Composants et équipements des réseaux électriques

Ce chapitre couvre l'ensemble des composants et équipements que vous devez maîtriser pour l'examen Sceau rouge (Red Seal) en tant que monteur de lignes (Powerline Technician). Vous y trouverez les principes de fonctionnement, les normes applicables, les procédures d'installation et les pièges courants. Chaque section est conçue pour être directement applicable en chantier et en salle d'examen.

Conducteurs et câbles

Types de conducteurs

Les conducteurs aériens utilisés en transport et distribution d'énergie se divisent en deux grandes familles : les conducteurs nus et les conducteurs isolés.

Conducteurs nus : utilisés pour les lignes de transport à haute tension (HT) et de distribution à moyenne tension (MT). Les matériaux les plus courants sont l'aluminium (Al), l'aluminium avec âme d'acier (ACSR – Aluminium Conductor Steel Reinforced), et l'aluminium allié (AAAC – All Aluminium Alloy Conductor). L'ACSR est le plus répandu au Canada pour les longues portées, car l'âme d'acier supporte la tension mécanique tandis que l'aluminium assure la conductivité électrique.

Conducteurs isolés : utilisés pour les lignes de distribution basse tension (BT) et les réseaux souterrains. On retrouve le câble à neutre concentrique (triplex, quadruplex) et les câbles de type XLPE (polyéthylène réticulé) pour les réseaux souterrains.

Caractéristiques techniques essentielles

Propriété	Symbole	Unité	Importance
Résistance	R	Ω/km	Pertes Joule, chute de tension
Réactance	X	Ω/km	Chute de tension en courant alternatif
Impédance	Z	Ω	Z = √(R² + X²)
Capacité	C	µF/km	Effet couronne, courant de charge
Courant admissible	I	A	Échauffement maximal du conducteur

Formule de chute de tension (monophasé) :

ΔV = 2 × I × L × (R × cosφ + X × sinφ)

Où :

I = courant en ampères (A)

L = longueur de la ligne en kilomètres (km)

cosφ = facteur de puissance

R et X = résistance et réactance par kilomètre (Ω/km)

Règle du Code canadien de l'électricité (CCE) : La chute de tension maximale recommandée entre le point d'alimentation et le point de consommation est de 3 % pour les circuits d'éclairage et de 5 % pour les circuits de force motrice (règle 8-200 du CCE, Chapitre V).

Calcul du courant admissible

Le courant admissible d'un conducteur dépend de :

La température maximale admissible de l'isolant (90 °C pour XLPE, 75 °C pour le papier imprégné)

La température ambiante (référence : 30 °C pour les câbles aériens)

Le mode de pose (aérien, souterrain, en conduit)

Le facteur de groupement (plusieurs câbles ensemble)

Exemple de calcul : Un conducteur ACSR de calibre 477 kcmil (242 mm²) a un courant admissible de 530 A en pose aérienne à 30 °C. Si la température ambiante est de 40 °C, on applique un facteur de correction de 0,87 (selon les tableaux du CCE). Le courant admissible corrigé est donc : 530 × 0,87 = 461 A.

Piège d'examen fréquent

Ne confondez pas la résistance (R) et l'impédance (Z). La résistance s'applique en courant continu, tandis que l'impédance inclut la réactance inductive et capacitive en courant alternatif. Pour les lignes de transport, la réactance est souvent plus grande que la résistance.

Isolateurs et accessoires de suspension

Rôle des isolateurs

Les isolateurs servent à :

30.Maintenir les conducteurs à distance des structures (poteaux, pylônes)

31.Supporter les efforts mécaniques (tension, poids)

32.Résister aux contraintes électriques (tension de tenue, tension de contournement)

Types d'isolateurs

Type	Matériau	Utilisation	Avantages
Isolateur rigide (broche)	Porcelaine, verre	Distribution MT (≤ 25 kV)	Simple, économique
Isolateur suspendu (chaîne)	Porcelaine, verre, polymère	Transport HT et THT	Flexible, adaptable
Isolateur de poste	Porcelaine, polymère	Postes de transformation	Haute rigidité diélectrique
Isolateur en polymère (silicone)	Silicone, EPDM	Distribution et transport	Léger, résistant au vandalisme

