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RAPPORT DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME DE LICENCE PROFESSIONNELLE
OPTION : Sciences et Techniques Industrielles SPECIALITE : Génie Electrique
THEME :
ANALYSE CRITIQUE DU SYSTEME DE PROTECTION DU POSTE SOURCE
63kV/15kV DE GBEGAMEY
Présenté et soutenu par : DEGILA Gisèle Francine Aline
Tuteur de stage : Superviseur : Ing . Réné SOTOMEY Pr. Vincent S. HOUNDEDAKO
Année académique : 2018-2019
Maître de Conférences des Universités Chef Département Transport et Mouvements d’Energie
à la SBEE
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
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CENTRE AUTONOME DE PERFECTIONNEMENT (CAP)
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REPUBLIQUE DU BENIN
Fraternité – Justice – Travail
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MINISTEREDE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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i
DEDICACE
Je dédie ce mémoire
Aux êtres les plus chers à mon cœur, mon Père et ma mère, qui ont toujours cru en moi et m’ont encouragée.
A toute ma famille ;
A tous mes amis ;
A tous mes professeurs.
Gisèle Francine Aline DEGILA
ii
REMERCIEMENTS
Je tiens tout d’abord à remercier Dieu le Tout-Puissant et miséricordieux, qui m’a donné la force et la patience d’accomplir ce modeste travail.
J’exprime en particulier ma profonde gratitude à l’endroit de mes maîtres :
- Monsieur Vincent S. HOUNDEDAKO, Maître de Conférences au CAMES, Enseignant chercheur à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, qui a accepté diriger ce travail de fin de formation.
- Monsieur René SOTOMEY, Ingénieur Electrotechnicien - Chef Département Transport et Mouvements d’Energie, pour son suivi durant tout le processus de ce travail.
De même à :
- Monsieur Laurent TOSSOU, Directeur Général de la SBEE ;
- Monsieur Cyprien HOUNSOUNOU, Conseiller Technique du Directeur Général de la SBEE ;
- Monsieur Fortuné SOUDE, Directeur de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER) pour ses conseils ;
- Monsieur Jannot HOUNSOUNOU, Ingénieur en Génie Industriel pour sa disponibilité sans faille tout au long du processus d’élaboration de ce document.
A tout le personnel de la Direction de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER).
Mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail en acceptant de l’examiner et de l’enrichir par leurs recommandations.
Enfin, j’adresse mes plus sincères remerciements à Monsieur Christophe AWANTO, Maître de Conférences au CAMES, Enseignant chercheur à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi et à tous mes proches et amis, qui m’ont toujours encouragée pendant toute la durée de ma formation.
iii
RESUME
Les postes sources sont des intermédiaires entre le transport et la distribution de l’énergie électrique. La continuité de l’énergie électrique fournie aux clients passe par la protection continue de ces postes sources. Les dispositifs de protection surveillent en permanence l’état électrique des équipements du poste source et provoquent leur mise hors tension, lorsqu’une perturbation indésirable (surcharge, défaut d’isolement,…) survient. Ce travail de recherche a pour but d’analyser le plan de protection du poste source de Gbégamey et de proposer des solutions pour son efficacité. Ayant constaté que le plan de protection du poste source a un problème de cumul de temps dans différents départs y compris leur arrivée, nous avons proposé comme solution à ce problème, la sélectivité logique. Tandis que pour le problème du déclenchement causé par les surcharges transitoires, nous avons proposé comme solution la mise en place d’une protection à double seuil.
Mots clés: Poste source, énergie électrique, plan de protection, sélectivité logique, surcharge transitoire.
ABSTRACT
Source stations are intermediaries between the transport and distribution of electrical energy. The continuity of the electrical energy supplied to the customers goes through the continuous protection of these source stations. The protection devices constantly monitor the electrical state of the equipment of the source station and cause it to be de-energized when an undesirable disturbance (overload, insulation fault,...) occurs.
