République Démocratique du Congo

Ministère de l’Enseignement Supérieur et Universitaire

INSTITUT SUPERIEUR DE TECHNIQUES APPLIQUEES I.S.T.A / KINSHASA

B.P.6593 KIN : 31

KINSHASA/BARUMBU

SECTION ELECTRICITE DIEUXIEME-CYCLE

CONTRIBUTION A L’AMELIORATION DES ATTRIBUTS DE LA SURETE DE FONCTIONNEMENT DES APPAREILLAGES ELECTROMECANIQUES DE LA SOUS-STATION KINSUKA A KINSHASA

Par :

TUKA BIABA SAMUEL Garcia

Ingénieur Technicien en Electricité Industrielle

Mémoire de fin d’études présenté et défendu  en  vue  de  l’obtention  du Diplôme d’Ingénieur en Génie Electrique

Option : Electrotechnique

Directeur : BASSESUKA SANDOKA NZAO Antoine

Ø Professeur Associé

Ø Docteur en Sciences Appliquées

Ø Spécialiste en circuits et systèmes

Année Académique : 2016-2017

EPIGRAPHE

« Le  plus fort n’est jamais assez fort pour être toujours le maître, s’il

ne transforme sa force en droit et l’obéissance en devoir »

Jean-Jacques ROUSSEAU

REMERCIEMENTS

Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au Département d’Electricité  Second  Cycle  option :  Electrotechnique  de  l’Institut Supérieur de Techniques Appliquées en sigle ISTA/Kinshasa.

Nos remerciements vont tout premièrement à Dieu Tout Puissant pour la volonté, la santé et la patience, qu’il nous a donnée durant toutes ces longues années.

Nous remercions les Autorités Académiques et Administratives de

l’ISTA/Kinshasa pour la formation mise à notre disposition.

Nos remerciements vont aussi à tous les enseignants de la section Electricité en général et ceux de l’Electrotechnique en particulier qui ont contribué à notre formation.

Ainsi, nous tenons également à exprimer nos vifs remerciements aux Directeur et codirecteur de ce mémoire respectivement le Professeur Docteur Ingénieur BASSESUKA SANDOKA NZAO Antoine, et l’Assistant TUKA SAMUEL Garcia pour avoir d’abord proposé ce thème, poursuivi continuel tout le long de la réalisation de ce travail de mémoire et qui n’ont pas cessé de nous donner leurs conseils et remarques.

Nos sincères remerciements aux membres du jury pour l’honneur qu’ils nous font en participants au jugement de ce travail.

Nous tenons à remercier vivement toutes personnes qui nous ont aidés à élaborer et réaliser ce mémoire, ainsi à tous ceux qui nous ont aidés de près ou de loin à accomplir ce travail.

Enfin nous tenons à exprimer notre reconnaissance à tous nos amis et collègues  pour le soutient tant moral et matériel.

TUKA BIABA SAMUEL Garcia

INTRODUCTION GENERALE

1. Problématique et motivation

D’une manière générale, les appareillages électromécaniques de la sous-station KINSUKA ne donnent pas les résultats attendus et nécessitent une bonne étude de maintenance afin de les garder toujours à l’état de bon fonctionnement.

Le    comportement    des    composants    du    système    (sous-station

KINSUKA) se résume par les questions suivantes :

ü Pourquoi la sous-station connait un grand nombre d’arrêt ?

ü Quelle sont les causes d’utilisation des appareillages vétustes ?

ü Pourquoi y a-t-il manque de pièces de rechange ?

ü Pourquoi    y     a-t-il     le     dysfonctionnement    des     certains appareillages ?

ü Pourquoi il y a-t-il la d’explosion des disjoncteurs 30kV et 6,6

kV ?

ü Pourquoi   le    dysfonctionnement   des    certains    relais    de protection ?

ü Plus  grave  encore,  pourquoi  le   système  de   contrôle  de   la température de transformateur est-il inexistant ?

