CONTRIBUTION A L’AMELIORATION DE LA QUALITE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE SUR LA PARTIE DU RESEAU HTA DE COTONOU 5 ALIMENTANT LA SCB CIMENTS BOUCLIER

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY CALAVI(EPAC)

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Département de Génie Electrique OPTION : ENERGIE ELECTRIQUE

Présenté et soutenu publiquement le mardi 12 avril 2016 par CHITOU Faozou Adéwalé devant le jury composé de :

Président : Dr. Ramanou BADAROU, Enseignant à l’EPAC

Membres : M. Luc NASSARA, Enseignant à l’EPAC

Dr. Vincent S. HOUNDEDAKO, Enseignant à l’EPAC (Maitre de mémoire)

M. Fortuné SOUDE, Chef Service Mouvements d’Energie/SBEE (Tuteur de stage)

8^ème Promotion

CONTRIBUTION A L’AMELIORATION DE LA QUALITE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE SUR LA PARTIE DU RESEAU HTA DE

COTONOU 5 ALIMENTANT LA SCB CIMENTS BOUCLIER

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page ii

DEDICACE ... v

REMERCIEMENTS ... vi

LISTE DES TABLEAUX ... ix

RESUME ... xi

ABSTRAT... xii

Introduction générale ... 1

CHAPITRE 1 : Présentation de la SCB-Ciments BOUCLIER ... 3

1.1. Présentation de la SCB Ciment BOUCLIER [14] ... 3

1.1.1. Historique ... 3

1.1.2. Situation géographique ... 3

1.1.3. Missions et attribution de la Société des Ciments du BENIN (SCB Ciment Bouclier) 3 1.2. Organisation de la Société des Ciments du Bénin (SCB) ... 4

1.3. Les sources d‟énergies de l‟usine de la SCB-BOUCLIER ... 4

1.4. Impact de l‟usine sur la société ... 5

1.4.1. Processus de fabrication du ciment ... 5

1.4.2. Importance de l‟usine dans la société ... 6

1.5. Présentation de la source d‟alimentation de l‟usine : ... 6

1.5.1. Poste de répartition C181 ... 6

1.6. Le réseau de distribution électrique de la SCB-BOUCLIER ...11

Conclusion partielle :...12

CHAPITRE 2 : DESCRIPTION DU PROJET ...13

2.1. Objectif générale.……….13

2.2. Problématique………..13

2.3. Cahier des charges……….15

2.4. Résultats attendus……….……….15

Conclusion partielle….………..15

CHAPITRE 3: Les facteurs influant la qualité de l‟énergie électrique et les différentes méthodes de son amélioration………16

Introduction partielle ...16

3.1 La continuité de la tension ...16

3.1.1 Les pertes techniques ...16

3.1.2. Causes et conséquences des pertes techniques dans un réseau électrique ...18

3.2 La qualité de la tension ...20

(3)

Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page iii

3.2.1. Surtensions [24] ...21

3.2.2. Les fluctuations rapides de tension (flickers) ...22

3.2.3. Variation de la fréquence ...23

3.2.4. Le déséquilibre ...23

3.2.5. Harmoniques et inter-harmoniques ...24

3.3. Les méthodes d‟amélioration de la qualité de l‟énergie électrique ...26

3.3.1. Réglage de la tension source ...27

3.3.2. Régleurs en charge des transformateurs ...27

3.3.3. Élévation de la tension distribuée ...28

3.3.4. Production locale d‟énergie réactive ...29

3.3.5. Production locale d‟énergie active ...31

3.3.6. Reconfiguration du réseau ...31

3.3.7. Renforcement du réseau HTA ...32

3.3.8. Les Creux de Tension [15] ...33

3.3.9. Déséquilibre du Système Triphasé ...33

3.3.10. Fluctuations de la Tension (Flicker) ...34

3.3.11. Dépollution des Harmoniques ...34

CHAPITRE 4 : Mesure des perturbations électriques sur le réseau électrique HTA alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER. ...36

Introduction partielle : ...36

4.1. Présentation de la qualité de l‟énergie électrique fournie au réseau électrique HTA alimentant la SCB CIMENTS BOUCLIER ...36

4.1.1. Présentation de l‟équipement et des logiciels ...36

4.1.2. Différents paramètres électriques mesurés ou enregistrés ...43

4.1.3. Configuration de MAVOWATT 70 ...43

4.1.4. Analyse de la qualité de la tension électrique fournie avec le MAVOWATT 70 : .44 4.2. Analyse par simulation du réseau électrique HTA alimentant la SCB-BOUCLIER...57

4.2.1. Présentation du logiciel de simulation (MATLAB-PSAT) ...57

4.2.2. Modélisation du réseau électrique alimentant la SCB-BOUCLIER. ...59

4.2.3. Simulation de la partie du réseau électrique HTA alimentant la SCB-BOUCLIER. ...64

4.2.4. Présentation des résultats issus de la simulation du réseau électrique alimentant la SCB-BOUCLIER. ...74

4.2.5. Validation du modèle du réseau électrique alimentant la SCB-BOUCLIER. ...77

4.2.6. Analyse et interprétation des résultats de simulation ...78

Conclusion partielle ...79

(4)

Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page iv l‟énergie électrique dans un réseau électrique et choix de la méthode appropriée pour le

réseau électrique alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER. ...80

Introduction partielle ...80

5.1. Analyse des différentes solutions envisageables ...80

5.2. Présentation de la solution retenue ...81

5.3. Méthodologie [12] ...82

5.4. Différentes techniques d‟enfouissement des câbles électriques [12] ...83

5.5 Dimensionnement des câbles [12] ...84

5.5.1. Choix des câbles ...84

5.5.2. Choix des extrémités et des boîtes de jonction ...96

5.5.3 Les impacts environnementaux ...99

5.5.4 La protection des lignes ...99

Conclusion partielle ...99

CHAPITRE 6 : Étude économique et financière de la solution retenue ... 101

Introduction ... 101

6.1. Inventaire du matériel ... 101

6.2. Planning d‟exécution des travaux ... 102

6.3 Équipes d‟exécution des travaux ... 103

6.4 Coût estimatif du projet ... 103

Conclusion partielle ... 103

Conclusion générale ... 105

Références Bibliographiques et webographiques ... 107

Références Webographiques ... 110

ANNEXES ... 111

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page v

DEDICACE

Je dédie ce document à :

Allah, Dieu de l‟univers, le tout Miséricordieux et le très miséricordieux, l‟Unique sans associé, l‟Omniscient et l‟Omnipotent; pour tous tes innombrables bienfaits, toutes mes salutations sont à toi, toutes mes louanges sont à toi et tous mes remerciements sont à toi.

Mes parents, CHITOU Kamarou-deen et MOUSTAPHA Mouyibatou, pour tous leurs efforts consentis sur moi, longue vie à vous, je vous serai reconnaissant.

