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
Mode de défaillance |
Explication |
Fonctionnement prématuré ou intempestif. |
Fonctionne alors que ce n’est pas prévu à cet instant |
Ne s’arrête pas au moment prévu |
Ne démarré pas lors de la sollicitation |
Ne fonctionne pas au moment prévu |
Continue à fonction alors que ce n’est pas prévu |
Défaillance en fonctionnement |
|
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.
1.1.7.3. La Maintenabilité
Dans des conditions données d’utilisation, l’aptitude d’une entité à être maintenue ou rétablie dans un état où elle peut accomplir une fonction requise, lorsque la maintenance est accomplie dans des conditions données, en utilisant des procédures et des moyens prescrits. Il s’agit d’une probabilité, notée M(t).
M(t) = probabilité que l’entité soit réparée dans l’intervalle de temps
[0, t].
a. Estimation du MTTR
Pour évaluer la moyenne de temps technique de réparation, nous
allons exploiter l’équation mathématique suivante :
6Marcel TSHAONA, Op.cit.
������ = 𝑇0 − ����� − � (1.1)
Légende :
𝑇0 ∶ ����� �′ ���������𝑖�� ;
I : inexpliqué ;
MTBF : Moyenne temps de bon fonctionnement.
1.1.7.4. La Disponibilité
Est l’aptitude d’une entité à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions données, et à un instant donné, en supposant que la fourniture des moyens nécessaires est assurée. Il s’agit d’une probabilité, notée D(t).
D(t)= probabilité que l’entité ne soit pas défaillante à l’instant t.
1.1.8. Les moyens7
Les moyens sont de solutions approuvées, pour casser les enchainements faute, Erreur ; et Défaillance et donc améliorer la fiabilité du système.
- Présentation des fautes ;
- Elimination des fautes ;
- Tolérance aux fautes.
1.1.9. La maintenance8
Au sens strict du terme, la maintenance considère, l’ensemble des opérations destinées à accroitre la fiabilité au palier des défaillances plus généralement, elle fait partie d’un ensemble d’actions. Effectuées pour que l’entreprise puisse prospérer.
Les installations électrique sont perturbées, tout au long de leur exploitation, par de dysfonctionnement qui affecte la qualité des services, la disponibilité la sûreté, la sécurité des personnes etc. l’objectif de la maintenance est de limiter les effets de ces
perturbation afin d’atteindre les performances exigées.
7Marcel TSHAONA, Op.cit.
8Marcel TSHAONA, Op.cit.
Par la définition, elle est un ensemble des actions techniques, administratives et des ménagements durant le cycle de vie d’un bien, destinées à le maintenir on a le rétablir dans un état dans lequel il peut accomplir une fonction requise.
1.1.9.1. Types de Maintenances9
La politique de maintenance se décomposé en deux domaines ; à savoir :
1.1.9.1.1. Maintenance Corrective
Qui consiste à intervenir sur un équipement une fois que celui-ci est défaillant.
Elle se subdivise en :
* Maintenance Palliative
Dépannage (Provisoire) de l’équipement, permettant à celui-ci d’assurer tout ou partir d’une fonctionne requise ; elle doit toutefois être suivi d’une action curative dans les plus bref délais.
* Maintenance Curative
Réparation (durable) consistant en une remise en état initial.
1.1.1.9.2. Maintenance Préventive10
Qui consiste à intervenir sur un équipement avant que celui-ci ne soit défaillant, afin de tenter de prévenir la panne. On interviendra de manière préventive soit pour raison de sûreté de fonctionnent, soit pour des raisons économique disponible pour la maintenance qu’à certains moments précis). La maintenance préventive se subdivise à son tour en :
* Maintenances systématique, Périodique ou Programmée
Ils désignent des opérations effectuées systématique, soit selon un calendrier à périodicité temporelle fixe, heures de fonctionnement soit selon une périodicité d’usage, nombre d’unités produites, nombre de
mouvements effectuée, etc.
9Marcel TSHAONA, Op.cit.
10LIASSA NKOY, Cours de maintenance et contrôle de fiabilité 2électrotechnique ISTA/Kin, 2001, 2002, Inédit
* Maintenance Conditionnelle
Réalisée à la suite de relevés de mesures, des contrôles révélateur de
l’état de dégradation de l’équipement.
* Maintenance Prévisionnelle
Elle est réalisée à la suite d’une analyse de l’évolution de l’état de
dégradation
de
l’équipement.
