36 kV ainsi que des transformateurs vers la moyenne tension : 220 kV/MT, 150 kV/MT, 70k V/MT et 36 kV/MT.
I1
U1
La connexion d’un transformateur (ses bobinages primaire et secondaire) se fait généralement selon deux systèmes de base : étoile - étoile ou étoile - triangle.
I2
N1
N2
U2
Dans les grandes lignes, les transfos 380/220 kV, 380/150 kV, 220/70 kV, 150/70 kV et 150/36 kV sont montés en étoile - étoile. Cela signifie que les bobinages primaire et secondaire sont reliés de la même façon. Un certain nombre de transfos 150/36 ou 30 kV et des transfos vers la moyenne tension (220 kV/MT, 150 kV/MT, 70 kV/MT et 36 kV/MT) sont montés en étoile - triangle. Un transformateur peut être réglé en plusieurs ‘paliers’ afin de régler la tension à un niveau optimal.
U1 x I1 = U2 x I 2 La tension est proportionnelle au nombre de spires ; le courant est inversement proportionnel au rapport des tensions.
U1/U2 = N1/ N2 donc
U2 = N2 / N1 x U1 et
I2 = N1/N2 x I1
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Les transformateurs doivent être refroidis. Le refroidissement se fait par circulation d’huile et à l’aide de ventilateurs.
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Transformateurs de mesure Comme nous l’avons déjà mentionné, il est possible de monter divers appareils de mesure sur les différents circuits. Pour les raccorder, il faut souvent des transformateurs qui permettent de réduire les valeurs des mesures à des valeurs acceptables pour l’appareil de mesure. Dans un poste à haute tension, c’est le rôle des transformateurs de mesure. Les transformateurs de tension (également appelés transformateurs de potentiel ou tout simplement TP) et les transformateurs de courant (également appelés transformateurs d’intensité ou tout simplement TI) sont des appareils qui réduisent la tension et l’intensité pour les amener dans la plage de mesure des différents appareils. Ce qui permet de mesurer la tension et l’intensité dans les circuits à haute tension. Ils ont souvent une série de noyaux et d’enroulements secondaires qui permettent de faire différents types de mesures, pour de multiples usages. Ils servent notamment aux mesures locales du tableau synoptique dans la salle à relais, ou donnent des télémesures qui sont traitées en paramètres chiffrés pour les besoins des dispatchings.
Parafoudre Le paratonnerre ou parafoudre est un appareil qui protège les différents éléments à haute tension contre les fortes ondes de tension, tant celles de nature atmosphérique (foudre) que les surtensions temporaires pendant des manœuvres. Ils sont surtout utilisés pour protéger les transformateurs et les transitions de lignes aériennes vers des lignes souterraines contre les surtensions dangereuses.
Batteries de condensateurs Les batteries de condensateurs ne peuvent pas être comparées à un élément de notre tableau de distribution à basse tension. Elles servent à soutenir la tension et à la maintenir à un niveau correct, ce qui n’est pas nécessaire dans notre installation domestique. Dans la mesure où l’énergie réactive est difficile à transporter, il importe de compenser l’énergie réactive absorbée le plus près possible de ses consommateurs. Les batteries de condensateurs se composent d’un grand nombre de condensateurs, montés en parallèle, qui compensent cette énergie réactive. Elles sont montées dans divers postes à haute tension.
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Installations à basse tension Comme nous l’avons indiqué pour le disjoncteur, le bilame et la bobine de déclenchement par surintensité sont des éléments qui permettent de contrôler la valeur du courant qui circule dans le circuit. Si cette valeur devient trop grande, il donnera un ordre de déconnexion au disjoncteur. Ce bilame est l’équivalent des protections dans le réseau à haute tension. Il faut tout une série de fonctions auxiliaires pour que le fonctionnement d’un poste à haute tension soit possible. Les installations à haute tension proprement dites permettent de faire transiter de l’électricité à des tensions élevées, mais ne disposent pas des informations pour intervenir de façon appropriée ; par exemple pour interrompre un circuit lors d’un incident. C’est à cela que servent les services auxiliaires du postes à haute tension, dont la majorité est montée dans la salle à relais. Ce sont des installations à basse tension, qui ont différentes fonctions.
