Sous-station isolée à l'air ou sous-station isolée au gaz : laquelle est la plus adaptée à votre projet ?

Sélection d'un sous-station La planification d'un projet est très complexe. Il faut prendre en compte de nombreux facteurs, tels que les besoins en espace, la météo, le budget et le temps d'installation. Que vous construisiez dans une région isolée ou même dans une ville animée, un manque de planification peut affecter les coûts, les délais et la fiabilité du projet. Dans cet article, nous comparerons les différences entre AIS et SIG afin que vous puissiez prendre la bonne décision.

1) Qu'est-ce qu'un poste électrique isolé dans l'air (AIS) ?

An Sous-station isolée à l'air (AIS) est un type de sous-station électrique dont tous les composants haute tension sont placés à l'extérieur, tandis que l'air fait office d'isolant. Son environnement doit donc être constitué d'air. L'air est la substance isolante entre les conducteurs et les structures mises à la terre. Ce type de sous-station est utilisé depuis des décennies et semble être un choix populaire encore aujourd'hui en raison de sa rentabilité et de sa simplicité.

Comment fonctionne un poste électrique isolé à l'air

Les systèmes d'alimentation sans coupure (AIS) reçoivent l'énergie électrique à haute tension provenant de sources de production ou de transport d'électricité. Ils transforment cette énergie en tensions plus basses adaptées à la distribution locale. L'équipement est monté sur des châssis en acier ou en béton, à l'air libre. L'air servant d'isolant électrique entre les composants, un espace plus grand est nécessaire pour éviter les courts-circuits. C'est pourquoi les AIS sont souvent mis en œuvre dans les zones où le terrain est facilement disponible et ne pose pas de problème.

Composants clés de l'AIS

Ce sont les bases composants d'un poste comprend :

i) Disjoncteurs : Ils protègent le système en interrompant le flux d'énergie en cas de défaut ou de surcharge sans intervention humaine.

ii) Interrupteurs de déconnexion : Ils permettent la maintenance en permettant l'accès aux pièces de rechange sans interrompre l'ensemble du système. Ils garantissent ainsi la sécurité des réparations et un fonctionnement en toute sécurité.

iii) Jeux de barres : En tant que grandes bandes de métal capables de transporter des courants électriques épais dans la sous-station, les jeux de barres relient les lignes électriques entrantes et sortantes à d'autres équipements.

iv) Transformateurs : Ces dispositifs abaissent ou augmentent la tension en fonction des besoins du réseau électrique. Les transformateurs constituent les principaux composants de la conversion de tension pour les systèmes d'alimentation électrique intelligents.

v) Isolateurs : Fabriqués en porcelaine ou en matériaux composites, les isolateurs soutiennent les conducteurs sous tension et les séparent des parties mises à la terre afin d'éviter les courts-circuits et les contournements.

Tous les composants sont répartis sur une large surface, à l'air libre. En l'absence de boîtier fermé, un fonctionnement fiable et une sécurité optimale sont assurés grâce à un espacement adéquat des composants.

Scénarios d'application typiques de l'AIS

• Distribution d'électricité semi-urbaine et rurale : Lorsque le terrain est bon marché et spacieux, les AIS sont les plus appréciés.

• Centrales électriques et zones industrielles : Les centrales industrielles et les grandes centrales électriques utilisent l'AIS pour faciliter la maintenance. La gestion de la charge et des flux électriques est également optimisée.

• Installations de plein air à climat modéré stable : Les régions polies et modérément polluées ne posent aucun problème à l'AIS. Les environnements extérieurs affectés par les intempéries ne posent aucun problème à l'équipement.

• Sous-stations à proximité de barrages et de projets d'énergie renouvelable : La technologie AIS est utilisée dans les centrales solaires et les barrages hydroélectriques car elle est économique et facilite les extensions.

Avantages de l'AIS

+ Coûts d'installation et d'exploitation réduits : Comme aucun logement ni système de gaz ne doivent être construits spécialement, le poste de distribution à isolation par air est moins coûteux et plus facile à exploiter.

+ Inspection et entretien plus faciles : Étant donné que tous les équipements peuvent être facilement visualisés, les inspections régulières et la détection des défauts deviennent plus rapides et plus pratiques.

