Présentation de la DRTB

La sous-station de la CEB Cotonou-Vêdoko est située dans le 10^e arrondissement de Cotonou, la capitale économique du Bénin. Elle couvre environ une superficie de 7 hectares et est implantée en bordure de l’axe routier Inter-Etat Cotonou-Lomé.

Grand pôle économique du Bénin, Cotonou est une ville cosmopolite, dont l’essor démographique entraîne une consommation énergétique accrue due à la forte concentration des unités industrielles. Devant cette situation, et pour faciliter les activités de la seule société distributrice d’énergie électrique, la SBEE, le Poste de la CEB à Cotonou-Vêdoko a été créé pour desservir Cotonou et ses environs. La nécessité d’un tel Poste que l’on peut qualifier de charnière, s’explique également par la situation géographique de Cotonou qui sert de pivot pour toutes les villes environnantes. La figure (1.4) nous renseigne sur l’organigramme de de la DRTB.

14 1.2.2. Organigramme de la DRTB

Figure 1.4 : Organigramme de la DRTB

15 1.2.3. Travaux effectués

Pendant notre stage, nous avons eu l’occasion de faire quelques travaux dans les deux services de la DRTB Cotonou-vêdoko, le service exploitation d’abord et puis ensuite dans le service entretien (la division appareillage, contrôle électrique et télécoms et la division ligne).

1.2.3.1. Travaux effectués au sein de la division exploitation

Pour notre passage dans cette division, nous avons eu à faire une visite guidée par Monsieur Delphin AGOSSOU chef du service exploitation dans le Poste afin de prendre connaissance des différents équipements installés dans le champ électrique et de connaître le rôle que joue chacun d’eux au niveau de chaque ligne arrivée L230, L220, L200 et L210. Nous avons noté que des circuits bouchons sont placés sur la phase B des différentes lignes. Ils jouent le rôle de filtre en laissant passer la haute fréquence, qui sert pour la télécommunication par Courant Porteur Ligne (CPL) et en bloquant la basse fréquence qui est utilisée pour le transport électrique. Nous avons remarqué sur chaque phase où le circuit bouchon a été posé, un TCT (Transformateur Capacitif de Tension). Son rôle est d’obtenir une image de la tension du réseau en disjoncteur est encadré par deux sectionneurs et chaque ligne est à son tour encadré par deux sectionneurs et deux disjoncteurs. Après la boucle, nous avons les différents départs, à savoir le départ T2/15 kV, le départ T3/15 kV, le départ L20/63 kV, le départ L21/63 kV et le départ T6/15 kV. Sur chaque départ, nous avons un transformateur abaisseur de puissance dont la plupart sont couplés en étoile-étoile et qui présente des indices horaires différents. Chaque transformateur de puissance est

16 protégé en amont par un parafoudre qui est relié à la terre et un sectionneur de ligne, et à l’aval par un sectionneur de ligne et un disjoncteur.

Les TSA qui sont des Transformateurs de Services Auxiliaires sont aussi eux-mêmes protégés de la même façon à la différence qu’on les exploite pour l’alimentation interne du Poste. Pour un bon contrôle et une bonne surveillance, nous procédons à chaque quart d’heure à des relevés des valeurs des puissances actives et réactives des transformateurs T2 et T6 et des départs L20 et L21. On collectait à chaque fin de journée les relevés des autres Postes du Bénin afin d’avoir une vue générale sur la consommation de tout le Bénin.

1.2.3.2 Travaux effectués au sein de la division lignes

La division lignes quant à elle, prend en charge et assure la maintenance des lignes de transports d’énergie des centrales de production jusqu’aux Postes.

Au sein de cette division, nous avons appris de nos responsables en ce qui concerne les types de lignes, les différentes lignes de la CEB, les supports des lignes c’est-à-dire les pylônes, leur constitution jusqu’à la fondation.

Entre autres, nous avons reçu des enseignements sur les mesures de sécurité à prendre en tant que technicien de lignes à chaque intervention.