Maintenance
Maintenance Maintenance Prévisionnelle
Maintenances
Palliative
Maintenances
Curative
Maintenances
Systématique
Maintenances
Conditionnelle
Figure 1.6 Les différentes sorte de maintenance
1.2. Opérations de maintenance11
1.2.1 Opérations de maintenance corrective
Ces opérations peuvent être classées en trois groupes d’actions.
- Le premier groupe concerne la localisation de la défaillance ; il comprend les opérations suivantes : le test, la détection, le dépistage et le diagnostic.
- Le deuxième groupe concerne les opérations de la remise en état ; il comprend les opérations suivantes : le dépannage, la réparation et la modification soit et du matériel ou du logiciel.
- Le troisième groupe concerne la durabilité ; il comprend les opérations suivantes : la rénovation, la reconstitution et la
modernisation.
11 LIASSA NKOY. M : Notes de cours de fiabilité destinées aux étudiants de L2 Electrotechnique de l’ISTA/KIN
édition 2009.
1.2.2. Opérations de maintenance préventive
Ces opérations peuvent être classées en quatre groupes d’actions.
- Le premier groupe concerne l’entretien ; il comprend les opérations
suivantes : le nettoyage, la dépollution et le retraitement de surface.
- Le deuxième groupe concerne la surveillance ; il comprend les
opérations suivantes : l’inspection le contrôle et la visite.
- Le troisième groupe concerne la révision ; il comprend les opérations suivantes : la révision partielle et la révision générale.
- Le quatrième groupe concerne la préservation ; il comprend les opérations suivantes : la mise en conservation, la mise en survie et la mise en service.
1.3. Les activités connexes de la maintenance
Ces activités complètent les actions de la maintenance citées ci- dessus et participent pour une part non négligeable à l'optimisation des coûts d'exploitation.
1.3.1 Les travaux neufs
L'adjonction à la fonction maintenance de la responsabilité des travaux neufs, est très répandue, en particulier dans les entreprises de taille moyenne. Elle part du principe que, lors de tout investissement additionnel de remplacement ou d'extension, il est logique de consulter les spécialistes de la maintenance qui, d'une part, connaissent bien le matériel anciennement en place, et d'autre part auront à maintenir en état de marche le matériel nouveau. A partir de là, on prend souvent la décision de leur confier l'ensemble des responsabilités de mise en place des nouvelles installations. On crée alors un service appelé « maintenance-travaux neufs ». L'étendue des responsabilités en matière de travaux neufs est très variable d'une entreprise à l'autre.
Il peut s'agir de la construction d'un quai ou d'un bâtiment, de la mise en place d'une machine achetée à l'extérieur (raccordement à la source d'énergie, etc.), ou même de la réalisation intégrale de la machine elle-même. Dans certains cas les « travaux neufs » auront recours à la fabrication de l'entreprise qui réalisera les commandes passées par eux-mêmes. Notons que même si la fonction maintenance ne se voit pas adjoindre la fonction « travaux neufs », le service
s'occupera des installations succinctes du type modifications
(réfection d'un bureau, etc.).
1.3.2 La sécurité
La sécurité est l'ensemble des méthodes ayant pour objet, sinon de supprimer, du moins de minimiser les conséquences des défaillances ou des incidents dont un dispositif ou une installation peuvent être l'objet, conséquences qui ont un effet destructif sur le personnel, le matériel ou l'environnement de l'un et de l'autre. Sachant qu'un incident mécanique, une panne, peuvent provoquer un accident, sachant aussi que la maintenance doit maintenir en état le matériel de protection ou même que certaines opérations de maintenance sont- elles- mêmes dangereuses, il apparaît que la relation entre la maintenance et la sécurité est particulièrement étroite. Pour toutes ces raisons ainsi que pour sa connaissance du matériel, le responsable de la maintenance devra participer aux réunions du Comité d'hygiène et de Sécurité en qualité de membre ou à titre d'invité, et développer sa collaboration avec l'ingénieur sécurité lorsque l'entreprise en possède un.
Dans une entreprise moyenne où la sécurité n'a pas de service propre, on trouve normal de faire appel au service maintenance pour les interventions concernant la sécurité. Celles-ci sont de deux ordres :
- d'une part celles que l'on peut classer dans la sécurité « officielle ». C'est la tenue des registres concernant les chaudières, les visites d'appareils à pression, le contrôle des installations électriques, etc., la tenue des dossiers des rapports de visite de l'inspecteur du travail, du contrôleur de la sécurité sociale, etc. ;
- d'autre part celles qui, tout en s'inspirant des premières,
s’appliquent dans un contexte précis.