Mon oncle, CHITOU NaimoulaÏ, celui par lequel mon Seigneur m‟a protégé, encouragé et aidé pour la réussite de cette formation, longue vie à toi et qu‟Allah te le rende au centuple.

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page vi

REMERCIEMENTS

À l‟‟issu de toutes ces années de formation à l‟École Polytechnique d‟Abomey-Calavi (EPAC), je voudrais exprimer toutes mes reconnaissances à tous ceux qui ont œuvré pour ma formation et à la réalisation de ce travail, notamment :

 Pr. Mohamed SOUMANOU, Directeur de l‟EPAC ;

 Dr. Clément AHOUANNOU, Maitre de conférence et Directeur Adjoint de l‟EPAC ;

 Dr. François-Xavier FIFATIN, Chef du Département Génie électrique ;

 Dr. Vincent S. HOUNDEDAKO, mon maître de mémoire pour avoir accepté conduire mon mémoire, pour son aide et sa disponibilité, tout au long de ce travail ;

 Dr. Ramanou BADAROU, Dr. Théophile HOUNGAN, Dr. Robert HANGNILO, M. Luc NASSARA, tous enseignants à l‟EPAC ;

 Tout le reste des enseignants dont on n‟a pas eu le temps de mentionner le nom dans ce mémoire et les techniciens du laboratoire du Génie Électrique de l‟EPAC, pour tous les efforts consentis pour ma formation ;

 M. Fortuné SOUDE, Chef Service Mouvements d‟Energie, encadreur, pour l‟attention particulière accordé à notre sujet en

nous servant de guide du début jusqu‟à la fin de ce travail ;

 Monsieur SOTOMEY René, Chef Service Maintenance des Postes et Contrôle commande, pour ses effort sur moi ;

 Ing. M.DEGBO Michel pour son aide et effort sur moi ;

 A tout le personnel de la SCB-BOUCLIER pour leurs conseils et encouragements ;

 Mes oncles et tantes pour les aides que vous m‟avez portées, merci infiniment ;

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page vii

qu‟elle m‟a portées ;

 Mes sœurs CHITOU Abibatou, CHITOU Maziatou et CHITOU Romziatou particulièrement pour toutes vos assistances de tous les jours, votre amour et vos prières m‟ont été d‟une grande utilité au cours de ce parcours de ma formation;

 Ma chère BACHIROU Yasminatou pour ses conseils et supports.

 Mes cousins et cousines pour vos conseils et encouragements ;

 Mes frères et sœurs musulmans pour vos prières et assistances de tous les jours ;

 Mes amis dont je ne peux mentionner tous les noms dans ce document qui de près ou de loin m‟ont prêté main forte lors de ma formation à l‟EPAC.

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page viii

ASI : Alimentation sans interruption CPA : Ciment Portland Artificiel

CCIB : Chambres de Commerce et de l‟Industrie du Bénin CPJ : Ciment portland

Di : Déséquilibre en inverse Dd : Déséquilibre en direct

HTA : Haute Tension catégorie A Hz : Hertz

kA: kilo-Ampère kV: kilovolt

LED: Diode Electroluminescente mH/km : milliHenri par kilomètre mm² : millimètre carrée

MVA : Méga Voltampère MW : Mégawatt

NE : Norme Européenne P: Puissance active Plt : flicker long time Q: Puissance réactive

SCD : Société des Ciments du DAHOMEY SCB : Société des Ciments du Bénin

SBEE : Société Béninoise d‟Énergie Électrique

THD-U : Distorsion Harmoniques Total en Tension ; THD-I : Distorsion Harmoniques Total en Courant ; μF/km : microfarad par kilomètre

Un: tension nominale Uref : Tension de référence Ω/km : Ohm par kilomètre

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page ix

Tableau 1.2 : Liste des postes de la partie du réseau HTA alimentant la SCB-BOUCLIER ... 9

Tableau 2.1: Statistiques de quelques coupures……..………14

Tableau 3.1: Vue d’ensemble des principales perturbations électriques [25]……….….26

Tableau 4.2 : valeurs normalisées [27]. ... 54

Tableau 4.3 : Relevé du THD_I et THD_U sur chacune des phases. ... 56

Tableau 4.4 : Tableau de la durée de quelques coupures [26] ... 57

Tableau 4.5 : Différents types de nœud et les variables associées ... 60

Tableau 4.6 : Valeurs des grandeurs de base ... 64

Tableau 4.7 : Caractéristiques des métaux utilisés [2] ... 68

Tableau 4.8 : Facteur de proportionnalité entre et [2] ... 69

Tableau 4.9 : résistance linéique en DC et en AC des conducteurs en fonction de leur section [2] . 70 Tableau 4.10 : Valeur de la réactance des conducteurs en fonction de la section ... 72

Tableau 4.11 : Capacité et susceptance des conducteurs ... 73

Tableau 4.15 : Pertes joules admissibles ... 76

Tableau 4.16: Comparaison des puissances actives et réactives mesurées et simulées. ... 77

Tableau 4.17: Comparaison des chutes de tension mesurées et simulées. ... 77

Tableau 5.1 : Catalogue SILEC CABLE des sections et leur courant maximal admissible en ampères [7]. ... 89

Tableau 5.2 : Puissances et courants de court-circuit en fonction de la tension [6] ... 90

Tableau 5.3 : Valeurs de la section minimale. ... 91

Tableau 5.4 : Valeurs normalisée de la section minimale. ... 91

Tableau 5.5: Caractéristiques électriques et mécaniques du câble [7] ... 93

Tableau 5.6 : Chute de tension et de fréquence admissible [2]. ... 94

Tableau 6.1 : Longueurs des câbles ... 101

Tableau 6.2 : Tableau des équipements... 102

Tableau 6.3 : Tableau du Coût estimatif du projet. ... 103

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page x

Figure 1.2 : Schéma du poste de répartition C181 ... 8

Figure 3.1: Schéma monophasé équivalent ... 17

Figure 3.2 : Creux et coupure brève. ... 21

Figure 3.3: Exemple de surtension ... 22

Figure 3.4: Fluctuations de tension... 22

Figure 3.5: Variation de fréquence. ... 23

Figure 3.6: Déséquilibre du système triphasé de tension. ... 24

Figure 3.7: Harmoniques ... 24

Figure 3.8 : Principe de fonctionnement des régleurs en charges [7]. ... 28

Figure 3.9: Représentation d’un gradin d’une batterie de condensateur [32] ... 30