Les lignes électriques HTB et HTA de la CEB du côté Bénin sont les suivantes :

 les lignes HTB Maria-Gléta-Momé-Hagou (L225, L235) ;

 les lignes HTB Cotonou-Maria Gléta (L220, L230) ;

 les lignes HTB Cotonou-Sakété (L200, L210) ;

 la ligne HTB Onigbolo-Sakété (L310) ;

 la ligne HTB Onigbolo-Bohicon (L300) ;

 la ligne HTB Djougou-Parakou (L750) ;

 la ligne HTB Sakété-Ikeija (LA/10) ;

 la ligne HTA Avakpa-Allada (L40) ;

 la ligne HTB Moméhagou-Lokossa (L32) ;

 la ligne HTA Ouaké-Djougou (L450) ;

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 la ligne HTA Parakou-Bembèrèkè(L740) ;

 la ligne HTB Nangbéto-Bohicon(L430) ;

 la ligne HTA Djougou-Natitingou(760).

a. Les pylônes électriques

Ils sont utilisés pour les lignes de haute tension. La CEB quant à elle utilise des pylônes (à treillis) très géants pour le transport de l’énergie.

Ces pylônes, pour la sécurité des usagers et de la population environnant sont tous installés avec une marge de sécurité de 100%.

Cette sécurité est assurée par des câbles de garde accrochés aux sommets de chaque pylône les reliant tous l’un à l’autre et le tout relié à la terre par l’intermédiaire d’un câble de terre afin de retourner à la terre , en cas de foudre, 90% des décharges à la terre et les 10% restant sont récupérés par les parafoudres pour le même trajet , celui d’être écoulé à la terre.

Les câbles de phase de transport de l’énergie ne sont pas accrochés directement aux pylônes pour le transport mais par l’intermédiaire des isolateurs afin d’isoler les pylônes.

Les pylônes à treillis sont constitués de trois (3) principales parties : la tête ; le fût et la base.

La tête d’un pylône à treillis est une structure métallique qui supporte les câbles de garde et les conducteurs de la ligne électrique. Elle est dimensionnée pour :

 la condition de résistance ;

 la contrainte électrique due à la tension de la ligne et aux distances minimales à respecter entre les câbles ;

 les contraintes géométriques dues à la configuration des câbles de garde et des conducteurs.

18 Le fût du pylône a pour but essentiel de maintenir la tête et les câbles à une certaine distance du sol pour respecter les hauteurs règlementaires et transmettre au sol par l’intermédiaire des fondations les efforts dus aux charges horizontales et verticales appliquées sur les câbles et le pylône.

La base est la partie du pylône qui supporte toute la charge. Sa fondation demande plusieurs tonnes de ciment.

b. Procédure de maintenance appliquée aux lignes Elles sont :

 Les inspections montées ;

 Les inspections au sol ;

 Le désherbage.

c. Les isolateurs et leurs rôles

L’isolateur est formé par un isolant (verre, céramique, matériaux synthétiques) auquel sont fixés deux (2) câbles métalliques l’une est fixée au pylône et l'autre porte le conducteur. Les isolateurs jouent deux rôles importants dans le transport de l’énergie électrique :

 le rôle mécanique : il porte le conducteur ;

 le rôle électrique : il isole le conducteur par rapport au pylône.

Les isolateurs sont des composants indispensables pour le transport et à la distribution de l’énergie électrique. Leur fonction est de réaliser une liaison entre des conductrices hautes tensions et la terre :

 ils maintiennent les conducteurs dans la position spécifique (les isolateurs d’alignement et d’ancrage) ;

 ils assurent la transition entre l’isolation interne (huile, gaz SF6) et l’isolation externe (air atmosphérique) ; ils permettent de raccorder les matériels électriques au réseau (traversées de transformateur, extrémités des câbles) et

19 ils constituent également l’enveloppe de certains appareils (disjoncteurs, parafoudres, réducteurs de mesures).

d. Les différents types de maintenance des lignes

On distingue deux types de maintenance à la division lignes qui sont :

La maintenance préventive qui se fait en fonction de la fiche d’entretien de chaque équipement codifié. Cette maintenance basée sur les fiches techniques du constructeur peut être améliorée suivant l’état de l’équipement durant son utilisation.

La maintenance corrective ou curative est le type de maintenance qui s’effectue après défaillance du matériel.