Les protections Une protection sert à mettre un élément de réseau endommagé ou défectueux rapidement hors service, de manière sélective. Il en existe de nombreuses sortes. Certaines protections servent à protéger des éléments individuels du réseau (une ligne, un câble, un transformateur, …), d’autres servent à protéger dans leur ensemble de plus grandes entités comme les jeux de barres. Les transformateurs de mesure (TI et TP) servent aux données de mesure. Les principales protections sont : > les protections contre les courants de surcharge et les courtscircuits, avec notamment les protections à impédance et les protections différentielles. Nous faisons en outre une distinction entre : > les protections de backup : elles permettent de mettre hors circuit tous les disjoncteurs d’un jeu de barres lorsqu’un des disjoncteurs de ce jeu de barres refuse de se déconnecter sur ordre de ses protections ; > les réenclencheurs de lignes aériennes : veillent à un réenclenchement automatique immédiat lors du déclenchement d’une ligne aérienne. Si le défaut persiste, il y aura immédiatement un nouveau déclenchement ; si le défaut est momentané (éclair), la ligne peut rester normalement en service après réenclenchement. Mais si le défaut persiste, il y aura un déclenchement définitif. En d’autres termes, on essaie une seule fois de réenclencher car un défaut n’est pas toujours un coup de foudre momentané sans dégât ; cela peut également être une grue de chantier ou une montgolfière qui a heurté la ligne. Nous pouvons affirmer que l’utilisation de réenclencheurs augmente la sécurité du réseau (la continuité de la fourniture).
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Commande locale et à distance
Services auxiliaires
La commande et le contrôle d’un poste à haute tension se font principalement à distance, depuis le dispatching. Pour cela, le dispatcher dispose de l’information nécessaire sur l’état des éléments par le biais des mesures. Le dispatcher peut donner certains ordres d’enclenchement et de déclenchement. Mais un certain nombre d’actions ne peuvent se faire que localement (dans le poste à haute tension même) ; de plus, toutes les manœuvres doivent pouvoir se faire localement, en backup du dispatching.
Pour que toutes ces fonctions puissent fonctionner, le poste à haute tension doit disposer des sources d’énergie requises à basse tension. Elles comprennent principalement l’alimentation 110 V continu et 380 V alternatif.
La plupart des commandes dans le poste se font à partir d’un point central, le tableau synoptique de la salle à relais, qui représente l’ensemble du poste (schéma unifilaire). Y sont également groupées toutes les alarmes du poste.
Les éléments vitaux, les circuits de commande et de signalisation, les protections et l’alimentation des moteurs des appareils à haute tension fonctionnent avec du courant continu. Ils sont alimentés par des batteries, chargées avec du courant alternatif. C’est nécessaire pour pouvoir effectuer toutes les commandes en cas de coupure du courant dans le poste. L’alimentation 380 V alternatif sert principalement à l’éclairage, au chauffage, etc. du poste et des bâtiments.
Verrouillages
Télécommunication
Les verrouillages ont pour but d’éviter les fausses manœuvres. Il y a des verrouillages mécaniques, sur les appareils mêmes, et des verrouillages électriques, sur la commande à distance.
Il y a également dans le poste à haute tension des équipements de télécommunication, qui relient le poste au réseau de télécommunication Elia. La transmission de données concerne notamment les échanges avec le dispatching, l’échange de données entre les protections à distance, l’ouverture et le traitement de comptages et de mesures, etc.
Compteurs, appareils d’enregistrement Dans les postes se font également les différents comptages nécessaires à l’exploitation du réseau et à la facturation. Ils sont principalement subdivisés en comptages en temps réel et comptages quart-horaires. Sont également effectués différents enregistrements : perturbographie, enregistrement de la qualité de la tension, ... Ils sont importants notamment pour l’analyse des incidents et des défauts.
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Sécurité dans un environnement à haute tension
Le principal risque des installations à haute tension est l’électrisation ou l’électrocution (électrisation à issue fatale) par amorçage. A haute tension, ce peut même arriver sans contact direct : le non-respect de la distance de sécurité est déjà suffisant pour provoquer un amorçage. Plus la tension est élevée, plus la distance à respecter est grande. La règle empirique est de 1 cm par kV. C’est cependant difficile à évaluer. Elia demande donc au public de toujours respecter une distance de 10 mètres (directement ou indirectement) par rapport aux lignes et aux postes à haute tension à conducteurs nus, et de faire spécialement attention lors de sports et loisirs à risque : pêche à la ligne, cerfvolant, saut en parachute, parapente, etc. Des instructions spéciales s’appliquent aux personnes qui doivent travailler à proximité d’installations à haute tension, afin d’éviter les risques d’électrisation ou d’électrocution, et d’empêcher que des lignes souterraines puissent être touchées lors de travaux de terrassement. Elia fait très attention à sensibiliser et à informer tous les intéressés : entrepreneurs, services de secours,...
Les 7 règles d’or s’appliquent à tous les travaux 1. Préparer
Il va de soi que la sécurité est la première priorité également pour les entrepreneurs d’Elia et pour les contractants qui effectuent des travaux aux installations d’Elia. Les consignes de sécurité qu’Elia met en œuvre pour ses propres travailleurs ainsi que pour les entrepreneurs et les contractants qui effectuent des travaux à des installations d’Elia, sont dès lors extrêmement sévères.