Figure 3.10: Pont dodécaphasé ... 35

Figure 4.1 : vues de l’analyseur de réseau MAVOWATT 70 [10] ... 37

Figure 4.2 : Raccordement du MAVOWATT 70 en étoile[10] ... 38

Figure 4.3 : Raccordement du MAVOWATT 70 en triangle[10] ... 39

Figure 4.4 : Interface d’utilisateur [10] ... 40

Figure 4.5 : Schéma de câblage du MAVOWATT 70 sur le réseau ... 45

Figure 4.6: Courbes de tension sur les trois phases. ... 47

Figure 4.7: Courbes de déséquilibre de tension ... 48

Figure 4.8: Courbes de flicker ... 49

Figure 4.9 : Courbes de la variation de fréquence ... 49

Figure 4.10 : Tensions harmoniques sur la phase A ... 50

Figure 4.11: Courants harmoniques sur la phase A ... 50

Figure 4.12 : Tensions harmoniques sur la phase B ... 51

Figure 4.13: Courants harmoniques sur la phase B ... 51

Figure 4.14 : Tensions harmoniques sur la phase C ... 52

Figure 4.15 : Courants harmoniques sur la phase C ... 52

Figure 4.16 : Modèle de nœud et connecteur [15] ... 60

Figure 4.17 : Modèles des composants du réseau électrique de la bibliothèque PSAT-SIMULINK [15] ... 61

Figure 4.18: Modèle de partie du réseau électrique HTA alimentant la SCB-BOUCLIER sous PSAT. 63 Figure 4.19 : Modèle en ‘π’ d’une ligne moyenne et courte [3] ... 65

Figure 4.20 : Modèle électrique du transformateur ... 66

Figure 4.21 : Conducteur souterrain unipolaire ... 72

Figure 4.22 : Evolution de la tension au niveau de chaque poste du départ alimentant l’usine. ... 75

Figure 4.23 : Evolution des pertes joules sur la ligne alimentant la SCB. ... 75

Figure 5.1 : Schéma de la nouvelle configuration du poste de répartition C 181 ... 82

Figure 5.2 : Câble HTA SIPRELEC unipolaire [7]... 93

Figure 5.3 : Pose en trèfle [3] ... 96

Figure 5.4 : Pose en nappe [3] ... 96

Figure 5.5 : Vue d’une extrémité intérieure [9] ... 98

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page xi

RESUME

L‟objectif de cette étude est d‟alimenter à partir d‟une nouvelle ligne électrique propre (ligne dédiée) à la SCB Ciments BOUCLIER, véritable solution aux graves perturbations électriques qui entravent sa trésorerie.

En effet, le réseau de Cotonou 5 qui abrite la SCB Ciments BOUCLIER est plus chargé. Ce qui conduit à la discontinuité de la tension électrique sur ce réseau.

Afin de détecter la cause des problèmes qui se posent au sein du réseau de Cotonou 5, il a été mesuré, dans un premier temps les perturbations électriques à la source d‟alimentation de ce réseau. Puis dans un second temps, ce réseau a été modélisé puis simulé. De plus, En se basant sur une puissance prévisionnelle établie sur 20 ans, le dimensionnement de cette nouvelle ligne électrique souterraine, qui permettra d‟alimenter désormais l‟usine, a conduit au choix des câbles souterrains à âme en cuivre de section 35 mm². La chute de tension estimée à 0,12 % dans les câbles est inférieure à 5 % d‟après la NE 50160. Ainsi il a été procédé, à la reconfiguration du poste de répartition C181 afin de montrer la modification que peut engendrer la mise de l‟usine en ligne dédiée, dans ce travail.

La somme finale à mobiliser pour la réalisation de ce projet est de 82.017.600FCFA.

Mots clés : Qualité – Energie électrique – Réseau HTA – ligne dédiée.

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page xii

In order to detect the reason of the problems that lands within the network of Cotonou 5, it has been measured; in a first time the electric disruptions to the source providing this network. Then, in a second time, this network was simulated and designed. Besides, while being based on an estimable power established on 20 years, the dimensionality of this new underground electric line that will permit to nourish the factory henceforth.

Indeed, while being based on an estimable power established on 20 years, the dimensionality of this new underground electric line drove underground cables by choice to soul made of copper of section 35 mm².

The valued tension fall to 0.12% in the cables is lower to 5% according to norm EN 50160. So it has been proceeded, to the reconfiguration of the station of C181 distribution in order to show the modification that the stake of the on line factory dedicated can generate, in this work.

The final sum to mobilize for the realization of this project is 82.017.600FCFA.

Key words: Quality - electric Energy - Network HTA – dedicated line.

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Réalisé par CHITOU Faozou Adéwalé Page 1

Introduction générale

Aujourd‟hui, l‟énergie électrique est pratiquement présente dans la vie quotidienne de tous les habitants de la planète. C‟est une forme d‟énergie facilement transportable et pratique à convertir en d‟autres formes : mécanique, thermique, etc. Elle est acheminée au point de consommation quasi exclusivement par des réseaux électriques. Ces réseaux électriques, qui alimentent de petits et grands consommateurs, subissent souvent des perturbations électriques qui affectent la qualité de l‟énergie électrique aux points de consommations. Cela engendre des pertes matérielles et financières importantes pour les industriels et des désagréments aux auxiliaires. Ainsi donc, il est impératif de trouver une solution qui se traduira en une satisfaction en la demande en qualité de l‟énergie électrique dans ces réseaux électriques d‟alimentation.

Les investissements humains et matériels affectés aux réseaux électriques sont énormes. Pour cela, ils doivent répondre à trois exigences essentielles : stabilité, économie et surtout la continuité du service.

Dans le but de fiabiliser la qualité de l‟énergie électrique sur le réseau de Cotonou 5, en tenant compte de la prépondérance de l‟usine de la SCB-Ciments BOUCLIER dans ce réseau, il nous a été proposé de réfléchir sur le thème : <<Contribution à l’amélioration de la qualité de l’énergie électrique sur la partie du réseau HTA de Cotonou 5 alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER>>

Dans le présent document tenant lieu de rapport de cette étude il sera question dans un premier temps de faire une étude du réseau actuel d‟alimentation de l‟usine de la SCB-Ciments BOUCLIER, de présenter le projet et de décrire le réseau électrique de Cotonou 5, avant de mesurer et d‟analyser les perturbations électriques sur ce réseau, ensuite dans un second temps d‟énumérer les facteurs influant la qualité

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de faire une étude comparative des différentes méthodes d‟amélioration de la qualité de l‟énergie électrique dans un réseau électrique afin de choisir la méthode appropriée pour le réseau électrique d‟alimentation de l‟usine de la SCB de Cotonou 5, et enfin de procéder à l‟étude économique et financière de la solution.

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CHAPITRE 1 : Etude du réseau actuel d’alimentation de l’usine de la SCB-Ciments BOUCLIER

1.1. Présentation de la SCB Ciment BOUCLIER [14]

1.1.1. Historique

Jadis, le marché du ciment au BENIN était en totale dépendance de l‟extérieur. Cette situation qui a perduré jusqu‟en 1967, avait pour conséquence directe la non satisfaction des besoins nationaux. Cette pénurie de ciments sur le marché béninois et l‟augmentation sans cesse de la demande des populations dues aux grands travaux de construction de routes et autres constituent les facteurs stimulants la création de la Société des Ciments du Dahomey (SCD).