1.2.3.3. Travaux effectués au sein de la Division Appareillage, Contrôle Electrique et Télécommunications (DACET)

Au sien de cette division, nous avons eu à faire plusieurs entretiens : la MECEP, l’entretien du groupe électrogène et celui des batteries d’accumulateurs. Nous avons également procédé à la maintenance de deux sectionneurs aoste de Maria-Gléta.

a. Familiarisation avec les mesures de sécurité avant interventions

Un bon technicien doit prendre des mesures de sécurité avant de procéder aux interventions. Le respect strict des mesures de sécurité à la CEB est primordial ; le non-respect de ces mesures peut créer des dégâts irréparables. Alors il est nécessaire de se familiariser avec les mesures de sécurité avant intervention. Parmi ces mesures de sécurité, nous pouvons citer :

 l’utilisation des Equipements de Protection Individuelle (EPI) - le port du casque ;

- le port de blouse ;

- le port des chaussures de sécurité ; - le port de lunettes ;

- le port des gants isolants.

 l’utilisation des Equipements de Protection Collective (EPC)

20 - Utiliser le DMT (Dispositif de Mise à la Terre) pour éviter de recevoir les

décharges ;

- Vérifier l’absence de tension (VAT) pour être sûr que la zone de travail a bien été isolée;

- mise en place des chaînes de balisage, pancartes de sécurité pour délimiter la zone de travail et signaler l’état des organes.

b. La MECEP (Méthode de Contrôle et d’Entretien Préparé)

Elle consiste à faire la ronde et l’inspection des différents équipements du Poste et auxiliaires afin de prévenir un éventuel dysfonctionnement. Lors de ce contrôle, nous avons inspecté chaque disjoncteur en effectuant diverses actions à savoir :

- vérifier l’humidité des armoires ;

- noter la valeur de la pression du gaz SF6 ; - voir l’aspect intérieur des armoires ; - faire le contrôle visuel des traversées ;

- faire le contrôle d’éventuelles fuites de gaz SF6; - vérifier les connexions dans les armoires électriques ; - vérifier les tringleries.

1.2.4. Constats et suggestions apportées

Durant le stage à la DRTB, nous avons remarqué la bonne gestion des ressources humaines, la rigueur et l’abnégation avec laquelle les agents y travaillent, et surtout leur ponctualité au service.

Cependant, nous avons constaté une utilisation non contrôlée et abusive de l’énergie dans l’enceinte même de la société. Ce qui peut réduire la durée de vie des consommables électriques et augmenter les dépenses de la société.

Notons aussi le dysfonctionnement de quelques afficheurs au niveau du tableau de commande. Les lampes crépusculaires du Poste ne fonctionnent plus en mode auto mais plutôt en mode manuel.

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DEUXIEME PARTIE : Présentation du

projet

22 1. Problématique

Les lignes électriques en haute tension (HT) sont des conducteurs nus en alliage (aluminium mélangé à l’acier). Suspendu à une hauteur, la ligne électrique (HT) présente des défauts fugitifs causés par l’amorçage d’arc au niveau des isolateurs. La foudre est la cause la plus courante, le contacte entre le conducteurs et les débris poussés par le vent provoque une défaillance technique. Les surcharges prolongées provoquent un échauffement excessif qui peut se traduire par un vieillissement prématuré d’isolateur, un allongement du conducteur et son point bas, en milieu de portée, s'abaisse. Elle devient dangereuse pour les tiers. Les conséquences peuvent alors se chiffrer, non plus en millions de francs, mais en nombre de vies humaines.

D'abord, une ligne aérienne, qui passe sur le domaine public, est périodiquement sujette à des courts circuits, dus aux coups de foudre, aux arbres mal élagués, grues et engins de grande hauteur travaillant au voisinage.

Un fonctionnement défectueux d'une ligne peut donc avoir pour conséquence la coupure d'un ou plusieurs clients, voire même d'une ville entière, prioritaires compris.

Or, lorsqu'un client industriel est coupé pendant 6 minutes, par exemple, cela ne correspond pas seulement à MWh d'énergie non vendue pendant cette coupure, mais aussi à l'énergie non vendue pendant les quelques heures que le client mettra à repartir.