1.3.3 Autres concepts de base
1.3.3.1. La Durabilité
Aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise dans des conditions donnée d’utilisation et de maintenance, jusqu’à ce qu’un état limité soit atteint.
1.3.3.2. La Traçabilité
Est le pouvoir de retrouver au moyen d’enregistrement systématique, tout l’historique d’un processus, d’en identifier les éléments utiles avec précision et de déterminer pour chacun d’eux qui a agi, ce qui a été fait ou utilisé, à quel moment, ou selon quelles modalités etc…
1.4. Réseaux électriques et Appareillages électromécaniques associés
1.4.1. Définition12
Un réseau électrique est l’ensemble des équipements qui assurent la fourniture de l’énergie électrique dès la production (centrale) par l’intermédiaire du transport et distribution jusqu’à la consommation (abonnés).
En outre, c’est un ensemble de nœuds reliés par le système de jeux de
barres, des transformateurs des lignes de transports et de distribution de l’énergie électrique, c’est-à-dire les bornes extrêmes des lignes des transformateurs sont connectées entre elles par les
jeux de barres où s’aboutissent les axes du réseau.
12 RENE PELLISSIER : Architecture et développement des réseaux électriques pp22
1.4.2. Exigences d’un réseau électrique13
Pour que l’énergie soit fiable, le réseau électrique doit satisfaire aux exigences suivantes :
ü Assurer aux clients la puissance dont ils ont besoins :
ü Fournir une tension stable dont la variation n’excède pas plus
de 10% de la tension nominale ;
ü Fournir une fréquence stable dont la variation n’excède pas
∓0,5% ;
ü Fournir l’énergie de façon permanente ;
ü Veuillez à la protection de l’environnement.
1.4.3. Critères de classification des réseaux électriques14
On peut classifier les réseaux électriques selon :
· Le niveau de tension ;
· La fonction pour lesquelles, ils sont construits ;
· La nature du courant qu’ils utilisent ;
· La structure topologique.
1.4.3.1. Selon les niveaux de tension
On peut distinguer :
a. Les réseaux basses tensions (BT)
Ces réseaux basse tension, utilisent des tensions comprises entre 50 et 1000 volts, les tensions normalisées pour les appareils domestiques étant de 220/380 volts et de 500 à 600 volts pour les domaines
industriels.
13M. AGUET et J. JACQUES
MORF, énergie électrique,
Ed. Presse Polytechniques et Universitaire Romandes
14H. NEY, Distrib u tion d e l’én ergie, To me , Ed. NATHAN 9 Rue Machine 75014 Paris 2004
Il est important de signaler l’existence de très basse tension (TBT),, qui sont inférieures à 50 volts et ne sont pas considérée comme tension des réseaux mais elles peuvent être utilisées pour la commande de signalisation et de jouets des enfants.
b. Les réseaux moyens tension (MT)
Ils utilisent des tensions comprises entre 1 et 30 kV ; les tensions normalisées dans cette gamme sont : 5,5 ; 6,6 ; 10 ; 15 et 20 kV.
Au-delà de cette tension les problèmes d’isolement se compliquent.
Dans les installations de taille moyenne (0,5 à 10 MVA) le client est directement raccordé au réseau MT (6,6 ; 10 ; 15 ; 20 kV).
C’est le cas par exemple d’un hôpital ou un fabricant de matériel
électronique. Ici, la structure du réseau électrique comprend une sous
–station MT/MT, un réseau MT et différents réseaux BT.
Dans d’autres cieux, ce type d’installation intégré de plus en plus des
sources d’énergie autonomes.
c. Les réseaux hautes tensions (HT)
Les réseaux utilisent des tensions variant entre 30 kV et 275 kV. Les tensions normalisées sont : 63 ; 150 et 220 kV.
d. Les réseaux très haute tension (THT)
Ces réseaux utilisent les tensions supérieures à 382 kV dont celles normalisées sont 380 kV et 730 kV, au-delà de 800 kV, on parlera de l’ultra haute tension (UHT). Mais dans ce cas, le problème se pose.
1.4.3.3. Selon la structure topologique15
D’après leur structure, on distingue :
a. Le réseau radial ; b. Le réseau bouclé ; c. Le réseau maillé.