This research work aims to analyze the protection plan of the Gbégamey source substation and to propose solutions for its effectiveness. Having found that the protection plan of the source station has a problem of cumulation of time in different departures including their arrival, we proposed as a solution to this problem, the logical selectivity. While for the problem of triggering caused by transient overloads, we have proposed as a solution the implementation of a double threshold protection.
Keywords: Source station, electrical energy, protection plan, logical selectivity, transient overloads.
iv
TABLE DES MATIERES
DEDICACE ... i
REMERCIEMENTS ... ii
RESUME ... iii
TABLE DES MATIERES ... iv
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ... vii
LISTE DES FIGURES ... vii
LISTE DES TABLEAUX ... ix
INTRODUCTION GENERALE ... 1
CHAPITRE 1 : Présentation de la structure d’accueil et du déroulement de stage ... 3
INTRODUCTION ... 4
1.1 Présentation de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) ... 4
1.1.1 Historique ... 4
1.1.2 Mission ... 5
1.1.3 Activités ... 6
1.1.4 Organigramme ... 7
1.2 Présentation du système électrique de la SBEE ... 7
1.2.1 Source d’approvisionnement ... 7
1.2.2 Réseau de transport Haute Tension HTB ... 7
1.3 Présentation de la Direction de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER) ... 8
1.3.1 Situation géographique ... 8
1.3.2 Mission et attributions ... 8
1.3.3 Organigramme ... 9
1.4 Déroulement de stage ... 9
1.4.1 Travaux effectués au cours du stage ... 9
CONCLUSION PARTIELLE ... 10
CHAPITRE 2 : Description du projet et cadre théorique ... 11
INTRODUCTION ... 12
2.1 Objectif général ... 12
2.2 Problématique ... 12
v
2.3 Cahier des charges ... 13
2.4 Résultats attendus... 13
2.5 Cadre théorique ... 13
2.5.1 Définition d’un poste source ... 13
2.5.2 Description d’un poste source ... 14
2.5.3 Typologie des défauts affectant le réseau HTA ... 18
2.5.4 Conséquences des défauts ... 20
2.5.5 Les technologies des unités de protection HTA ... 21
2.5.6 L’unité fonctionnelle ... 22
2.5.7 Qualité principale d’un système de protection du réseau en HTA ... 25
2.5.8 Rôles des protections ... 27
2.5.9 Structure d’une protection ... 27
2.5.10 Système de protection pour les postes sources ... 32
CONCLUSION PARTIELLE ... 39
CHAPITRE 3 : Présentation du poste source de Gbégamey et des protections électriques ... 40
INTRODUCTION ... 41
3.1 Description du réseau électrique HTB de la SBEE ... 41
3.2 Description du poste source ... 42
3.2.1 Poste source de COTONOU-GBEGAMEY ... 42
3.3 Présentation du dispositif de protection actuel au poste de Gbégamey ... 52
3.3.1 Fonction globale des principaux appareillages HTA ... 52
3.3.2 Protection contre les courants de défauts ... 52
3.3.3 Protection contre les surintensités ... 53
3.3.4 Protection contre les surtensions ... 53
3.3.5 Protection avec des relais numériques ... 54
CONCLUSION PARTIELLE ... 55
CHAPITRE 4 : Analyses critiques du système de protection du poste source HT1 Gbégamey et approches de solutions ... 56
INTRODUCTION ... 57
4.1 Phénomène de cumul du temps engendré par les départs C181, C262 et 3 Banques sur le départ principal ... 57
4.1.1 Présentation de défauts ... 57
vi
... 57
... 57
4.1.2 Analyse du problème ... 58
4.1.3 Objectif ... 59
4.1.4 Solution ... 59
4.1.5 Sélectivité logique ... 59
4.1.6 Principe de la sélectivité logique ... 59
4.2 Déclenchement d’un départ 20 kV suite aux surcharges transitoires ... 61
4.2.1 Problème constaté ... 61
4.2.2 Analyse du problème ... 61
4.2.3 Solution ... 62
CONCLUSION PARTIELLE ... 63
CONCLUSION GENERALE ... 64
BIBLIOGRAPHIE ... 65 ANNEXES ... NNN
vii