+ Conception et mise en page simples : La conception peut être facilement comprise et utilisée par les ingénieurs et les agents de maintenance.

Avec un entretien approprié, les sous-stations isolées à l’air (AIS) peuvent continuer à fonctionner efficacement pendant plus de trente ans sans soucis majeurs.

Inconvénients de l'AIS

Cependant, même si les avantages offrent une valeur considérable, l’AIS présente également certains inconvénients.

- Grand espace requis : La construction nécessitant un espacement sûr et fonctionnel entre les parties, l'AIS requiert une surface de terrain considérable. Elle est donc inadaptée aux zones urbaines où l'espace est précieux.

- Exposition aux intempéries et à la pollution : Étant donné que l'équipement est installé à l'extérieur, il est directement exposé à la pluie, à la poussière, à la neige et même aux oiseaux. Tous ces éléments peuvent nuire à la productivité, voire provoquer des pannes.

- Résistance d'isolation inférieure par rapport aux gaz : Comparé à des gaz spéciaux comme le SF₆, l'air possède un pouvoir isolant plus faible, ce qui augmente les risques de contournements ou d'arcs électriques, notamment dans les systèmes haute tension.

- Nettoyage et entretien effectués manuellement : La poussière, la rouille et d'autres facteurs environnementaux peuvent endommager les composants. Un nettoyage et un entretien réguliers sont indispensables pour prévenir les pannes et les dysfonctionnements du système.

2) Qu'est-ce qu'un poste électrique isolé au gaz (GIS) ?

A Sous-station isolée au gaz Le poste électrique à gaz (GIS) est un type de poste électrique dont les principaux composants sont enfermés dans un compartiment métallique contenant un gaz isolant sous pression. Plus compact que les postes traditionnels, le GIS utilise de l'hexafluorure de soufre (SF₆) comme gaz. Il est particulièrement adapté aux zones où l'espace est limité ou aux conditions climatiques extrêmes.

Comment fonctionne une sous-station isolée au gaz

Un poste électrique GIS contient des composants haute tension, tels que des jeux de barres et des transformateurs de puissance, scellés dans des compartiments métalliques remplis de gaz SF₆. Ce gaz possède une rigidité diélectrique élevée, ce qui lui permet d'empêcher la formation d'arcs électriques entre les conducteurs. Sa conception fermée protège l'équipement de la pluie, de la poussière et d'autres polluants.

L'électricité est acheminée jusqu'au poste électrique, où elle est acheminée via divers composants isolés au gaz, tels que des disjoncteurs, des jeux de barres et des sectionneurs. Ces dispositifs contrôlent le débit et augmentent ou diminuent la tension selon les besoins.

• Utilisation du gaz SF₆

L'hexafluorure de soufre, ou SF₆, est incolore, inodore et ininflammable. Il est utilisé dans les SIG en raison de ses excellentes propriétés isolantes et de sa capacité à éteindre un arc électrique.

• Avantages du SF₆ :

• Résiste et maintient des tensions beaucoup plus élevées là où l’électricité ne peut pas s’échapper du confinement.

• Améliore la sécurité du système en supprimant les arcs (étincelles) lors de la commutation.

• Réduit les contraintes d'espace matériel et permet de placer les composants de configuration plus près les uns des autres.

• Inconvénients du SF₆ :

• Agit comme un gaz à effet de serre et pose un problème environnemental lorsqu’il est rejeté dans l’atmosphère.

• Les réglementations prohibitives concernant la manipulation, le stockage et l’élimination des matériaux créent un risque de fuites environnementales accidentelles.

• Les systèmes de sous-stations isolées au gaz (GIS) nécessitent une étanchéité adéquate pour contenir le gaz pendant des périodes prolongées.

• Malgré ces considérations, le SF₆ reste le meilleur choix pour de nombreux systèmes haute tension.