Chaînes d'isolateurs

Pour les lignes de transport, on utilise des chaînes d'isolateurs suspendus. Le nombre d'éléments (assiettes) dépend de la tension nominale :

Tension nominale (kV)	Nombre minimal d'assiettes (porcelaine, 254 mm)
69 kV	4 à 5
138 kV	8 à 10
230 kV	12 à 14
345 kV	18 à 20
500 kV	24 à 28

Facteur de correction d'altitude : Au-dessus de 1000 m, la rigidité diélectrique de l'air diminue. On doit augmenter le nombre d'assiettes d'environ 1 % par tranche de 100 m au-delà de 1000 m d'altitude.

Accessoires de suspension

Pinces de suspension : maintiennent le conducteur sans le serrer rigidement, permettant les vibrations et les mouvements thermiques.

Pinces d'ancrage : fixent le conducteur de manière rigide aux structures d'ancrage.

Armure de protection (tiges hélicoïdales) : protègent le conducteur contre les vibrations éoliennes et les effets de pointe.

Contrepoids : réduisent les vibrations éoliennes sur les conducteurs de gros calibre.

Norme applicable

Les isolateurs doivent être conformes à la norme CSA C411 (Isolateurs pour lignes aériennes) et aux exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 5-100 pour les distances de garde).

Transformateurs de distribution et de puissance

Principes de fonctionnement

Un transformateur fonctionne par induction électromagnétique. Le rapport de transformation est :

V₁ / V₂ = N₁ / N₂ = I₂ / I₁

Où :

V₁, V₂ = tensions primaire et secondaire (V)

N₁, N₂ = nombres de spires au primaire et au secondaire

I₁, I₂ = courants primaire et secondaire (A)

Puissance apparente : S = V × I (en VA, kVA, MVA)

Types de transformateurs

Type	Plage de puissance	Tension	Refroidissement
Distribution (monophasé)	5 à 500 kVA	≤ 44 kV	OA (huile, air)
Distribution (triphasé)	50 à 2500 kVA	≤ 44 kV	OA, ONAF
Puissance (réseau)	2,5 à 100 MVA	44 à 345 kV	ONAF, OFAF
Grand transport	> 100 MVA	> 345 kV	OFAF, ODAF

Refroidissement des transformateurs

La désignation de refroidissement suit un code à 4 lettres :

O : huile minérale

N : circulation naturelle

F : circulation forcée (ventilateurs)

A : air

W : eau

Exemple : ONAF = huile à circulation naturelle, refroidissement par air forcé (ventilateurs).

Raccords et accessoires

Buchholz (relais à gaz) : détecte les défauts internes (dégagement de gaz) dans les transformateurs à huile.

Évent à membrane : permet l'expansion de l'huile sans contact avec l'air.

Conservateur : réservoir d'huile pour compenser les variations de volume dues à la température.

Changeur de prises : permet d'ajuster le rapport de transformation sous charge ou hors tension.

Traversées (bushings) : passages isolés pour les conducteurs à travers la cuve.

Calcul de la puissance d'un transformateur triphasé

S (kVA) = √3 × V (kV) × I (A)

Exemple : Un transformateur triphasé de 25 kV / 600 V alimente une charge de 500 kVA.

Courant primaire : I₁ = 500 / (√3 × 25) = 11,55 A

Courant secondaire : I₂ = 500 / (√3 × 0,6) = 481 A

Piège d'examen

Ne confondez pas les connexions étoile (Y) et triangle (Δ) . En étoile, la tension phase-phase est √3 fois la tension phase-neutre. En triangle, la tension phase-phase est égale à la tension de phase. Le courant de ligne en triangle est √3 fois le courant de phase.

Sectionneurs, interrupteurs et disjoncteurs

Sectionneurs

Un sectionneur est un appareil mécanique qui assure l'isolation visible d'un circuit. Il ne peut pas couper un courant de charge.