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
ABERME : Agence Béninoise d’Electrification Rurale et de Maîtrise d’Energie BT: Basse Tension
CCDEE : Compagnie Coloniale pour la Distribution de l’Énergie Électrique CEB : Communauté Electrique du Bénin
DPMEER : Direction de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables
HT : Haute tension
HTA : Haute Tension Catégorie A HTB : Haute Tension Catégorie B
IITA : International Institute of Tropical Agriculture L20 : Arrivée Ligne Vêdoko 1
L21 : Arrivée Ligne Vêdoko 2 MICOM : MicroComputer
ONAB : Office National du Bois
SBEE : Société d’Energie Electrique du Bénin SDEE : Société Dahoméenne d’Électricité et d’Eau SONEB : Société Nationale des Eaux du Bénin TC : Transformateur de Courant
TCN: Transmission Company of Nigeria TE1 : Transformateur d’Energie 1
TE2 : Transformateur d’Energie 2 TE1 : Transformateur 1
TE2 : Transformateur 2
TT : Transformateur de Tension VRA : Volta River Authority
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Schéma synoptique d’un poste ... 26 Figure 2 : Court-circuit triphasé symétrique ... 30
viii
Figure 3: Court-circuit biphasé symétrique ... 30
Figure 4: Court-circuit monophasé à la terre ... 31
Figure 5: Schéma d’une cellule HTA d’un tableau préfabriqué ... 35
Figure 6: Relais numérique - SPAM ... 37
Figure 7: Automatisme de protection ... 49
Figure 8: Relais de type électromécanique ... 41
Figure 9: Relais de type numérique... 41
Figure 10: Exemple de zones de protection du réseau de distribution HTA ... 44
Figure 11: Relais Buchholz régleur ... 45
Figure 12: Relais Buchholz transformateur ... 45
Figure 13: Dispositif de détection de température ... 46
Figure 14: Aéroréfrigérants ... 46
Figure 15: Détecteur d’arrêt pompe ... 46
Figure 16: Protection Masse Cuivre ... 47
Figure 17: Éclateurs placés sur les pôles HT ... 47
Figure 18: Emplacement des transformateurs de courant sur les pôles secondaires du transformateur HTB/HTA ... 48
Figure 19: Résistance du neutre 42,5 Ω ... 49
Figure 20: Emplacement TC spécial 1/1 A ... 49
Figure 21: Entrée du poste de Gbégamey ... 55
Figure 22: Champ électrique du poste électrique de Gbégamey ... 56
Figure 23: Synoptique du poste source Gbégamey Figure 24: Transformateur TE1 ... 57
Figure 25: Transformateur TE2 ... 57
Figure 26: Interrupteurs des départs (127 V) ... 57
Figure 27: Interrupteurs des départs 220V / 380V ... 57
Figure 28: Disjoncteur SF6 ... 58
Figure 29: Disjoncteur à huile ... 58
Figure 30: Sectionneur de Ligne et Sectionneur de Terre ... 59
Figure 31: Parafoudre du TE1 ... 59
Figure 32: Parafoudre du TE2 ... 59
Figure 33: Transformateur de Courant (TC) ... 60
ix
Figure 34: Transformateur de Tension (TT) ... 60
Figure 35: Jeux de barres reliés à trois pantographes ... 60
Figure 36: Tableau de protection-commande des condensateurs ... 61
Figure 37: Tableau de protection-commande TE1... 61
Figure 38: Onduleurs et Batteries ... 61
Figure 39: Salle de contrôle et commande ... 62
Figure 40: Nouvelles Cellules HTA ... 62
Figure 41: Anciennes Cellules HTA ... 62
Figure 42: Régime de neutre résistant (9Ω ; 15kV ; 1kA) ... 63
Figure 43: Disjoncteur de protection contre les surintensités ... 64
Figure 44: Paratonnerres ... 64
Figure 45: Relais numérique MICOM 127 ... 65
Figure 46: Relais numérique MICOM P 123 ... 65
Figure 47: Deux défauts successifs ou simultanés sur un transformateur HTB/HTA ... 68
Figure 48: Diagramme des temps sans la sélectivité logique………..69
Figure 49: Diagramme des temps avec système de sélectivité logique………...71
Figure 50: Courbe de déclenchement pour une protection ampérométrique avec 1 seuil à temps constant ... 73
Figure 51:Courbe de déclenchement pour une protection ampérométrique avec 2 seuils de réglage ... 73