15 PASI BENGI
MASATA .A : Notes de topologie des réseaux
électriques destinées aux étudiants de L2 électrotechnique ISTA/KIN 2018.
1.4.3.3.1. Réseau radial
Ici, nous distinguons deux types de réseaux radiaux à savoir :
a. Le réseau radial simple (en simple alimentation ou en antenne).
Dans tel réseau les cabines connectées à la ligne principale ou aux jeux de barres communes provenant de la sous station par une seule voie.
Une telle
configuration est donnée par la figure (1.1) ci-dessous :
S/S
Poste MT/BT
(S)
(B) S
S4
S1 S2 S3
MT/BT
S
Légende
S/S : sous-station
S1, S2, S3, S4: les sectionneurs
S: sectionneur de ligne
MT/BT
S
Figure
1.7
: Schéma d’un
réseau radial double
1.4.3.3.2. Réseau bouclé
Dans tel type de réseau toutes les cabines électriques sont connectées à la ligne principale aux jeux de barres provenant de deux ou plusieurs sous station.
Ce réseau est utilisé en haute tension, et moyenne tension, il est
fiable mais présente une impédance faible et le courant de court- circuit atteint de grandes valeurs.
Une telle configuration de réseau est donnée par la figure 1.2 ci-
dessous :
S/S MT/MT
MT/BT S
S
S
S S S S
S
S S S S S
disj disj disj
MT/BT MT/BT MT/BT
Départ Départ Départ
Légende :
Figure 1.8 : Schéma d’un réseau bouclé
S : sectionneur ; Disj : disjoncteur ; S/S : sous station
ü Avantages : continuité de service entre les abonnés, possibilité
d’isoler la partie en panne et de faire fonctionner les autres
départs, en plus ce réseau est fiable.
ü Inconvénients : c’est un réseau complexe, son exploitation et son entretien exigent des moyens importants en fonction de nombre d’équipements ;
- Son coût d’implantation est élevé et le courant de court-circuit
est important.
1.4.3.3.3. Réseau maillé
C’est l’ensemble de conducteurs reliés aux nœuds d’un réseau et formant un circuit fermé. Ce réseau utilise la haute tension venant d’un poste n’aboutissant aux cabines électriques moyennes tensions. On peut dire aussi, il est constitué de sorte que chaque point puisse être alimenté par plus de deux voies distinctes.
C’est un réseau fiable, il a une bonne continuité de service, il a un bon
rendement, il présente des faibles écarts de tension et couté son exploitation est complexe, ceci entraine une détection difficile de
panne.
MT/MT S/S1 MT/MT S/S2
C7
MT/BT
Départ
Départ
CA
MT/MT C1
MT/MT C2
MT/MT
C3
MT/MT C5
MT/MT C6
MT/MT S/S4 S/S3
Figure 1.9 : Représentation schématique du réseau maillé
Legend:
S/S4,S/S3, S/S2, S/S1 : le transformateur
C1, C2, C3, C4, C5, C6: les transformateurs MT/BT.
a. Avantage :
- Le réseau est plus fiable par rapport aux deux autres précités ;
- Remplacement facile et tout temps de parties de lignes défectueuses ;
- Il est aussi comme avantage la reprise de la charge par une autre distribution radiale.
b. Inconvénients
- Plus encombrant ;
- Difficultés de détecter les défauts ;
- Difficultés de régler les appareillages de protection pour le réseau ancien ;
- Plus couteux que les deux premiers ;
- Lorsqu’il se produit un court-circuit à un point donné, le courant atteint les valeurs importantes car l’impédance de réseau maillé est faible.
1.4.4. Selon la longueur ou étendues16
Selon la longueur des réseaux électriques nous pouvons les classer de la manière suivante :
16V. CRASTANT, les rés eau x d ’én ergie électri q u e , Edition LA VOISIER 11, 75008 Paris.
1.4.4.1. Le réseau du 1er ordre
C’est un réseau dont la distance est inférieure ou égale à 1 km et la tension de service inférieure ou égale à 1 kV, il existe ici plus de pertes réactives.
Sa représentation est faite par une résistance.