Caractéristiques :

Ouverture visible (lame visible)

Pas de pouvoir de coupure

Utilisé pour la consignation et le travail sécuritaire

Types :

Sectionneur de ligne (aérien)

Sectionneur de barre (poste)

Sectionneur de mise à la terre

Interrupteurs

Un interrupteur peut couper un courant de charge, mais pas un courant de défaut.

Interrupteur-sectionneur : combine les fonctions d'isolation et de coupure en charge. Utilisé en distribution MT (15 kV, 25 kV, 34,5 kV).

Disjoncteurs

Un disjoncteur est conçu pour interrompre les courants de défaut (court-circuit) ainsi que les courants de charge.

Type	Tension	Temps de coupure	Utilisation
Disjoncteur à huile	≤ 69 kV	3 à 8 cycles	Distribution
Disjoncteur à air comprimé	≤ 245 kV	2 à 3 cycles	Transport
Disjoncteur à SF6	≤ 800 kV	2 cycles	Transport THT
Disjoncteur sous vide	≤ 38 kV	1,5 à 3 cycles	Distribution MT

Pouvoir de coupure : courant maximal qu'un disjoncteur peut interrompre sans dommage. Exprimé en kA symétriques.

Règle du CCE (Chapitre V)

La règle 5-200 exige que tout appareil de protection soit dimensionné pour interrompre le courant de défaut maximal disponible à son point d'installation. Le pouvoir de coupure doit être supérieur ou égal au courant de court-circuit présumé.

Calcul du courant de court-circuit

Icc = V / Z

Où Z est l'impédance totale du circuit jusqu'au point de défaut (Ω).

Exemple : Un réseau de 25 kV avec une impédance de source de 2,5 Ω.

Icc = 25 000 V / (√3 × 2,5 Ω) = 5 774 A ≈ 5,8 kA

Le disjoncteur doit avoir un pouvoir de coupure d'au moins 6 kA.

Parafoudres et protection contre la foudre

Rôle des parafoudres

Les parafoudres protègent les équipements (transformateurs, disjoncteurs, câbles) contre les surtensions transitoires d'origine atmosphérique (foudre) ou de manœuvre.

Types de parafoudres

Type	Matériau	Tension	Utilisation
À oxyde de zinc (ZnO)	Varistance ZnO	Toutes tensions	Standard moderne
À carbure de silicium (SiC)	Éclateurs + SiC	Distribution	Ancien, remplacé par ZnO
À éclateur	Éclateur à air	BT	Protection simple

Caractéristiques principales

Tension de fonctionnement continu (Uc) : tension maximale en service permanent

Tension de décharge (Ures) : tension résiduelle lors de l'écoulement du courant de foudre

Courant de décharge nominal : 5 kA, 10 kA, 20 kA (crête, onde 8/20 µs)

Niveau de protection : doit être inférieur à la tenue au choc de l'équipement protégé

Mise à la terre des parafoudres

La liaison de terre d'un parafoudre doit être la plus courte et la plus directe possible. La résistance de terre ne doit pas dépasser 10 Ω selon le CCE, Chapitre V (règle 5-300). Une résistance plus élevée augmente la tension résiduelle et réduit l'efficacité de la protection.

Coordination de l'isolation

Le principe de coordination consiste à s'assurer que le parafoudre décharge la surtension avant que l'équipement ne soit endommagé. La marge de protection se calcule :

Marge (%) = [(Tenue au choc de l'équipement − Tension résiduelle) / Tension résiduelle] × 100

Une marge minimale de 20 % est recommandée.

Poteaux, structures et fondations

Types de poteaux

Matériau	Avantages	Inconvénients	Durée de vie
Bois (pin, cèdre)	Économique, isolant	Sensible à la pourriture	30 à 40 ans (traité)
Béton armé	Durable, résistant	Lourd, difficile à transporter	50 à 80 ans
Acier (galvanisé)	Léger, résistant	Conducteur, nécessite mise à la terre	50 à 70 ans
Composite (fibre de verre)	Léger, isolant	Coût élevé	40 à 60 ans

Classes de poteaux en bois

Les poteaux en bois sont classés selon leur résistance mécanique (classe 1 à 7) et leur longueur. La classe 1 est la plus résistante (diamètre le plus grand).