Pour pallier à ce problème, nous nous sommes proposé à « L’ETUDE DES PROTECTIONS DES LIGNES AERIENNES HTB, PROTECTION DE TYPE MICOM P542 ». Cette protection pourra être appliquée à tous les équipements électriques.

2. Objectif

Ce projet a pour objectif générale de faire la récapitulation de différentes protections des lignes aériennes. Préciser la limite d’utilisation des différentes formes de protection de ligne aérienne. Faire des suggestions pour accroitre le service et la fourniture de l’énergie électrique.

23 3. Résultat attendu

Le résultat de notre travail consistera à :

 Réduire le coût élevé dû à la destruction des appareils ;

 Préciser l’état des équipements ;

 Prévenir lors d’une surtension venue sur les lignes ;

 Avoir une bonne qualité d’énergie électrique ;

 Protéger les personnes et les biens contre les courants de fuites dangereuses.

24 Chapitre 2 : Généralités sur la protection des lignes aériennes HTB

Introduction

Les centres de production n’étant pas toujours proches des centres de consommation, une fois produite, l’énergie électrique doit être transportée. Ce transport est rendu possible par l’existence des lignes de transport qui assurent la liaison entre les postes de production et les postes de répartition.

Une fois à destination, l’énergie est vendue aux consommateurs afin de produire la richesse. La fourniture de l’énergie aux consommateurs de façon continue et sans incidence néfaste sur leurs équipements exige une certaine protection de la ligne assurant son transport.

Dans ce chapitre, il sera question de présenter les différents défauts des lignes de transport ainsi que les dispositifs de protection et différents organes qui interviennent dans la chaine de protection des lignes.

2.1. Le concept de protection des réseaux électriques

La protection des lignes est partie intégrante de la protection d’un réseau électrique. L’étude des protections d’un réseau électrique se décompose en deux étapes distinctes [1] :

 la définition du système de protection encore appelée plan de protection ;

 la détermination des réglages de chaque unité de protection encore appelée coordination des protections ou sélectivité.

2.1.1. La définition du système de protection

C’est le choix des éléments de protection et de la structure globale de l’ensemble, de façon cohérente et adaptée au réseau. Le système de protection se compose d’une chaîne constituée des éléments comme l’illustre la figure 2.1.

25 Figure 2.1 : Chaîne de protection

 Le capteur de mesure (courant et tension) fournit les informations de mesure nécessaires à la détection des défauts ;

 Le relais de protection est chargé de la surveillance permanente de l’état électrique du réseau, jusqu’à l’élaboration des ordres d’élimination des parties défectueuses, et leur commande par le circuit de déclenchement ;

 Les organes de coupure (disjoncteurs, interrupteurs-fusibles, contacteurs-fusibles) assurent la fonction d’élimination de défaut.

Le plan de protection définit les dispositifs de protection contre les principaux défauts affectant les réseaux et les machines. Pour établir un plan de protection, certains paramètres sont à prendre en compte :

 l’architecture et la taille du réseau et ses différents modes d’exploitation ;

 les schémas de liaison à la terre ;

 les caractéristiques des sources de courant et leurs contributions en cas de défaut ;

 les types de charges ;

 le besoin de continuité de service.

2.1.2. Détermination des réglages des unités de protection

Les fonctions de protection sont à régler afin d’obtenir les performances optimales dans l’exploitation du réseau et pour tous les modes de fonctionnement. Les

26 valeurs de réglage adaptées sont issues de calculs complets basés sur les caractéristiques détaillées des éléments du réseau. De nos jours, ce type d’étude s’effectue à l’aide d’outils logiciels spécialisés; le comportement du réseau sur anomalie est ainsi expliqué, et les valeurs de réglage sont données pour chaque fonction de protection concernée afin de pallier aux défauts.

2.2. Les défauts

2.2.1. Les différents types de défauts

Les défauts sont caractérisés par leurs formes, leur durée et l’intensité du courant.

Dans l’exploitation des réseaux, on rencontre :

 les défauts triphasés : entre les trois phases du réseau avec ou sans liaison à la terre ;

 les défauts biphasés : entre deux phases du réseau ;

 les défauts biphasés à la terre : entre deux phases du réseau et la terre ;

 les défauts monophasés : entre une phase du réseau et la terre.