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Caractéristiques des sources de production de la SBEE…………...6Tableau 2 : Equipements d'un poste……….15
Tableau 3 : Quelques types de relais………29
1
INTRODUCTION GENERALE
L’électricité est une énergie non-stockable, elle doit être produite, transportée et distribuée pour être consommée. « L’énergie électrique consommée correspond toujours à l’énergie produite » [1]. L’énergie électrique est produite dans des usines génératrices appelées « Centrales électriques ». Une Centrale comporte un ou plusieurs groupes constitués chacun d’un alternateur entrainé par une machine motrice (moteur Diesel, turbine à vapeur, turbine à gaz, turbine hydraulique,…). Les centrales de production de l’énergie électrique se trouvent généralement dans des endroits éloignés par rapport aux différents points de consommation, pour cela, il existe des postes de transformation et des lignes qui assurent le transport de l’énergie produite vers les clients finaux. On trouve ces postes de transformation de l’énergie aux abords des villes. Ils sont alors construits pour baisser la Haute Tension et la transformer en Moyenne Tension MT (HTA). Ensuite, on trouve des lignes électriques (HTA) qui sortent de ces postes et qui se dispersent dans les villes, les villages, les zones rurales, et les zones industrielles. Ces lignes doivent être commandées et contrôlées. Pour cela, on trouve des protections installées au niveau de la cellule de chaque départ (Ligne sortante du poste de transformation). Ces protections assurent l’élimination de l’effet des défauts et protègent les clients en cas d’apparition d’anomalies dans le fonctionnement du départ qui les alimente [2].
Au poste source de Gbégamey, pendant le fonctionnement de ces protections, assez souvent, on se retrouve face à deux situations qui perturbent la distribution de l’énergie. Il s’agit du fait que :
1) deux ou plusieurs départs 15 kV peuvent être atteints simultanément par des défauts, en particulier lors des intempéries, provoquant le déclenchement intempestif de l’arrivée 63 kV.
2) au moment de la fermeture des départs (manuelle ou par réenclencheur) de certains clients HTA, le courant transitoire atteint un pic qui dépasse le seuil
2
du courant de réglage, la durée de ce régime transitoire dépasse celle du réglage du relais ampérométrique, ce qui entraine le déclenchement du départ.
Afin de pouvoir rendre concise l’étude de ces deux phénomènes, nous avons scindé notre mémoire en quatre chapitres présentés comme suit :
Le premier chapitre présente la SBEE qui est notre structure d’accueil. Cette partie donne une vision globale sur la mission, l’organigramme, la source d’approvisionnement et le réseau de transport Haute Tension (HTB). Le deuxième chapitre est consacré à la description du projet. Dans cette deuxième partie nous avons présenté l’objectif général de notre projet, la problématique et le cahier des charges et enfin les résultats attendus. Dans le troisième chapitre, nous avons présenté le poste source de Gbégamey et ses protections électriques. La revue de littérature a permis d’avoir une vue globale sur les systèmes de protection des postes-sources. La recherche sur des travaux similaires va permettre de connaître les postes sources, leur plan de protection, leurs organes constitutifs et leur organisation du point de vue plan de protection. Dans le quatrième chapitre, nous avons analysé et critiqué le plan de protection du poste source de Gbégamey et proposer des approches de solution aux problèmes constatés. Enfin, nous avons terminé notre travail par une conclusion générale.