Classe	Diamètre minimal au sommet (mm)	Effort horizontal admissible (kN)
1	190	11,1
2	165	8,9
3	140	6,7
4	115	4,4
5	100	3,3

Calcul de la portée maximale

La portée maximale entre deux poteaux dépend de :

La flèche maximale admissible du conducteur

La tension mécanique du conducteur

La charge de vent et de glace (selon la norme CSA C22.3 No. 1 – Lignes aériennes)

Charge de glace : Au Canada, la charge de glace est définie par zone (10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm d'épaisseur radiale). Le poids de la glace s'ajoute au poids du conducteur.

Calcul du poids de glace :

P_glace = 0,9 × π × (D + e) × e × L

Où :

D = diamètre du conducteur (mm)

e = épaisseur de glace (mm)

L = longueur de la portée (m)

0,9 = densité de la glace (g/cm³)

Fondations

Poteaux en bois : enfouis directement dans le sol (profondeur = 10 % de la longueur + 0,6 m)

Poteaux en béton : posés sur semelle en béton ou dans un trou avec béton

Pylônes en acier : fondations en béton armé (massifs, pieux, radiers)

Profondeur d'enfouissement (règle pratique)

Profondeur (m) = (Longueur du poteau (m) / 10) + 0,6 m

Exemple : Un poteau de 12 m doit être enfoui à : 12/10 + 0,6 = 1,8 m.

Mise à la terre et liaison équipotentielle

Principes fondamentaux

La mise à la terre assure :

150.La protection des personnes contre les tensions de contact et de pas

151.La protection des équipements contre les surtensions

152.Le fonctionnement correct des dispositifs de protection

Composants d'un système de mise à la terre

Électrode de terre : piquet, plaque, conducteur enterré

Conducteur de mise à la terre : relie l'équipement à l'électrode

Connecteurs : soudures exothermiques, connecteurs mécaniques

Barrette de mesure : permet de mesurer la résistance de terre

Résistance de terre maximale

Application	Résistance maximale (Ω)
Poste de transformation	1 Ω
Poteau de distribution	10 Ω
Parafoudre	10 Ω
Neutre du réseau BT	5 Ω
Protection cathodique	25 Ω

Mesure de la résistance de terre

La méthode à trois piquets (méthode de chute de potentiel) est la plus courante :

162.Planter deux piquets auxiliaires (courant et potentiel) à distance du piquet à mesurer

163.Injecter un courant entre le piquet à mesurer et le piquet de courant

164.Mesurer la tension entre le piquet à mesurer et le piquet de potentiel

165.R = V / I

Distance minimale : Les piquets auxiliaires doivent être placés à au moins 20 m du piquet à mesurer, et à 20 m l'un de l'autre.

Règle du CCE (Chapitre V)

La règle 5-100 exige que toutes les parties métalliques non conductrices de courant soient mises à la terre. La règle 5-300 spécifie la résistance maximale de terre et les méthodes de mesure.

Équipements de protection individuelle (EPI) et outils

EPI obligatoires pour le monteur de lignes

Équipement	Norme	Utilisation
Casque de sécurité	CSA Z94.1	Protection de la tête
Lunettes de sécurité	CSA Z94.3	Protection des yeux
Gants isolants	CSA Z12	Travail sous tension (classe 0 à 4)
Manches isolantes	CSA Z12	Protection des bras
Harnais de sécurité	CSA Z259.10	Travail en hauteur
Ceinture de monteur	CSA Z259.1	Support en position de travail
Vêtements ignifuges	CSA Z96	Protection contre l'arc électrique

Classes de gants isolants

Classe	Tension maximale d'utilisation (V)	Tension d'essai (V)
00	500	2 500
0	1 000	5 000
1	7 500	10 000
2	17 000	20 000
3	26 500	30 000
4	36 000	40 000

Vérification des EPI

Gants isolants : test d'air (gonflage) avant chaque utilisation, test électrique tous les 6 mois

Harnais : inspection visuelle avant chaque utilisation, test dynamique selon les recommandations du fabricant