La société des Ciments du Dahomey (SCD), l‟actuelle Société des Ciments du Bénin (SCB) a vu le jour le 12 juillet 1967. Elle a réellement démarré ses activités le 21 septembre 1970 avec une production annuelle de cent quatre-vingt mille (180.000) tonnes de „‟Ciment Portland Artificiel ‟‟ (CPA).

1.1.2. Situation géographique

La Société des Ciments du Bénin (SCB), est située sur le Littoral, dans la zone Portuaire de Cotonou derrière la cathédrale „‟ NOTRE DAME DES APOTRES „‟. Elle est plus précisément à côté de la Direction de l‟Organisation du Personnel des Armées et non loin de la Chambre de Commerce et d‟Industrie du Bénin (CCIB).

1.1.3. Missions et attribution de la Société des Ciments du BENIN (SCB Ciment Bouclier)

La Société des Ciments du Bénin est spécialisée dans la production et la distribution du ciment CPJ 35 sous la marque

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CPA 45, CEMIII / CHF….sur la demande des clients. La distribution du ciment BOUCLIER ainsi que sa vente est assurée à travers l‟approvisionnement régulier et constant des dépôts de la Société sur tout le territoire national.

1.2. Organisation de la Société des Ciments du Bénin (SCB)

La Société des Ciments du Bénin (SCB), dont l‟objectif principal est la production et la commercialisation du ciment est gérée par un Conseil d‟Administration (CA) qui prend des décisions relatives à l‟évolution de la société. L‟organigramme de la SCB, donnant une idée claire sur la hiérarchie des différentes sections est présenté sur la page 5 à la figure 1.3. Les sources d’énergies de l’usine de la SCB-BOUCLIER

Deux sources d‟énergie alimentent le complexe cimentier : la SBEE puis les groupes électrogènes.

L‟énergie électrique conventionnelle est la première et la principale. Il urge alors de veiller à son optimisation.

Conscient du poids que représente l‟énergie dans le coût de fabrication du ciment, la SCB-BOUCLIER s‟est équipée des groupes électrogènes utilisant du gasoil. Ceci permet à l‟usine de parer aux problèmes de coupures de longue durée.

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Secrétariat particulier Direction générale

Direction commerciale et logistiques

Comptabilité analytique

Direction d’exploitation Direction administrative et finance

Infirmerie Service généraux Comptabilité

finance

Archives

Secrétariat Administratif

Courier et entretien

Comptabilité Générale Service du personnel

et de la solde

Comptabilité Transport

Secrétariat comptable

Division de la solde Division du

personnel

Comptabilité Fournisseur Courier et entretien

Comptabilité vente dépôt

Comptabilité caisse Et caisse dépenses usine Caisse vente

Comptant

Comptabilité Trésorerie Comptabilité

fiscalité Transport et

logistiques

Facturation/client

Dépôts

Section ensachage Section broyage

Transport et Garage Secrétariat

Administratif DE

Distribution du ciment

Section TRANSIT Section stockage

Magasin Section laboratoire

Section électricité Section mécanique Conseil d’administration

Figure1.1 : Organigramme de la Société des Ciments du Bénin (SCB) [14]

1.4. Impact de l’usine sur la société

1.4.1. Processus de fabrication du ciment

La production du ciment dans l‟usine de la SCB réunit tout un ensemble d‟étapes qui partent de l‟extraction des matières premières du stockage jusqu‟à l‟ensachage en passant par le broyage. Ces différentes opérations sont effectuées par des machines équipées de moteurs électriques à grandes puissances devant être alimentés en énergie électrique fiable et de qualité.

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dispose d‟un organe de contrôle des matières premières dès leur approvisionnement et de suivi de la qualité du ciment finalement obtenu.

1.4.2. Importance de l’usine dans la société

Le rôle du ciment dans le bien être de l‟Homme ne fait plus un sujet à polémique de nos jours compte tenu de ses manifestations physiques et visuelles ; ses intérêts sont connus de tous. En effet, le développement d‟une nation ne peut se concrétiser sans la réalisation des voies de qualité. Il est ainsi difficile aux populations de circuler librement et de pouvoir faire prospérer leurs activités si l‟accès aux infrastructures routières est difficile voire impossible. De même, l‟urbanisation qui se caractérise par l‟assainissement, la construction des logements de tout genre abritant les entreprises, les industries, les services publics et privés, … ; ne peut se réaliser de façon durable et esthétique en absence du ciment. De plus, dans le domaine d‟électricité, pour construire les lignes aériennes ou souterraines, le ciment est nécessaire. Bref, ce produit très recherché dans tout le monde entier, même par les couches rurales les plus reculées ; se révèle incontournable à l‟épanouissement de l‟humanité.

1.5. Présentation de la source d’alimentation de l’usine : 1.5.1. Poste de répartition C181

La SCB-Ciments BOUCLIER est alimentée en énergie électrique par le poste de répartition C181 implanté dans une zone très habitée, environ à 90 m du périmètre de la cimenterie. Ce poste est relié au poste source 161/63/15 kV d‟Apkapka, alimenté à partir de la du poste Gbégamè. Il comprend des rames composées:

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d‟appareillage débrochable et de protection sans alimentation auxiliaire) ;

- d‟une armoire électrique des auxiliaires 48 Vcc et 230 Vac

Au poste de répartition, partent six (06) départs et une arrivée (1) répartis sur deux (02) rames : (voir figure 2.1)

- la rame R1 comprend 3 départs et une arrivée ; - la rame R₂ comprend 3 départs.

La rame R1 est alimentée par la ligne électrique 15 kV venant de la centrale. De la rame R1 partent trois (03) départs que sont :

- le départ pour le poste C19 (la cimenterie BOUCLIER) ; - le départ pour le poste C 58 ;

- le départ pour le poste Cimetière.

La rame R1 est couplée à la rame R2 par l‟intermédiaire du disjoncteur K.

De la rame R2 partent de trois (03) départs que sont : - le départ pour le poste C 75 ;

- le départ pour le poste C 486 ; - le départ pour le poste C135.

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Départ de l‟usine de la SCB

Figure 1.2 : Schéma du poste de répartition C181

1.5.2.Configuration générale de la partie du réseau HTA alimentant la SCB-Ciment BOUCLIER

Le réseau de distribution HTA (15 kV) alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER est majoritairement en souterrain et constitué en grande partie de conducteurs en Aluminium. Ces conducteurs sont posés dans des caniveaux en béton. La structuration du réseau HTA est de type radial avec des dérivations vers les postes de distribution HTA/BT. Les Interrupteurs Aériens à Commande Manuelle (IACM) constituent les principaux organes de coupure dans le réseau HTA ; ils servent à isoler une partie du réseau en vue d‟une intervention en aval et ils permettent aussi de basculer un certain nombre de postes de distribution d‟un départ sur un autre: il s‟agit des points de bouclage qui sont ouverts en régime de fonctionnement normal. Le réseau de distribution HTA alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER reçoit l‟énergie électrique par le poste de répartition de „‟l‟Ancien pont‟‟. Ce dernier dessert une bonne partie du réseau électrique HTA de Cotonou-Ouest. Les différents

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raccordés en Moyenne Tension et les postes publiques HTA/BT servant à alimenter des clients Basse Tension (voir figure 2.2).