La figure 2.2 illustre ces différents défauts.

27 Figure 2.2 : Différents types de defauts

Le défaut triphasé appelé aussi triphasé symétrique, est peu fréquent, mais il est très important de connaître sa valeur afin d’assurer une protection et un dimensionnement adéquat des réseaux électriques. En effet, le disjoncteur est l’élément de base chargé d’assurer cette fonction de protection et pour qu’il fonctionne correctement, il faut que son pouvoir de coupure soit supérieur au courant maximum d’un court-circuit.

Les trois derniers types de défauts sont plus fréquents et peuvent donner lieu à des courants de court-circuit élevés [2].

2.2.2. La détection des défauts

La détection des défauts est assurée par des relais par l’intermédiaire des capteurs installés sur le réseau, pour des raisons techniques, économiques et de sécurité. Afin de recueillir les informations à temps réels du réseau, ces capteurs sont installés. On distingue divers capteurs intervenant dans la collecte d’information utiles pour la gestion du réseau [1]:

28

Les capteurs de courant de phase ;

Les capteurs de courant de terre ;

Les transformateurs de tension TT.

Dans la figure 2.3 suivante nous présentons quelques exemples d’applications de ces transformateurs précédemment énumérés.

Figure 2.3 : Exemples d’installation des capteurs et relais 2.2.4. Les anomalies sur les réseaux électriques

Les anomalies dans les réseaux électriques sont de divers ordres et variés. On distingue :

les courts circuits ;

les surtensions de manœuvres ;

les surtensions de foudre ;

les surtensions lentes [2] [3] ;

des pertes de puissance ;

des échauffements ;

les oscillations ;

29

les surcharges.

Contre toutes les anomalies précédemment citées, il existe des organes de coupure qui permettent d’éliminer les parties en défauts pour protéger le reste du réseau et permettre la continuité de service.

2.3. Différents types de protection des lignes de transport

La protection de ligne HTB peut être divisée en deux types principaux :

 protection principale de distance (relais de distance): elle se compose de plusieurs étapes pour assurer le fonctionnement parfait ;

 protection différentielle (relais différentiel) : utilisé jusque-là dans le cas des lignes souterraines ou avec des lignes courtes.

2.3.1. Protection de distance sensibilité est dépendante de la puissance de court-circuit et de la charge ; sa mise en œuvre est difficile lorsque la liaison n’est pas homogène (ligne aérienne + câble).

Son principe de fonctionnement est de :

 mesurer une impédance proportionnelle à la distance du point de mesure au défaut ;

 délimiter des zones d’impédance correspondant à des tronçons de ligne de différentes longueurs;

 déclencher par zone avec temporisation.

30 Le système de protection principal d'une zone peut également devenir un système de protection de secours à d'autres zones, à condition d’avoir des règles de coordination entre les différents systèmes de protection qui rendent la protection de secours fonctionnelle après quelque temps le temps de la confirmation de l'échec de la protection principale pour détecter les défauts [6].

2.3.1.2. Réglage de démarrage

Le relais de distance commence son rôle lorsqu’il lui parvient un signal d’avertissement qu’il y a une panne. Elle mesure l’impédance sur une base continue tout au long du temps jusqu'à la valeur de réglage.

Type de démarrage [2]

- Le démarrage ampérométrique : il est régit par l’apparition d’un courant de défaut prédéfini. Ce courant dit de réglage est choisi entre la valeur du courant de court-circuit minimal (biphasé) et le courant de surcharge maximal comme suit :

ICH.max < IR < ICC.min avec,

ICH.max : le courant de surcharge maximal ; ICC.min : courant de court-circuit minimal ; IR : le courant de réglage.

Ce démarrage est adopté sur les protections des réseaux HT et THT dont les puissances de court-circuit sont élevées et assurent à tous les coups le fonctionnement des éléments de démarrage ampérométriques.

- Le démarrage impédance métrique : c’est le démarrage d’application le plus répandu. Il est généralement réglé à 140 % de la longueur de la ligne pour assurer une protection de secours aux différents stades de mesure des protections du poste local et du poste en vis-à-vis.

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