3
CHAPITRE 1 : Présentation de la structure d’accueil et
du déroulement de stage
4
INTRODUCTION
Au Bénin, c’est la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) qui s’occupe de la fourniture de l’énergie électrique sur toute l’étendue du territoire national. De quelques employés à la création de la toute première structure de production et de distribution de l’énergie électrique, la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) compte de nos jours plus de 1500 travailleurs toutes catégories confondues.
1.1 Présentation de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) 1.1.1 Historique
La République du Bénin a connu pour la première fois de son histoire la production de l’Electricité sous forme de courant continu en 1928 à Porto-Novo.
Dès lors, la production et la distribution d’énergie électrique étaient assurées par les travaux publics. Elles se limitaient à deux centrales autonomes, l’un situé à Porto- Novo et l’autre à Cotonou. La centrale de Porto-Novo était dotée de trois moteurs Diésel d’une puissance globale de 300 CV, entraînant chacun une génératrice à courant continu de 220 V. La centrale de Cotonou, quant à elle, comportait deux groupes électrogènes d’une puissance globale de 550 CV dont un groupe américain ATLAS de 350 CV et un groupe anglais de 200 CV. L’énergie électrique était produite par des alternateurs triphasés 50 Hz débitant une tension de 3200 Volts ; trois postes de transformation répartis dans la ville distribuaient l’énergie électrique triphasée de 220/110 Volts.
C’est à partir du mois de janvier 1948 que le Gouvernement d’alors confia à la compagnie Centrale de Distribution d’Energie Electrique (CCDEE), la gérance des usines de production et de distribution publique d’énergie électrique pour tous usages dans la zone du littoral définie par les villes de Porto-Novo, Cotonou et Ouidah.
Après l’indépendance du Dahomey en 1960, la CCDEE devient Compagnie Centrale de Distribution d’Énergie Électrique avec son siège à Cayenne en France.
En 1968, les villes d’Abomey et de Bohicon furent la première étape de l’extension des activités de la Compagnie dans le pays. Le 31 décembre 1970, la Compagnie
5
Centrale de Distribution d’Énergie Électrique (CCDEE) fut rachetée par l’État dahoméen qui la confia à une société nationale d’économie mixte. Le 07 février 1973, la Compagnie devient Société Dahoméenne d’Électricité et d’Eau (SDEE). C’est l’année où l’État prit l’option d’élargir le réseau. Ainsi progressivement, les villes de Parakou, Lokossa et Natitingou seront couvertes à partir de 1975. Compte tenu de la demande croissante de l’énergie électrique, celle produite sur place est devenue insuffisante. L’importation de l’énergie électrique s’avère indispensable. Cette importation est assurée par la Communauté Électrique du Bénin (CEB) qui a été créée le 27 juillet 1968 grâce à un accord instituant un cadre Bénino-Togolais de l’électricité. La CEB a pour mission essentielle la production, le transport, la planification et l’approvisionnement de l’énergie électrique pour les besoins des deux États.
Avec le changement du 30 novembre 1975 qui fait désormais du Dahomey d’alors, le Bénin d’aujourd’hui, la SDEE devient Société Béninoise d’Électricité et d’Eau (SBEE). La politique d’orientation des gouvernements successifs était de promouvoir l’énergie électrique comme "moteur du développement économique" et l’eau comme
"source de vie". Ainsi, dans le cadre de la réforme institutionnelle des secteurs de l’énergie et de l’eau, la Société Béninoise d’Électricité et d’Eau a été subdivisée, par le décret N°2004-098 du 1er mars 2004, en deux entités autonomes : la Société Béninoise d’Énergie Électrique (SBEE) qui s’occupe exclusivement de la production et de la distribution de l’énergie électrique et la Société Nationale des Eaux du Bénin (SONEB) qui gère la production et la distribution de l’eau.