Composants clés du SIG

i) Disjoncteurs à isolation gazeuse : Ces unités permettent d'interrompre le courant en cas de défaut grâce à des contacts électriques scellés dans des boîtiers. Elles peuvent être remplies de SF₆ et supporter sans problème de très hautes tensions.

ii) Barres omnibus isolées au gaz : Ces composants facilitent la conduction électrique entre les différents appareils situés dans le poste. Leur forme compacte permet un flux de puissance accru dans un volume réduit.

iii) Transformateurs de puissance scellés (externes ou internes) : Les transformateurs peuvent être installés à l'extérieur du GIS ou partiellement recouverts. Ces transformateurs modifient les niveaux de tension en toute sécurité, sans contact direct avec l'air.

iv) Unités de surveillance et de contrôle des gaz : Ils permettent de surveiller la pression et la qualité du gaz. Ils contribuent notamment à la détection précoce des fuites et garantissent le fonctionnement sûr du système.

Les barres omnibus isolées au gaz permettent le confinement compact de toutes les parties du système, le gardant ordonné et propre, tout en exigeant que les unités soient stockées dans des boîtiers métalliques remplis de gaz isolant pour les protéger.

Scénarios d'application typiques des SIG

Les sous-stations isolées au gaz (GIS) sont les plus adaptées aux régions suivantes :

• Zones urbaines et métropolitaines : Les SIG constituent une excellente réponse aux problèmes et aux besoins des grandes villes (zones métropolitaines) où le foncier est rare et coûteux. Leur conception compacte permet de construire en sous-sol, sur les toits ou sur de petites parcelles.

• Zones côtières et industrielles soumises à des vents violents : Le GIS est idéal pour les zones exposées au sel, à la poussière ou à une forte humidité. Sa conception étanche protège les composants de la corrosion et de la saleté.

• Systèmes de métro et de toit : Les SIG peuvent être installés dans des tunnels, des stations de métro ou au sommet d'immeubles. Ils sont flexibles et ne nécessitent pas de grands espaces ouverts.

• Aéroports, chemins de fer et centres de données : Les projets d’infrastructures sensibles font confiance aux SIG en raison de leur fiabilité, de leur sécurité et de leur capacité à fonctionner dans des espaces restreints ou fermés.

Avantages du SIG

Voici une liste des principaux avantages d'avoir une isolation au gaz Poste de distribution.

+ Conception compacte pour économiser de l'espace : Comparé à l'AIS, le SIG nécessite beaucoup moins d'espace. Il peut être installé sans difficulté dans les zones urbaines animées.

+ Fonctionnement fiable dans des environnements difficiles : La poussière, l'humidité et la pollution sont maintenues à l'extérieur grâce au système scellé. Le SIG fonctionne bien dans les déserts, les régions enneigées et les zones côtières.

+ Entretien minimal requis : Les systèmes SIG fermés évitent les nettoyages réguliers et les réparations liées aux intempéries, car tous les composants sont protégés. Cela contribue à réduire les coûts d'exploitation à long terme.

+ Risque d'électrocution/d'incendie réduit : Les boîtiers scellés et mis à la terre empêchent tout risque de choc électrique ou d'incendie, améliorant ainsi considérablement la sécurité du personnel à proximité qui travaille avec les SIG.

Inconvénients des SIG

Bien que le SIG ait ses avantages, il présente également certains inconvénients :

- Plus cher: Par rapport aux systèmes AIS, les systèmes GIS coûtent plus cher à construire en raison des conteneurs de gaz, des systèmes d'étanchéité et de la nécessité d'une manipulation spéciale.

- Retards dus à la maintenance et aux outils spécialisés : Le besoin d’outils spécialisés et de travailleurs formés peut retarder les réparations, augmentant le temps nécessaire à l’entretien de routine, ce qui peut réduire l’efficacité globale.

- Impact environnemental du gaz SF₆ : Bien que son utilisation soit sûre, le gaz SF₆ présente un impact dangereux sur l'environnement en cas de fuite. Des règles d'arrimage rigoureuses doivent être mises en place pour limiter les dommages.

- Composants difficiles à ajouter : L'intégration de nouveaux composants dans un SIG existant est plus complexe que l'extension d'un SIA. Les conceptions non planifiées et scellées compliquent les ajouts futurs.