Le tableau 1.2 présente les différentes postes indexés sur la figure 2.2.

Tableau 1.2 : Liste des postes de la partie du réseau HTA alimentant la SCB-BOUCLIER

Postes Noms du Poste C181 Poste de répartition

C19 La SCB-BOUCLIER

C1 Ex-Warf

C475 C475

C68 Marché ganhi

C62 CHEQUES Postaux

C294 C294

C61 HOTEL de la Plage

C94 Ex-BCB

C476 LNB

C203 AIR Afrique

C296 DG OPT

C43 CENTRAL PTT

C474 FINANCIAL BANK

C271 DG OCBN

C277 MTE

C78 CBI

C473 ADJOVI

C18 ATELIER OCBN

C472 C59

C391 C76

C7 C146

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Figure 1.3 : Schéma unifilaire de la partie du réseau HTA alimentant la SCB-BOUCLIER

(23)

1.6.1. Présentation du poste d’arrivée de la SCB-BOUCLIER

L‟arrivée du départ en 15 kV, est reliée à un inverseur qui favorise la sélection à l‟utilisation du réseau ou les groupes électrogènes. Cet inverseur est raccordé à un jeu de barre lequel alimente le disjoncteur principal (MCset Merlin Gerin). Ce dernier alimente ensuite trois transformateurs principaux de distribution (15kV/3kV 1,25 MVA) et (15kV/400V 0,65 MVA). Le secondaire des transformateurs (15kV/3kV 1,25 MVA) est relié aux cellules disjoncteurs électriques départ Broyeur 1et Broyeur 2 de ciment respectivement; tandisque le troisième transformateur est relié à un tableau général basse tension pour l‟alimentation des auxiliaires et l‟éclairage. Le neutre des transformateurs principaux est relié à la terre par l‟intermédiaire d‟une impédance et les installations de l‟usine fonctionnent sous le régime de neutre de type TNC (le neutre est relié à la Terre et les masses sont reliées aux neutres).

Figure 1.4 : Schéma unifilaire du poste C19 d‟arrivée de l‟usine de la SCB.

(24)

de la SCB-BOUCLIER

Les lignes électriques chargées en régime permanant transitent deux formes de puissances : la puissance active et la puissance réactive. La puissance active est la plus sollicitée et dépend de la tension et du courant. Il se crée toujours entre eux un décalage d‟angle positif ou négatif selon que le courant est en retard ou en avance sur la tension. Cet angle est appelé le facteur de puissance qui joue un rôle prépondérant dans le dimensionnement des lignes électriques. Ainsi, pour mesurer la performance d‟un réseau électrique en régime normal, deux paramètres essentiels sont à considérer : le facteur de puissance et la fréquence du réseau qui sont à la base des chutes de tension et des surtensions. Le facteur de puissance permet aussi de pénaliser un client au Bénin, lorsqu‟il est en dessous de la valeur de 0,90(𝑐𝑜 ). Ainsi, dans l‟industrie cimentière de la SCB-Ciments BOUCLIER, afin de respecter ces règles électriques, les efforts ont été réalisés. En effet, les condensateurs en gradin au niveau de la ligne des auxiliaires et les batteries de condensateurs sont installés respectivement à proximité de chaque gros moteur des broyeurs 1 et 2 de 3kV puis à l‟entrée de l‟alimentation de l‟usine. Ce qui fait que le facteur de puissance de l‟usine est souvent au-dessus de 0,89 (soit environ 0,90).

Conclusion partielle :

Ce premier chapitre a permis d‟une part de mieux connaitre, l‟usine de la SCB-BOUCLIER dans sa structure et gestion. D‟autre part, il montre l‟importante de l‟énergie électrique dans le système de production de la société.

(25)

CHAPITRE 2 : DESCRIPTION DU PROJET 2.1. Objectif général

Ce projet a pour objectif général de satisfaire à la demande en qualité de l‟énergie sur la partie du réseau HTA alimentant la SCB Ciment-BOUCLIER.

2.2. Problématique :

L‟énergie électrique, après qu‟elle soit produite, est transportée avant d‟être distribuée aux consommateurs. Cette distribution se fait grâce à l‟exploitation des réseaux électriques. Ceux-ci sont exposés aujourd‟hui à des perturbations électriques tels que : surtension, déséquilibre, fluctuation, harmonique, creux de tension, qui se manifestent par la modification de la forme sinusoïdale de l‟onde électrique et son effacement répété à certains points du réseau. Ce qui dégrade la qualité de l‟énergie électrique aux points de consommation.

Le réseau électrique de Cotonou 5 alimente un nombre important de charges électriques parmi lesquelles se trouve l‟usine de la SCB Ciments BOUCLIER. Grande consommatrice d‟énergie électrique, la Société des Ciments du Bénin BOUCLIER est confrontée à de fortes perturbations électriques sur ses installations électriques. En effet, elle enregistre plusieurs coupures de l‟énergie électrique qui lui est vendue par la SBEE à travers le poste de répartition C181 de Cotonou 5. Par exemple en 2015, elle a enregistré 115 mn de coupure d‟électricité pendant lesquelles on assiste un arrêt total de toutes ses machines de productions. En terme de chiffre, cela représente une perte annuelle de production d‟environ 45 tonnes de ciments (sur la base des 200.000 tonnes de ciments que la société produit par an) ; ce qui entrave sa trésorerie.

(26)

le dysfonctionnement des dispositifs de dosage des matières premières (gypse, calcaire, clincker). Cela fait que ces matières premières sont mélangées dans des proportions inadéquates. Autrement dit, des ciments de mauvaise qualité sont produits. De plus, le démarrage répété des machines de production, après coupures d‟électricité, demande la circulation des courantes d‟intensités très élevées. Ce qui engendre des pertes joules dans les câbles d‟alimentation donc une facturation élevée de la consommation en électricité.

Aujourd‟hui avec le projet de réhabilitation du poste de répartition C181 du réseau de Cotonou 5, il existe un départ libre et en réserve sur lequel on pourrait muter certaines charges du réseau de Cotonou 5. Ceci rendra souple et fiable l‟usage de l‟énergie fournie aux consommateurs.

Face à un marché Béninois de ciments de plus en plus concurrentiel, la SCB-BOUCLIER se devait de trouver une solution à ces perturbations. C‟est justement en prélude à la résolution de ces perturbations qu‟il a été proposé une étude intitulée « Contribution à l’amélioration de la qualité de l’énergie sur la partie du réseau HTA de Cotonou 5 alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER>>. Le tableau 2.1 montre les statistiques de quelques coupures.

Tableau 2.1 : les statistiques de quelques coupures.