Perches isolantes : test électrique annuel, nettoyage après chaque utilisation

Outils spécifiques au monteur de lignes

Perche à gaffe (shotgun) : manœuvre des sectionneurs sous tension

Perche télescopique : mesure de tension, détection de présence de tension

Pince à dénuder : dénudage des conducteurs isolés

Câbleuse (come-along) : tension des conducteurs

Dynamomètre : mesure de la tension mécanique des conducteurs

Nacelle isolante : travail sous tension en hauteur

Travail sous tension et consignation

Principes du travail sous tension

Le travail sous tension (TST) est autorisé au Canada selon les règles du CCE, Chapitre V (règle 5-400) et les normes CSA Z462 (sécurité électrique en milieu de travail).

Méthodes de travail sous tension :

189.Travail au contact : l'ouvrier est isolé de la terre (plateforme isolante, nacelle isolante)

190.Travail à distance : utilisation de perches isolantes

191.Travail à potentiel : l'ouvrier est porté au potentiel de la ligne (méthode du conducteur)

Distances minimales d'approche

Tension nominale (kV)	Distance minimale (m)
≤ 750 V	1,0
1 à 44 kV	1,5
69 à 138 kV	2,0
230 kV	3,0
345 kV	4,0
500 kV	5,5

Procédure de consignation (LOTO – Lockout/Tagout)

195.Déclaration : informer le coordonnateur du réseau

196.Ouverture : ouvrir le sectionneur ou le disjoncteur

197.Vérification d'absence de tension : avec un détecteur de tension adapté

198.Mise à la terre : installation de mises à la terre visibles

199.Consignation : cadenas et étiquette (cadenas personnel)

200.Vérification finale : contrôle visuel et test de présence de tension

Piège d'examen

L'ordre de la consignation est critique : on vérifie l'absence de tension avant d'installer les mises à la terre. Inverser ces étapes peut entraîner un arc électrique mortel.

Résumé

Les conducteurs ACSR sont les plus utilisés pour le transport ; la chute de tension maximale est de 3 % (éclairage) et 5 % (force motrice) selon le CCE, Chapitre V.

Les isolateurs en chaîne doivent être dimensionnés selon la tension et l'altitude ; les isolateurs polymères sont de plus en plus utilisés.

Les transformateurs sont caractérisés par leur rapport de transformation et leur mode de refroidissement (ONAF, OFAF, etc.).

Les disjoncteurs doivent avoir un pouvoir de coupure supérieur au courant de court-circuit maximal disponible.

Les parafoudres ZnO sont le standard moderne ; la résistance de terre ne doit pas dépasser 10 Ω.

La profondeur d'enfouissement des poteaux est d'environ 10 % de la longueur plus 0,6 m.

Les gants isolants doivent être testés électriquement tous les 6 mois et vérifiés par test d'air avant chaque utilisation.

La consignation suit un ordre strict : déclaration, ouverture, vérification d'absence de tension, mise à la terre, cadenassage.

Pièges à éviter

213.Confondre sectionneur et interrupteur : le sectionneur ne coupe pas le courant de charge ; l'interrupteur ne coupe pas le courant de défaut.

214.Oublier le facteur √3 dans les calculs triphasés : S = √3 × V × I, jamais S = 3 × V × I.

215.Négliger la correction d'altitude pour les isolateurs : au-dessus de 1000 m, il faut ajouter des assiettes.

216.Utiliser la résistance au lieu de l'impédance pour les calculs de chute de tension en CA.

217.Inverser l'ordre de la consignation : vérification d'absence de tension avant mise à la terre.

218.Oublier les facteurs de correction de température et de groupement pour le courant admissible.

219.Confondre les classes de gants isolants : la classe 2 est pour 17 000 V, pas pour 7 500 V.

220.Négliger la charge de glace dans les calculs de portée : au Canada, elle est obligatoire selon la CSA C22.3 No. 1.

221.Ne pas vérifier la date de test des EPI : les gants doivent être testés tous les 6 mois, les perches annuellement.

222.Utiliser un parafoudre sans vérifier la coordination de l'isolation : la marge doit être d'au moins 20 %.

Composants et équipements des réseaux électriques