3) AIS vs. SIG : différence clé

Le choix entre un poste à isolation dans l'air (AIS) et un poste à isolation dans le gaz (GIS) dépend de plusieurs facteurs. Chacun présente des avantages et des inconvénients, et offre des performances supérieures selon les situations. Voici les différences fondamentales entre les deux types de postes.

a) Besoin d'espace

AIS: Un AIS nécessite un grand espace ouvert, car tous ses composants sont répartis et installés à l'extérieur. Sa construction nécessite donc un vaste espace.

CRAIE: Grâce à sa compacité, le SIG peut être installé dans des espaces restreints comme les sous-sols, les toits ou même sous terre. Tous les composants sont scellés dans de petits boîtiers métalliques.

b) Temps d'installation

AIS:  En raison de la grande étendue du site et des importants travaux extérieurs nécessaires, l'installation d'AIS prend plus de temps. Les travaux en cours sur le chantier par mauvais temps peuvent également entraîner des retards.

CRAIE:  Grâce aux nombreuses pièces pré-assemblées, le SIG est plus rapide à installer. Le calendrier d'installation est respecté, car il est moins affecté par les intempéries.

c) Besoins d'entretien

AIS:  L'AIS étant exposé à l'environnement, la poussière, l'humidité et la pollution peuvent considérablement affecter ses performances. Un nettoyage et une vérification réguliers sont nécessaires.

CRAIE:  Grâce à son étanchéité, le GIS nécessite très peu d'entretien, ce qui réduit les coûts d'entretien à long terme.

d) Coût initial

AIS:  L'AIS est moins coûteux à construire. Les composants sont moins coûteux et aucun boîtier ni système de gaz spécifique n'est requis.

CRAIE:  Les SIG nécessitent un investissement initial plus important. Leur coût est plus élevé en raison du système de gaz, des conteneurs scellés et des équipements de protection.

e) Sécurité et fiabilité

AIS:  La sécurité des systèmes AIS est assurée, mais elle peut être affectée par les conditions météorologiques, les animaux, voire la poussière. Les équipements destinés à une utilisation en extérieur sont sujets aux pannes dans des conditions difficiles.

CRAIE: Le SIG est d'une fiabilité supérieure. Sa construction étanche empêche toute pénétration : intempéries, poussière et petits animaux. Son utilisation est également plus sûre, ce qui minimise les risques de panne.

f) Impact environnemental

AIS: L'AIS ne présente aucun risque environnemental car il utilise l'air comme isolant. Cependant, la superficie des terres qu'il occupe pourrait perturber les habitats naturels, ce qui est préoccupant.

CRAIE: La conception du SIG contient du gaz SF₆, considéré comme un puissant gaz à effet de serre. S'il s'échappe, il pourrait nuire à l'écosystème. Des méthodes de gestion appropriées sont nécessaires.

g) Extensibilité

AIS: Avec AIS, des composants peuvent être ajoutés et l'extension est plus pratique avec un peu d'espace supplémentaire.

CRAIE:  La planéité et la compacité des équipements SIG rendent leur extension difficile. La conception étanche, associée à leur disposition compacte, nécessitera des travaux supplémentaires, à moins que les modifications ne soient conçues dès le départ.

h) Adéquation en fonction de l'emplacement

AIS:  Idéal pour les régions rurales, les centres industriels ou tout autre site disposant de vastes étendues de terrain. Idéal lorsque l'espace est abondant.

CRAIE:  Les SIG sont particulièrement adaptés aux régions métropolitaines, aux zones côtières ou aux zones soumises à des conditions météorologiques extrêmes. Ils sont particulièrement efficaces en cas de manque d'espace ou de conditions difficiles.

Caractéristique	AIS (Sous-station isolée dans l'air)	SIG (poste à isolation gazeuse)
Espace nécessaire	Grand espace ouvert	Compact ; s'adapte aux petits espaces
Temps d'installation	Ralentissez	plus rapide
Entretien	Nettoyage et contrôles fréquents	Très peu d'entretien (peu d'arrosage, pas d'hersage)
Coût initial	Coût en adjuvantation plus élevé.	Meilleure performance du béton
Fiabilité	Affecté par les intempéries et la saleté	Haut; scellé et protégé
Risque environnemental	Aucun gaz impliqué	Risque de fuite de gaz SF₆
Facilité d'expansion	Facile à étendre avec l'espace	Difficile de s'agrandir sans planification
Meilleur pour	Emplacements ruraux et ouverts	Sites urbains, côtiers ou à espace limité

4) Comment choisir le bon poste électrique pour votre projet ?