Dates Intervalles de temps Durées

23/07/15 07h 22mn – 07h 26mn 4mn

29/07/15 09h 42mn – 09h 45mn 3mn

30/07/15 16h 00mn – 16h 30mn 30mn

31/07/15 09h 00mn – 12h 00mn 3h 00mn

(27)

Dans le souci de satisfaire à la demande en qualité de l‟énergie électrique sur le réseau de Cotonou 5, il nous a été demandé d‟améliorer la qualité de l‟énergie électrique. Pour ce faire nous avons scindé la méthodologie de l‟étude en deux grandes parties.

La première partie consiste à : - Présenter le projet ; et

- Mesurer et analyser les perturbations électriques sur le réseau électrique de Cotonou 5 ;

La deuxième partie consiste à :

- Faire le dimensionnement et la pose des câbles HTA 15 kV et de ses accessoires après avoir faire un choix de la méthode appropriée pour l‟amélioration de la qualité de l‟énergie électrique sur le réseau électrique Cotonou 5 ; et

- Enfin de procéder à l‟étude économique et financière de la solution.

2.4. Résultats attendus

- Une bonne qualité de l‟énergie électrique distribuée ;

- Une exploitation souple et fiable de l‟énergie électrique au sein de ladite société ; et

- une continuité de fourniture de l‟énergie électrique.

Conclusion partielle

Il a été présenté dans ce chapitre, la description du projet. Celle-ci a consisté à présenter l‟objectif général, la problématique, le cahier des charges et les résultats attendus du projet. Le chapitre suivant va présenter Les facteurs influant la qualité de l‟énergie électrique et les différentes méthodes de son amélioration.

(28)

CHAPITRE 3: Les facteurs influant la qualité de l’énergie électrique et les différentes méthodes de son amélioration Introduction partielle

Le réseau électrique HTA alimentant la SCB-Ciments BOUCLIER est confronté au problème de la dégradation de la qualité de l‟énergie électrique en son sein en régime de fonctionnement. L‟objectif de ce chapitre est de développer les différentes méthodes d‟amélioration de la qualité de l‟énergie électrique.

La notion globale de qualité de l‟énergie peut être décomposée en deux parties: la continuité et la qualité de la tension [27].

3.1 La continuité de la tension

La continuité de l‟alimentation en tension et en courant relève de la conception des réseaux publics et industriels, de la qualité de leurs matériels et des bonnes pratiques de maintenance et d‟exploitation. Elle est l‟un des éléments importants de la qualité de la fourniture perçue par les clients. Elle est influencée par l‟apparition des pertes techniques sur le réseau.

3.1.1 Les pertes techniques

Les pertes techniques désignent l‟ensemble des pertes liées à la configuration et à l‟exploitation du réseau électrique. Ces pertes sont les chutes de tension et les pertes joules.

- Chutes de tension

Considérons la figure 4.1 qui représente de manière très simplifiée, une ligne d‟impédance ( ) destinée à alimenter une charge. Désignons par V₁ et V₂ les tensions entre phase et neutre

(29)

au départ et à l‟arrivée de la ligne ; et par I l‟intensité au départ qui est la même à l‟arrivée de la ligne. Considérons la figure 4.1 :

R x

I

V2

V1

I

Figure 3.1: Schéma monophasé équivalent

Si nous désignons par le déphasage du courant par rapport à la tension à l‟extrémité réceptrice 2, la chute de tension dans la ligne à courant alternatif, est donnée en valeur absolue par la relation (3.1) :

[27]

(3.1)

^{( )} [27] (3.2)

⁽

)

[27] (3.3) est la puissance active transitée et est la puissance réactive transitée.

L‟expression (3.3) de la chute de tension est fonction des paramètres linéiques ( ) qui sont aussi fonction de la section, de la longueur des lignes déployées sur le réseau électrique et des paramètres d‟exploitation ( ) du réseau électrique.

- Pertes joules

En considérant la figure 4.1, les pertes joules par phase peuvent s‟écrire suivant l‟équation (4.4) :

(30)

[27] (3.4) [27] (3.5) La formule (4.5) des pertes joules montre qu‟elles sont fonction du paramètre linéique ( ) qui est aussi fonction de la section, de la longueur des lignes déployées sur le réseau électrique et des paramètres d‟exploitation ( ) du réseau électrique.

À travers l‟évaluation des pertes techniques, il est indispensable de connaître l‟origine de ces pertes techniques et leurs effets sur le réseau électrique.

3.1.2. Causes et conséquences des pertes techniques dans un réseau électrique

- Causes des pertes techniques

Les éléments qui sont à l‟origine des pertes techniques sont multiples et dépendent de la configuration puis de l‟exploitation du réseau électrique.

Nous pouvons citer :

- la longueur de la ligne ;

- le mauvais aiguillage de la tension source ; - la circulation importante de l‟énergie active ; - la circulation importante de l‟énergie réactive ;

- la nature et la section inadéquate des conducteurs électriques.

Ces causes énumérées entraînent des effets qui seront développés dans la section qui suit.

(31)

- Conséquences des pertes techniques

Des chutes de tension trop élevées dans le réseau électrique HTA peuvent provoquer ou entrainer la faiblesse de la luminosité au niveau des sources lumineuses ce qui créent des maladies oculaires très graves. L‟apparition des chutes de tension excessives aux bornes des machines tournantes (moteur synchrone, moteur asynchrone etc.) entraîne le dysfonctionnement de ces machines et impactent sur leur rendement. Ces chutes de tensions aux bornes des moteurs s‟accompagnent également d‟une augmentation de l‟intensité du courant entraînant ainsi un échauffement excessif des fils conducteurs. Cela peut entraîner également un court-circuit et peut être à l'origine des incendies. Les dispositifs de régulation électroniques sont généralement prévus pour supporter sans inconvénient des variations de leur tension d‟alimentation. Cependant au-delà d‟une durée propre à chaque système, une forte chute de tension entraîne une défaillance partielle ou complète de la fonction assurée. Il faut également ajouter à cela l‟impossibilité de démarrage de certains équipements comme les moteurs, les climatiseurs, et l‟augmentation de la consommation du client puisque dans ce cas il y a appel important de courant pour compenser la chute de tension.

En ce qui concerne les pertes joules, elles provoquent dans le réseau électrique:

- l‟échauffement des conducteurs électriques ; - la perte des isolants des conducteurs électriques ;

- le déficit en puissance active pour faire fonctionner les équipements électriques.

Pour garder la tension dans la plage spécifiée par la norme NF 50160 et d‟avoir moins de pertes joules dans le réseau, il est nécessaire de maîtriser les méthodes de correction des pertes techniques pour

(32)

pouvoir faire un bon choix en vue d‟optimiser efficacement l‟apparition des pertes techniques.

3.2 La qualité de la tension

La qualité de la tension est caractérisée par les paramètres suivant : la fréquence, l‟amplitude de la tension, la forme d‟onde qui doit être la plus proche possible d‟une sinusoïde, la symétrie du système triphasé de tensions, caractérisée par l‟égalité des modules des tensions du système et de leur déphasage relatif.