1.1.2 Mission
La SBEE est principalement chargée d’assurer la distribution de l’énergie électrique sur l’ensemble du territoire béninois. Mais elle produit aussi de l’énergie électrique pour combler le déficit énergétique fourni par la CEB. Elle a l’obligation de satisfaire aux exigences de sa clientèle qui sont : la bonne qualité de l’énergie distribuée, la disponibilité de l’énergie et l’acquisition de l’énergie à moindre coût. Ces trois exigences constituent à tout moment des défis à relever par la société.
6
En effet, pour des raisons de compétitivité, la SBEE ne peut être présente partout sur le territoire national. C’est pour cela que les zones essentiellement rurales, dont l’électrification répond plus à un besoin social, sont placées sous la juridiction d’une autre structure, en l’occurrence l’Agence Béninoise d’Electrification Rurale et de Maîtrise d’Energie (ABERME). L’ABERME peut accorder, sur appel à candidature, des concessions d’exploitation des ouvrages qu’elle aura réalisés. Cependant, la SBEE est obligée de s’investir également dans la production et le transport pour pallier les insuffisances de la CEB à l’intérieur du Bénin.
Pour améliorer la qualité de ses prestations, la SBEE nourrit un certain nombre d’ambitions :
- disposer d’un réseau stable moderne ;
- renforcer la capacité de production des usines locales ;
- protéger et assurer efficacement la maintenance de ses installations.
1.1.3 Activités
La Société Béninoise d’Énergie Électrique (SBEE) a la responsabilité de la distribution de l’énergie électrique sur toute l’étendue du territoire national. Elle dispose d’un parc de production composé de centrales thermiques et d’une micro- centrale hydroélectrique à Yéripao dans le nord Bénin. Les principales unités de production de la SBEE sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Tableau 1 : Caractéristiques des sources de production de la SBEE
Centrale Puissance installée (MVA) Puissance disponible Composition
Porto-Novo 12 10 6x2 (Wartsillä)
Akpakpa (Cotonou) 12
0
4x3 Pielstick
20 2x10 Man
Parakou 14 12 7x2 (Wartsillä)
Natitingou Bérécingou 12 8 6x2 (Wartsillä)
Natitingou Yéripao 0,6 0 Néant
7
1.1.4 Organigramme
La SBEE comprend en son sein de nombreux services qui sont tous rattachés à la Direction Générale. C’est le cas du poste de transformation HTB/HTA de Gbégamey qui est rattaché à la Direction de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelles (DPMEER). L’annexe 1.1 montre l’organigramme de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE).
1.2 Présentation du système électrique de la SBEE 1.2.1 Source d’approvisionnement
La SBEE reçoit de l’énergie électrique à partir des fournisseurs Ghanéen et Nigérians respectivement les fournisseurs TCN (Transmission Company of Nigeria) et VRA (Volta River Authority). Elle s’approvisionne aussi depuis Nagbéto via la CEB (Communauté Electrique du Bénin) et de l’entreprise Aggreko installée au Bénin de façon intermittente.
1.2.2 Réseau de transport Haute Tension HTB
Le réseau de transport 63 kV du Bénin est constitué de lignes souterraines en double (Vêdoko 1 ou Ligne 21) et (Vêdoko 2 ou Lignes 22) toutes reliant le poste source de Gbégamey. Du poste source de Gbégamey, de lignes souterraines en double (Akpakpa 1 et Akpakpa 2) relient la centrale d’Akpakpa. Les lignes souterraines relient les banlieues Ouest et Est de Cotonou et aussi relient les lignes aériennes servant à alimenter les postes de semé Kpodji et de Ouando à Porto-Novo pour la zone franche industrielle en cas de défaillance du poste de transformation 330 kV/ 63 kV de Sakété. Le poste de transformation 330 kV / 63 kV de Sakété alimente les postes de Ouando à Porto-Novo, de Sèmé Kpodji et aussi la centrale d’Akpakpa en cas de défaillance des lignes L21 et L22 issues de Vêdoko passant par Gbégamey.