De ce qui précède, plusieurs causes sont à la base entre autres :

ü Phénomène de cannibalisations des équipements ;

ü La légèreté administrative dans le traitement des dossiers

Il ressort clairement  que notre système (sous-station KINSUKA) est en dehors des normes exigées par la Commission Electrotechnique Internationale (C.E.I) et mérite une analyse et amélioration de la fiabilité, la disponibilité, la maintenabilité et la sécurité.

D’où le thème de recherche est  intitulé « Amélioration des attributs de la sureté de fonctionnement des appareillages électromécaniques de la sous-station KINSUKA à Kinshasa »

2. Choix et intérêt du sujet

Après la récolte de données sur terrain, nous avons constaté que la problématique de déficit énergétique en RDC n’est pas seulement liée au dimensionnement des installations, mais   beaucoup plus aussi à leur maintenance en état spécifié pour fournir la fonction requise. Ceci étant l’élément qui nous a permis d’orienter notre recherche dans le domaine de sureté de fonctionnement des installations électriques MT/MT.

A cet effet, l’étude de maintenance basée sur la fiabilité peut nous amener à considérer la sous-station KINSUKA comme « entité » et l’ensemble de ses organes (appareillages électromécaniques) comme

« système ».

Ce travail est consacré à la recherche d’une politique de maintenance appropriée dans l’intérêt d’assurer la disponibilité, la fiabilité, la maintenabilité  et  la  sécurité  des  appareillages  électromécaniques cette entité.

3. Objectifs et vision

A travers cette étude nous avions, à partir de données récoltées, fait :

-   l’analyse  du   comportement  en   service   des   composants  du système (les appareillages électromécaniques),

-   l’évaluation de la fiabilité, disponibilité, la maintenabilité de ces

composants,

-   l’analyse de dysfonctionnement afin d’améliorer les attributs de

la sureté de fonctionnement et enfin,

-   Le choix de la politique de maintenance appropriée et efficace capable de prolonger la durée de vie des composants.

4. Méthodes et techniques de recherche

Pour atteindre les objectifs et vision assignés par ce présent mémoire, nous avons exploité la méthode d’Actuariat et le modèle théorique de Wei bull pour l’analyse de fonctionnement. En ce qui concerne l’analyse de dysfonctionnement des équipements, nous avons mis en

évidence l’analyse de modes de défaillances, de leurs effets et leur

criticité connu sous le nom de l’AMDEC.

Ces approches ont été soutenues par les méthodes et techniques de recherche suivantes:

  Méthode analytique : consiste à analyser les données récoltées sur terrain ;

  Méthode déductive : consiste à une description du particulier

au général ;

  Méthode  statistique :  consiste  au  regroupement  de  données

récoltées pour atteindre l’objectif désiré,   Méthode d’observation.

  Descente sur terrain (visite guidée) ;   Documentation ;

  Interviews auprès des experts en la matière etc…

5. Délimitation de la recherche

Ce présent travail s’inscrit dans le cadre d’analyse de fonctionnement et dysfonctionnement des appareillages électromécaniques de la sous- station  KINSUKA  suivant  les  périodes  d’observations  couvrant :

2016, 2017 et 2018.

6. Structure du travail

Hormis l’introduction générale et la conclusion générale, notre travail

de mémoire comprend trois chapitres, à savoir :

Le    chapitre 1 :    parle    des    Généralités    sur    la    sûreté    de fonctionnement et concept des réseaux électriques. Dans ce chapitre nous avons abordé les notions de base de la sûreté de fonctionnement en passant par le concept de la maintenance. Et avons mis l’accent sur les réseaux électriques et aux appareillages électromécaniques associés.

Le   chapitre   2 :   traite   les   matériels,   outils   et   approches méthodologiques. Au cours de ce deuxième chapitre, nous avons présenté la sous-station KINSUKA. Nous avons parlé de la situation géographique, de mode d’alimentation, de son schéma unifilaire et de

l’organisation technique des équipements électromécaniques de cette sous-station .Nous avons abordé l’analyse fonctionnelle et structurale de la sous-station KINSUKA.

Le  chapitre  3 :  aborde  l’étude  de  comportement  du  système  en service et atterrit sur son amélioration.