En se basant sur les paramètres caractérisant la qualité de la tension électrique, on distingue quatre familles de perturbations électriques [27]: les variations de l‟amplitude de la tension (creux de tensions, coupures brèves et surtensions, flicker) ; les fluctuations de la fréquence autour de la fréquence fondamentale ; les modifications de la forme d‟onde (harmoniques, interharmoniques, bruits) ; la dissymétrie du système triphasé ou déséquilibre.

3.2.1. Un creux de tension, coupure brève

Un creux de tension, est une baisse brutale de la tension en un point du réseau électrique à une valeur comprise (par convention) entre 90% et 10% par rapport à la tension de référence (U_ref), suivie d'un rétablissement de cette tension après un court laps de temps compris entre la demi-période fondamentale du réseau (8 ms à 16ms) et une minute [15]. Les coupures brèves sont un cas particulier des creux de tension de profondeur supérieure à 90% et de durée allant jusqu' à 1 minute.

(33)

Figure 3.2 : Creux et coupure brève.

- Paramètres déterminant les types de creux de tension

 Types de court-circuit

Les courts-circuits sont la cause principale des creux de tension.

On distingue quatre types de court-circuit: monophasés, entre deux phases et terre, biphasés et triphasés.

 Régime de neutre

L‟allure des creux de tension engendrés par les courts-circuits précédents dépend également du régime de neutre du réseau électrique.

On distingue en effet deux régimes de neutre principaux : neutre isolé (ou relié à la terre par une forte impédance) et neutre relié directement à la terre (ou par une faible impédance).

 L’endroit du défaut

Le type et les caractéristiques d‟un creux de tension dépendent également de l‟endroit du défaut qui l‟engendre, et de l‟endroit où il est mesuré au sein du réseau électrique. En effet, on verra que les creux de tension se propagent en aval du réseau en modifiant leurs signatures via les transformateurs.

3.2.1. Surtensions [24]

Toute tension appliquée à un équipement dont la valeur de crête sort des limites d‟un gabarit défini par une norme ou une spécification est

(34)

une surtension (voir figure 4.3). Les surtensions sont de trois natures:

temporaires à fréquence industrielle; de manœuvre; d‟origine atmosphérique (foudre).

Figure 3.3: Exemple de surtension 3.2.2. Les fluctuations rapides de tension (flickers)

Les variations de tension sont des variations de la valeur efficace ou de la valeur crête d‟amplitude inférieure à 10 % de la tension nominale. Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations cycliques ou aléatoires de l‟enveloppe d‟une tension dont les caractéristiques sont la fréquence de la variation et l‟amplitude, [1] comme illustré sur la figure 4.4. Les fluctuations de tension sont principalement dues à des charges industrielles rapidement variables comme les machines à souder, les fours à arc.

Figure 3.4: Fluctuations de tension.

Comme les fluctuations ont une amplitude qui n‟excède pas ±10 %, la plupart des appareils ne sont pas perturbés. Le principal effet des fluctuations de tension est la fluctuation de la luminosité des lampes

(35)

(papillotement ou flicker). La gêne physiologique (fatigue visuelle et nerveuse) dépend de l‟amplitude des fluctuations, de la cadence de répétition des variations, de la composition spectrale et de la durée de la perturbation [24].

3.2.3. Variation de la fréquence

Une variation sensible de la fréquence du réseau peut apparaitre sur les réseaux des utilisateurs non interconnectés ou alimentés par une source thermique autonome (voir la figure 4.5). Au niveau des réseaux de distribution ou de transport, cette variation de la fréquence est très rare et n'est présente que lors des circonstances exceptionnelles, comme dans le cas de certains défauts graves sur le réseau. Dans des conditions normales d'exploitation, la valeur moyenne de la fréquence fondamentale doit être comprise dans l‟intervalle 50𝐻𝑧± 1%, [16]

Figure 3.5: Variation de fréquence.

3.2.4. Le déséquilibre

Trois grandeurs de même nature et de même pulsation forment un système triphasé équilibré lorsqu‟elles ont la même amplitude et lorsqu‟elles sont déphasées de ±120°. Lorsque les grandeurs ne vérifient pas ces conditions de phase et d‟amplitude, on parle d‟un système triphasé déséquilibré (figure 4.6).

(36)

Figure 3.6: Déséquilibre du système triphasé de tension.

Le niveau de déséquilibre est lié à la fois à la puissance et la localisation des charges perturbatrices, et à la puissance de court-circuit du réseau amont. Le bouclage des réseaux, favorable à l‟obtention d‟une puissance de court-circuit élevée, permet de diminuer le degré de déséquilibre.

3.2.5. Harmoniques et inter-harmoniques

La distorsion harmonique est un phénomène périodique qui désigne la superposition, sur l'onde fondamentale de 50 𝐻𝑧 des ondes également sinusoïdales et de fréquences multiples de celle de la fondamentale. La décomposition en série de Fourier d'une onde quelconque permet l'obtention de ses composantes harmoniques comme l'illustre la figure 3.7. Néanmoins, des inter-harmoniques ayant des fréquences non multiples de la fréquence fondamentale peuvent parfois exister. Le rang d'une harmonique est défini comme :

^(3.6)

Où 𝑓𝑛 et 𝑓 désignent la fréquence de l'harmonique et la fréquence fondamentale, respectivement.

Figure 3.7: Harmoniques

(37)

Afin de pouvoir quantifier le contenu harmonique dans un signal (𝑡) périodique, la Distorsion Harmonique Totale 𝑇𝐻𝐷 est le facteur le plus souvent utilisé. Le 𝑇𝐻𝐷 peut être calculé pour un courant ou une tension comme suit:

𝑇𝐻𝐷 ^√∑

( 3.7) Où 𝑌𝑛 désigne la valeur efficace de l'harmonique de rang 𝑛 dans le signal (𝑡) et 𝑛𝑚𝑎𝑥 est le rang maximal considéré pour le calcul (généralement 𝑛𝑚𝑎𝑥=40 𝑜𝑢 50). La valeur efficace 𝑌 du signal (𝑡) est reliée au 𝑇𝐻𝐷 par la relation suivante:

𝑌 √∑𝑌 = 𝑌 √ 𝑇𝐻𝐷 (3.8)

Le taux individuel 𝜏𝑛 de l'harmonique de rang n est définit par:

(3.9) Pour une même valeur efficace, les formes d'ondes peuvent être différentes. Par conséquent, un facteur permettant de caractériser la forme d'onde est le facteur de crête, et il est défini comme le rapport de la valeur crête du signal sur sa valeur efficace :

^̂ (3.10) Le tableau 3.1 présente le résumé de toutes les perturbations précitées, leurs origines et leurs conséquences.