Les lignes aériennes de Paouignan, Dassa et Glazoué sont alimentées à partir de Bohicon dans le Zou. Les localités des départements du Mono et du Couffo sont alimentées par le poste de transformation 63 kV / 20 kV de Lokossa.
8
1.3 Présentation de la Direction de la Production, des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER)
1.3.1 Situation géographique
La Direction de la Production des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables est située au PK 3,5 sur la route de Porto-Novo. Elle est limitée au Nord par la voie inter-état Cotonou – Porto - Novo ; au Sud par la voie pavée passant devant le Ministère de la Santé ; à l’Est par la Direction des Travaux Publics et à l’Ouest par l’Office National du Bois (ONAB).
1.3.2 Mission et attributions
La Direction de la Production des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER) a pour mission d’assurer la production, le transport de l’énergie électrique en vue de la rendre disponible au niveau des exploitations en quantité et en qualité, et de veiller à la maintenance des ouvrages de production et de transport. La DPMEER a à sa tête, un (01) Directeur Central suivi de trois (03) chefs de départements à savoir: un (01) Chef de Département de Production d’Energie Electrique, un (01) Chef de Département de Transport et de d’Energie et un (01) Chef de Département de Dispatching. Le Département de Production d’Energie Electrique coordonne trois (03) services à savoir :
- le Service des Unités de Production de l’Energie Electrique;
- le Service de Suivi de l’Exploitation des Centrales IPP et de la Gestion du Combustibles ;
- le Service du Développement des Energies Renouvelables.
Quant au Département de Transport et Mouvement d’Energie, il coordonne aussi trois (03) services à savoir :
- le Service de la Maintenance des Ouvrages de Transport;
- le Service du Mouvement d’Energie et de l’Exploitation des Postes et Statistiques ; - le Service du Contrôle et de Commande.
9
Enfin, quant au Département de Dispatching, il est en cours de structuration et sera rendu opérationnel dès la mise à disposition du personnel recruté à cet effet.
1.3.3 Organigramme
L’organigramme de la Direction de la Production des Mouvements d’Energie et des Energies Renouvelables (DPMEER) est en annexe 1.2.
1.4 Déroulement de stage
Le stage en entreprise est obligatoire pour tout candidat à la Licence Professionnelle.
D’une durée de trois (03) mois, effectué d’octobre 2018 à décembre 2018, il a donné l’opportunité de vivre certaines réalités du terrain.
1.4.1 Travaux effectués au cours du stage
1.4.1.1 Service de la Maintenance des Ouvrages de transport
Dans ce service, nous avons procédé aux différents travaux dans deux sections : section maintenance lignes et section maintenance postes:
1.4.1.1.1 Section maintenance lignes
Dans cette section, nous avons participé aux travaux suivants :
- visite des lignes HTB (63 kV) tronçon Cotonou-Porto-Novo et Bohicon - Glazoué ;
- entretien des lignes HTB (63 kV) tronçon Cotonou- Porto-Novo et Bohicon - Glazoué : Elagage, réparation des câbles effilochés, changement des chaines isolateurs cassés, correction des terres-masses, remplacement des poteaux fissurés ou cassés ;
1.4.2.1.2 Section maintenance postes
Dans cette section, nous avons participé aux travaux suivants de
- entretien des transformateurs HTB/HTA (dépoussiérage des ailettes, serrage des boulons, changement des gels de silice, vérification du niveau d’huile);
10
- vérification du niveau d’huile et de la pression du gaz SF6 respectivement dans les disjoncteurs hydrauliques et pressurisés ;
- mesure des capacités des bancs de condensateurs pour la fourniture de l’énergie réactive sur le réseau ;
- vérification de l’état des batteries ou accumulateurs ;
- entretien des chargeurs 48V et 125V (redresseurs de tension) ;
- entretien des cellules (disjoncteurs et transformateurs de courant), dépoussiérage et graissage.