Chapitre 1 : Généralités sur la sûreté de fonctionnement et concept des réseaux électriques

1.0. Introduction Partielle

Dans ce présent chapitre nous avons abordé les notions de base de la sûreté   de   fonctionnement   en   passant   par   le   concept   de   la maintenance. Et avons mis l’accent sur les réseaux électriques et aux appareillages électromécaniques associés.

1.1. Sureté de fonctionnement1

1.1.1. Définition

Le but de la sûreté de fonctionnement est d’évaluer les risques potentiels, pouvoir à l’occurrence des défaillances et tenter de minimiser  les  conséquences  des  situations  catastrophiques lorsqu’elles se présentent. Par définition, la sûreté de bon fonctionnement d’un système est la propriété qui permet de placer une confiance justifiée dans le service qu’il délivre.

D’après la norme CEI 5O (191) ; Aptitude d’une entité assurer une ou

plusieurs fonctions requises dans des conditions données.

1.1.2. Approche

·   Identifier  les  défaillances  de  la  manière  la  plus  exhaustive possible ;

·   Prioriser l’importance des risque qu’elles impliquent ;

·   D’un point de vue système il faudra prévoir les défaillances ;

·   Au cours  de la vie  du système il faudra savoir mesurer les défaillances et capitaliser ces observations ; début final étant

bien sûr de maitriser ces défaillances.

1Marcel TSHAONA, Cours de Fiabilité destiné aux étudiants de L2 ETROTECH ISTA/KIN Ed.2016-2017. Inédit

1.1.3. Les défaillances2

1.1.3.1. Définition

Selon la norme CEI 50 (191), la défaillance est la cessation de l’aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise. Soit en événement présent ou non et peut se combiner avec un ou plusieurs événements

1.1.3.2. Critères de classification des défaillances

Les défaillances sont classées comme suit :

a)  Par  la  rapidité  d’apparition

Ici nous avons les défaillances suivantes,

*   Défaillance progressive ;

*   Défaillance aléatoire ;

*   Défaillance soudaine.

b) Par  date  d’apparition

Ici, les défaillances sont énumérées dans la courbe en baignoire

��(�)

B<1                          B=1                       B>1

Jeunesse

0

Maturité

Vie opérationnel

Vieillissement

Temps

Figure 1.1 Donne la courbe en baignoire

Par ailleurs, ces défaillances ont une probabilité d’apparition plus ou moins grande tout au long de la vie d’un matériel.

On distingue alors trois grandes périodes

-   Les défaillances de jeunesse

2Marcel TSHAONA Opcit vers la page 6

Elles sont caractérisées par un taux de défaillance décroissant en fonction du temps.

-   Les défaillances de maturité

Sont caractérisées par un taux de défaillance croissant (période de vie utile).

-   Les défaillances de vieillesse ou d’obsolescence caractérisées par

un taux de défaillance croissant (période d’usure et de fatigue)

C. Courbe en baignoire3

L’évolution du taux de défaillance ��(�) se présente sous la forme d’une

courbe en baignoire.

��(�)

Déclassement

0       A

Période de

Jeunesse

B

Période de Maturité

t

C

T

Période de

Vieillisse

Figure 1.2. Courbe en baignoire (TSHAONA TSHIMBADI,

En A: c’est la maintenance corrective; En B: c’est la maintenance préventive;

En C: c’est la maintenance curative ou palliative pour une machine de

routine et la maintenance conditionnelle pour une machine clés. Au temps T, le matériel est rebuté, déclassé ou reformé.

3J.C. FRANCASTEL, le fond de la baignoire, le tour de la maintenance en 80 jours, Dunod, Paris, 2002.

Le taux de défaillance ��(�) est la probabilité d’avoir une défaillance

du système entre les instants t et t+dt, à condition que le système ait

vécu jusqu’au temps t.

Cette courbe dite « courbe en baignoire » présente trois périodes distinctes4.