Trouver un poste électrique adapté peut paraître complexe, mais cela devient très simple une fois que l'on sait à quoi prêter attention. Voici six facteurs fondamentaux à prendre en compte pour prendre votre décision.

• Capacité de l'espace : Actuellement, un vaste espace est encore disponible pour l'AIS, tous ses composants étant déjà installés. Il est idéal pour les espaces ouverts tels que les zones industrielles ou rurales. Les SIG sont compacts et s'adaptent aux zones disposant de peu d'espace, comme les bâtiments urbains ou les structures souterraines.

• Aspects environnementaux: La poussière, la saleté et autres polluants affectent le flux de travail et les autres éléments mobiles du système. C'est pourquoi, si votre site est exposé à la poussière, à la pollution ou à l'air salin, un SIG est une bien meilleure option, car il est entièrement isolé et protégé des facteurs extérieurs.

• Considérations financières : Travailler avec des budgets limités favoriserait l'AIS en raison de ses coûts initiaux plus faibles. Les SIG engendreront toujours des coûts initiaux plus élevés, mais s'avèrent souvent moins coûteux à long terme en raison du nombre réduit de réparations.

• Temps d'installation : Les systèmes plus grands prennent plus de temps à installer et à configurer, ce qui est le cas avec l'AIS. Le SIG est beaucoup plus rapide à installer car bon nombre de ses composants sont pré-assemblés en pièces plus petites.

• Quantité d'entretien nécessaire : Un entretien réduit se traduit généralement par une réduction des efforts et des coûts, et c'est précisément pourquoi le SIG est un meilleur choix. Contrairement à l'AIS, le SIG est beaucoup plus silencieux et nécessite moins d'entretien.

5. Conclusion

En résumé, l'AIS et le SIG présentent tous deux des avantages spécifiques à votre projet. L'AIS est économique et performant en espace ouvert, mais son installation nécessite beaucoup d'entretien et est longue. Le SIG est plus coûteux, mais offre des performances fiables dans des environnements compacts et difficiles. Lors du choix d'un poste électrique, tenez toujours compte de votre budget, de l'espace disponible, des conditions météorologiques et des objectifs à long terme du projet.

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6) FAQ

1. Qu'est-ce qui est mieux, AIS ou SIG ?

Le choix dépend de l'espace disponible, du budget et d'autres facteurs environnementaux. Pour des solutions économiques en espace ouvert, optez pour un SIA. Si vous recherchez fiabilité et compacité, et que vous pouvez travailler dans des espaces restreints ou extrêmes, le SIG est la solution idéale.

2. Quel est le coût du SIG par rapport à celui de l'AIS ?

En raison de sa géométrie, de sa conception compacte, de sa technologie d'isolation au gaz et de ses composants scellés, le GIS est plus coûteux au départ. L'AIS est moins cher au départ, mais une augmentation des coûts de maintenance et d'entretien est à prévoir au fil du temps.

3. Pourquoi les sous-stations SIG sont-elles mieux adaptées aux applications urbaines ?

Dans le domaine des SIG, leur compacité, leur étanchéité et leur faible encombrement les rendent adaptés aux zones urbaines denses. Ils offrent un meilleur service dans les environnements pollués et, grâce à des besoins de maintenance réduits, garantissent un service fiable.

4. L’AIS est-il adapté aux conditions météorologiques extrêmes ?

De fortes chutes de neige, des vents violents ou de la pluie peuvent nuire à l'efficacité du système AIS. Les composants extérieurs peuvent être endommagés, ce qui fait du SIG une meilleure alternative dans des conditions plus difficiles.

5. Quelle sous-station est la plus rapide à installer ?

Grâce à sa taille compacte, le SIG est plus rapide à installer grâce à ses composants pré-assemblés. La configuration étalée du SIA rend son installation plus longue.