R
R
U1 U2
Figure
1.10
: Réseau
du premier ordre On peut
trouver
la tension par l’expression suivante : U = R.I (1.2)
1.4.4.2. Le réseau du 2ème ordre
Il a une tension de service variant entre 6 et 30 kV, sa longueur est inférieure ou égale à 30 km ; ce réseau est représenté par une résistance et une réactance comme nous constatons sur le schéma ci- après :
R
jX U2
U1
Figure. 1.11 Réseau du 2ème ordre
U = Z.I (1.3)
Z= √�2 + (��)2
(1.4)
Légende
U1 : tension d’entrée en kV U2 : tension de sortie en kV R : résistance en Ohm
X : réactance en Ohm
1.4.4.3. Le réseau du 3ème ordre
Ce réseau utilise une tension de service supérieure ou égale 30 kV, c’est un réseau de grande distance représenté par les éléments longitudinaux (R.X) et travers aux (G et B).
JX
R
U1 jB G
G jB U2
Figure
1.12 : Réseau du 3ème ordre
1.4.5. Selon la nature du courant17
D’après la nature du courant utilisé, on distingue :
a) le réseau à courant continu : utilisé pour le transport d’énergie électrique à grande distance, le cas d’Inga et Kolwezi (Katanga) ;
b) Le réseau à courant alternatif : le plus couramment utilisé.
1.4.6. Les Paramètres du réseau électrique18
Un réseau est généralement caractérisé par les paramètres suivants :
a. La résistance « R »
� = 𝜑
�
�
(1.5)
Légende :
R = est la résistance exprimée en ohm (W)
j = la résistivité (ohm)
17Prof. NDAYE Bernard, notes de cours de distrib
u tio n d e l’én
ergie électri q u e,
To me
3 , Ed 2015, FORMATECH
EXPRESS ;
18Dr. LIEVIN YABA, notes de cours de réseaux électriques, 2é Graduat électricité, ISTA KINSHASA,
2015-2016.
L = la longueur (m).
b. L’inductance « L »
� = Φ⁄�(1.5)
Légende :
L = longueur (m)
F = est le flux magnétique en weber (Wb) ; I = est le courant en ampère (A).
c. La capacité
C’est le quotient de la charge électrique d’un condensateur par la différence de potentiel entre ses armatures, la capacité se note par la lettre « C » et est exprimée en Faraday « F ».
� = �(1.6)
𝑉
Légende :
C : est la capacité en Farads ; Q : est la charge en Coulomb ;
V : est la tension d’un conducteur se traduit par l’existence d’un
champ électrique lorsqu’il est soumis à une charge.
1.4.5. Postes électriques19
1.4.5.1. Définition
Un poste est un ensemble des installations qui transmet l’énergie électrique qu’il a reçu, soit la transmet en une quantité voulue, c’est-
à-dire en THT/HT ou encore HT/MT soit encore en MT/BT.
19 KABASELE MUKENGE. G
: Notes de cours d’appareillages et surtension des réseaux HT destinées aux étudiants de L2 Electrotechnique de l’ISTA/KIN édition 2017.
1.4.5.2. Fonction d’un poste
Le poste a pour fonction :
- le couplage direct entre poste de même tension ;
- la liaison indirecte entre poste à des tensions différentes par entremise des transformateurs de puissance qui sont connecté » à des centrales de tensions différentes ;
- les branchements des réseaux de distribution
On distingue les types des postes suivants :
- la sous station
- le poste d’interconnexion ;
- le poste de répartition ;
- les cabines de transformation.
· Les sous-stations
Elles sont équipées d’un transformateur abaisseur MT/MT de grande
puissance.
Elles assurent la répartition de l’énergie en moyenne tension aux
différentes cabines publiques et privées.
· Les postes d’interconnexion
Ils reçoivent par l’intermédiaire des lignes haute-tensions, l’énergie
produite par une ou plusieurs centrales.
· Les postes de répartition
Ils sont reliés aux postes d’interconnexion sans la présence des transformateurs de puissance. Ils jouent le rôle de la distribution, de répartition par diverses canalisations l’énergie reçus de postes
d’interconnexion du poste de transformation au même niveau de tension.
· Les postes de transformation
Ils ont pour rôle d’adapter le niveau de tension de l’énergie produite à celle consommée au fur et à mesure qu’on s’approche par la consommation. Ils sont de types abaisseurs de tension.
1.5. Appareillages électromécaniques d’un poste de
transformation20
Parmi les équipements électriques principaux d’un poste de
transformation on distingue :
- L’équipement de commande et de sectionnement ;
- L’équipement de protection ;
- L’équipement de couplage et de transfert ;
- L’équipement de transformation.
a. L’