1. La période A (jeunesse)

Définit la période de jeunesse de l’élément au cours de laquelle le taux de défaillance décroit rapidement. C’est la période de rodage en mécanique  ou  déverminage  en  électronique.  Les  défaillances  sont dues à des défauts de fabrication ou à des défauts technologiques. Il existe des éléments pour lesquels cette période est de durée très courte.

2. La période B (maturité)

Définit la période de vie utile de l’élément pendant laquelle le taux de défaillance est sensiblement constant. Les défaillances survenant pendant cette période sont dites accidentelles.

C’est la période d’exploitation normale. Le type de maintenance appliquée dans cette période peut être préventif, systématique ou correctif.

3. La période C (vieillissement)

Elle présente d’importants phénomènes de dégradation, le taux de défaillance est croissant;

C’est la période où il faut surveiller le matériel.

Cela correspond au phénomène de fatigue et d’usure en mécanique ou

aux problèmes liés à la dérive des composants en électronique.

Une maintenance préventive conditionnelle peut être mise en place. La politique de la maintenance la moins couteuse est la  palliative ou curative.

4R.FAURE, précis de recherche opérationnelle, Dunod, Paris, 1979.

d) Par les effets

En ce qui concerne les effets, nous avons les défaillances suivantes :

o défaillance mineure ;

o défaillance significative ;

o défaillance critique ;

o défaillance catastrophique ;

o défaillance…Etc;

e) Par les causes

Ici, nous avons les défaillances suivantes,

Ø défaillance primaire ;

Ø défaillance secondaire ;

Ø défaillance par commande d’une entité ;

Ø défaillance du système de commande.

1.1.4. Faute, erreur, défaillance

  faute : cause interne de la défaillance.

  erreur : manifestation interne (signal/état incorrect).   défaillance : service rendu incorrect.

  conséquence : manifestation externe.

Faute                         Erreur                     Défaillance                               Conséquence

Figure 1.3 Entraver de Sdf

1.1.5. Composantes de la sûreté de fonctionnement

Les  composantes  de  la  Sûreté  de  Fonctionnement  sont  classifiées selon deux critères, à savoir :

1.1.5.1. D’après les fonctions

SÜRETE DE FONCTIONNEMENT

CONTINUITE DE SERVICE

RETABLISSEMENT RAPIDE PREVENTION

DES PANNES

FONCTIONNEMENT SUR DEMANDE

EVITER LES EFFET CATASTROPHIQUE

Figure 1.4 Donne Sûreté de fonctionnement d’après la fonction

1.1.5.2. D’après les objectifs de maintenance

SDF

Disponibilité

Le moins de pannes possibles

Le moins de temps indisponible

Sécurité

Objectif de Sécurité

Système

Dépannage aisé                            Détection des pannes                        Conception adaptée

Fiabilité                                  Maintenance                          Testabilité                                  Analyse de sécurité

Maintenance

Figure 1.5 Donne Sûreté de fonctionnement d’après les objectifs de

maintenance

1.1.6. Modes de défaillances5

On  classe  généralement  les  modes  de  défaillances  en  quatre  (4)

catégories, représentées dans le tableau (1.1) Ci-dessous :

Tableau (1.1) modes de défaillances

5Marcel TSHAONA, Notes de cours de maintenance et contrôle de fiabilité, 2e Génie Mécanique, ISTA/Kin,

2015-, 2016, Inédit

1.1.7. Attributs6

Les attributs de la sureté de fonctionnement sont parfois appelés

FDMS pour Fiabilité, Disponibilité, Maintenance et Sécurité.

1.1.7.1. La Fiabilité

Aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise, dans des conditions données pendant un intervalle de temps donné. II s’agit d’une probabilité notée R(t).

R(t)= probabilité que l’entité ne soit pas défaillante dans l’intervalle

des temps [0, t]

La notion de fiabilité est toujours liée à la notion de taux de défaillance.

1.1.7.2. La Sécurité

Est l’aptitude d’un équipement à respecter pendant toutes les phases de la vie, un niveau acceptable de risque d’accident susceptibles de causer une agression du personnel, du matériel, du produit ou de son environnement.