(38)

Tableau 3.1: Vue d‟ensemble des principales perturbations électriques [25]

Perturbation Origine Conséquences

Coupure longue(délestage)

Court-circuit, surcharge, déclenchement intempestif, (maintenance)

Arrêts d'équipements, pertes de production,

dégâts Creux de tension et

coupure brève

Court-circuit, (enclenchement de gros

moteur)

Arrêts d'équipements, pertes de production,

dégâts Fluctuation rapide

(flicker)

Installations fluctuantes (four à arc, soudeuse,

moteur à démarrage fréquent, éolienne…)

Papillotement de l'éclairage

Harmonique Installations non linéaires (électronique de

puissance, arcs électriques…)

Effets thermiques (moteurs, condensateurs, conducteurs de neutre…),

diélectriques (vieillissement d'isolant)

ou quasi instantanés (automatismes) Interharmonique Installations non linéaires

et fluctuantes (four à arc, soudeuse, éolienne), changeurs de fréquence, télécommande centralisée

Papillotement de l'éclairage fluorescent,

dysfonctionnement d'automatismes, dégâts mécaniques sur machines

tournantes Déséquilibre Installations

déséquilibrées (traction ferroviaire…)

Echauffement de machines tournantes,

vibrations, dysfonctionnement de

protections Surtension Court-circuit,

commutations, foudre

Déclenchements, danger pour les personnes et

pour les matériels

3.3. Les méthodes d’amélioration de la qualité de l’énergie électrique

Bien que les pertes techniques influencent sur la continuité de tension au point de livraison et qu‟elles soient inévitables dans le réseau électrique, leur correction est rendue possible grâce à des interventions portant sur certains éléments intervenant dans leurs calculs. Les

(39)

différentes méthodes d‟amélioration des pertes techniques sont : les régleurs en charge des transformateurs, la production locale d‟énergie réactive, le réglage de la tension de service, la production locale d‟énergie active, le renforcement du réseau électrique HTA, la reconfiguration du réseau électrique HTA et le passage de la tension de service du réseau électrique à un niveau supérieur.

3.3.1. Réglage de la tension source

Les variations de puissances consommées sur le réseau électrique sont inévitables et dépendantes de plusieurs facteurs comme la période de la journée, les saisons ou encore les secteurs de consommations (tertiaires, industriels ou résidentiels). Or, cet équilibre entre la production et la consommation est un facteur de fluctuation de l‟onde de tension et de la fréquence. Ainsi, plus la production est importante par rapport à la consommation plus la tension sera élevée et inversement.

La tension évolue donc également en permanence. Pour maintenir la tension et la fréquence stable contribuant à garantir une bonne qualité de l‟énergie électrique et une bonne continuité de service dans les réseaux HTB, des dispositifs utilisés sont hiérarchisés tels que le réglage primaire, le réglage secondaire et le réglage tertiaire.

3.3.2. Régleurs en charge des transformateurs

Les transformateurs HTB/HTA et HTA/BT sont équipés d‟un régleur en charge qui permet d‟insérer ou de retrancher des spires d‟enroulement supplémentaires, et modifier ainsi le rapport de transformation. Cet ajustement se fait de façon discontinue, par pas, dénommé « passage de prise » [28]. Ceux-ci permettent d'ajuster la tension des jeux de barres HTA en fonction de l'évolution des charges et des fluctuations de la tension amont. La plupart des transformateurs des postes sources HTB/HTA possède un nombre de prises compris

(40)

entre 17 et 25 pour une puissance allant de 1 MVA à 36 MVA. Ils permettent de délivrer une tension comprise, au secondaire, entre 13,8 kV et 18,3 kV [29]. Le premier changement de prise suite à un dépassement de seuil se fait avec un retard Δt1 d'une minute, ceci afin de laisser passer des variations de tension transitoires dues aux connexions ou déconnexions de charges importantes. Le retard Δt₂ pris en compte pour les changements de prise suivants est réduit à 10 secondes. Le réglage de la tension HTA peut se faire avec ou sans compoundage. Le compoundage est une technique qui prend en compte, par mesure du courant dans le transformateur (et donc de l'état de charge moyen du réseau), les chutes de tension dans le réseau aval [30]. Cela permet de tenir la tension en un point du réseau électrique différent du poste source. La figure 4.8 illustre le principe de fonctionnement des régleurs en charges.

Figure 3.8 : Principe de fonctionnement des régleurs en charges [7].

3.3.3. Élévation de la tension distribuée

L‟élévation de la tension de service d‟un réseau électrique permet de faire circuler moins de courant par rapport au courant initial qui circulait à travers le réseau électrique.

(41)

3.3.4. Production locale d’énergie réactive

Le bilan global de la puissance réactive produite et consommée dans l'ensemble du réseau électrique doit être équilibré. Les variations de tension et l‟apparition de pertes joules du réseau électrique sont étroitement liées aux fluctuations de la puissance réactive dans le réseau électrique de production et de transport. Ceci tient au fait que la puissance réactive intervient dans l'expression de la chute de tension et des pertes joules. L‟analyse des variations de la demande de la puissance réactive montre que le problème de l‟adaptation offre- demande présente deux aspects qui nécessitent l‟emploi de dispositifs aux caractéristiques très différentes:

- le premier consiste à suivre les fluctuations périodiques. Celles-ci sont connues, tout au moins pour les charges dans une large mesure prévisible. Une grande part de l‟ajustement peut donc être réalisée à l‟aide de moyen dont l‟action est discontinue et le temps de réponse relativement long. Cette catégorie comprend les bancs de condensateurs et les inductances installées sur les réseaux électriques.

[29]

- le second consiste à faire face aux variations brusques et aléatoires. Ceci nécessite la mise en œuvre de moyens dont le temps de réponse est très court. Cette catégorie comprend les groupes de production ainsi que les compensateurs synchrones et les FACTS. [29]

3.3.4.1. Condensateurs

Ces bancs de condensateurs produisent de la puissance réactive qui peut atteindre quelques MVAR, Ils sont utilisés pour corriger le facteur de puissance dans le cas de fortes charges inductives. Cette solution est utilisée quand le plan de tension est bas afin de le remonter, elle permet aussi de réduire les pertes joules. Le but est de

(42)

compenser la somme de puissance réactive absorbée par le réseau électrique et par le transformateur HTB/HTA. Ainsi, le banc de condensateur permet de compenser cette puissance réactive consommée en mettant en service le bon nombre d‟éléments pour une compensation optimale toutes les 10 minutes [32]. La figure 4.9 illustre le schéma d‟une batterie de condensateur connectée au réseau.

Figure 3.9: Représentation d‟un gradin d‟une batterie de condensateur [32]

3.3.4.2. Inductances

Elles sont utilisées pour absorber l‟énergie réactive fournie aux heures creuses par les lignes à haute tension. Elles sont soit directement raccordées au réseau électrique, soit branchées sur les tertiaires des transformateurs. Par conséquent, elles permettent d‟éviter les surtensions dans le réseau électrique [29].

3.3.4.3. Groupes de production (générateurs)

Les groupes de production sont bien situés pour satisfaire les besoins en puissance réactive. Leurs performances dynamiques leur permettent de faire face aux fluctuations brusques de la demande. [31]