2. Déconnecter
Toutes les personnes qui effectuent des travaux pour Elia doivent avoir suivi une formation spéciale concernant les instructions de sécurité dans les postes à haute tension et/ou aux lignes à haute tension.
3. Verrouiller pour éviter un réenclenchement
Outre le risque d’amorçage, une attention particulière est également prêtée à la tension induite. Il peut y en avoir même sur des éléments qui ont été mis hors tension, sous l’influence d’éléments sous tension à proximité. La tension induite peut monter jusqu’à 1/10e de la tension nominale ! Il est donc essentiel de mettre à la terre.
4. Mesurer l’absence de tension
5. Mettre à la terre et court-circuiter
6. Baliser la zone de travail sécurisée
7. Libérer l’installation
En outre, on fait bien sûr attention aussi à tous les autres risques possibles (travaux en hauteur, risques de chute et de trébuchement, chute d’objets, etc.) que peuvent entraîner des travaux à des installations industrielles. L’emploi des équipements de protection individuelle et collective exigés fait donc partie intégrante des procédures de sécurité. Aucun travail ne peut être commencé sans l’autorisation officielle de travail, qui indique précisément comment procéder, quels contrôles de sécurité il faut exécuter à chaque phase du travail, et quels équipements de protection individuelle il faut porter. Les techniciens d’Elia veillent toujours au respect de toutes les procédures de sécurité. Les 7 règles d’or s’appliquent à tous les travaux. Toutes ces mesures doivent assurer un déroulement des travaux en toute sécurité.
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Partout autour de nous, il y a des champs électriques et magnétiques. Certains sont d’origine naturelle, d’autres viennent des technologies développées par l’être humain.
Haute tension et champs électromagnétiques Le spectre électromagnétique Rayonnement iionisant
Haute fréquence
Un champ électrique apparaît en présence d’une tension ; il ne doit pas pour cela y avoir de courant. Il est mesuré en V/m. Plus la tension d’alimentation d’un appareil est élevée, plus le champ électrique qu’il crée sera fort. Un champ magnétique apparaît en présence d’une charge électrique, donc lorsqu’il y a un écoulement de courant électrique. Les champs magnétiques sont mesurés en Tesla (T) ou en microtesla (μT). Plus la fréquence est élevée (nombre de cycles par seconde), plus la longueur d’onde sera courte et plus l’énergie que le champ génère sera élevée. Le spectre électromagnétique représente, de la plus basse à la plus haute, les différentes ondes électromagnétiques et leurs fréquences. Il va de 0 à environ 6.1021. A mesure que la fréquence augmente et que la longueur d’onde diminue, les effets du champ électromagnétique changeront eux aussi : des effets non visibles ou non sensibles (électricité, radio) et des effets thermiques (télévision, micro-ondes, radar, lumière infrarouge) jusqu’à un impact sur les liaisons moléculaires (lumière ultraviolette, rayonnement ionisant, radiations cosmiques, etc). Le champ électromagnétique de notre courant alternatif à 50 Hz est de fréquence extrêmement basse et a une très grande longueur d’onde (6000 km).
Rayonnement ultraviolet
Lumière visible
Rayonnement iinfrarouge
Radiofréquence eet micro-onde
Champs électriques et C magnétiques alternatifs
Basse fréquence N
S
Champs électriques et C magnétiques statiques
La même règle s’applique à tous les champs électriques et magnétiques : ils s’affaiblissent à mesure que l’on s’en éloigne. C’est ainsi que la valeur maximale du champ électrique d’une ligne 380 kV à 1,5 m du sol atteint environ 5 à 8 kV/m. Cette valeur diminue rapidement lorsque la distance augmente : à 20 m de distance, ce champ électrique est déjà 10 fois plus faible. Le champ magnétique sous une même ligne à haute tension peut, à 1,5 m du sol, atteindre jusque quelques dizaines de μT ; au sol, il ne s’élève généralement plus qu’à 3 μT. Comme elles ont une enveloppe métallique isolante, les lignes souterraines ne créent pas de champ électrique. Par contre, le champ magnétique n’est pas stoppé. Mais par rapport à une ligne aérienne, il diminue plus vite avec la distance. Pour l’exposition du public à des champs électriques et magnétiques, l’Union Européenne et l’ICNIRP (International Commission on Non-Ionising Radiation protection – Commission Internationale de Protection contre les Rayonnements Non Ionisants) recommandent les valeurs maximales suivantes : Champs magnétiques : 100 μTesla Champs électriques : 5 kV/m Pour de plus amples informations, consultez la brochure Elia “Champs électriques et magnétiques et haute tension”.
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Colophon > Conception et rédaction : Elia, département Communication > Photos : Elia et Stock.xchng > Infographies: De Visu Digital Document Design > Mise en page et suivi d’impression : De Visu Digital Document Design > Editeur responsable: Jacques Vandermeiren, 20 Boulevard de l’Empereur, 1000 Bruxelles
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