1.4.1.1.3 Autres activités effectuées
- désherbage des alentours du poste source ; - dépannage du chargeur 48V des cellules ;- lecture et acquittement des défauts sur les relais MICOM.
CONCLUSION PARTIELLE
Ce stage que j’ai effectué à la DPMEER m’a permis de connaitre un peu plus sur les causes des coupures électriques que subissent les abonnés de la SBEE. Les perturbations dues aux défaillances des ouvrages électriques du réseau de distribution sont de plusieurs ordres, parmi lesquels : la détérioration des ouvrages électriques du réseau de distribution due aux intempéries et la détérioration des ouvrages due aux facteurs humains (cas de vandalisme) ou des animaux, notamment les reptiles. Ce qui occasionne des pertes financières non moins considérables à la SBEE ainsi qu’aux consommateurs industriels.
11
CHAPITRE 2 : Description du projet et cadre théorique
12
INTRODUCTION
La Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) à travers ses postes sources installés un peu partout sur le territoire national alimente son réseau de distribution qui est par moment sujet à des perturbations. Ces postes sont destinés à répartir l’énergie par zone et à protéger les réseaux et les équipements de distribution. C’est ainsi que, par son poste source installé à Gbégamey, la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) dessert et protège les départs « 3 Banques », « C262 » et
« C181 ».
2.1 Objectif général
Le point de mire de notre projet de fin de formation est de faire une étude approfondie du niveau de protection du poste source 63 kV / 15 kV de Gbégamey et d’en sortir les faiblesses afin de suggérer des solutions conséquentes.
2.2 Problématique
Pour assurer la sureté et la sécurité d’acheminement de l’énergie, un système électrique doit être exploité dans les normes. La nécessité de maintenir la fréquence à une valeur satisfaisante et la nécessité de maintenir la tension à une valeur nominale stable à tout moment et en tout point du réseau, malgré les évolutions normales de la consommation et les aléas d’exploitation, sont les exigences imposées aux postes sources. Ces exigences sont assurées normalement par les systèmes de régulation.
Malgré la présence de systèmes de régulation dans les postes sources, un déséquilibre entre production et consommation peut apparaître: perte d’une source importante;
déclenchement d’un ouvrage essentiel; îlotage d’une partie du réseau. Si ce déséquilibre ne peut être rapidement corrigé d’une manière délibérée, et pour éviter le blackout, il faut disposer des moyens automatiques d’ultimes recours intégrés dans le système de défense du réseau. Les relais de protection « MICOM » semblent un moyen efficace pour la protection du réseau contre les déséquilibres dus au déclenchement.
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De ce fait, et compte tenu des risques pour les matériels de réseau ainsi que pour les biens et les personnes, nous avons jugé intéressant de faire une analyse critique et de proposer un système de protection amélioré, basé sur le relais électronique
« MICOM » pour le poste source 63 kV / 15 kV de Gbégamey.
2.3 Cahier des charges
Dans l’intention de contribuer à l’amélioration du système de protection de poste de source de Gbégamey, nous avons choisi de l’analyser et de proposer une solution pouvant répondre au mieux aux difficultés actuelles rencontrées dans ledit poste.
Pour ce faire, nous avons organisé le travail en plusieurs chapitres évoqués dans l’introduction générale ainsi que le mode opératoire pour atteindre nos objectifs.
2.4 Résultats attendus
Nous attendons les résultats comme :
- l’efficacité et la fiabilité continues de l’énergie issue de poste source de Gbégamey, - la liste des différentes protections de poste source de Gbégamey,
- la souplesse de l’exploitation et une disponibilité de l’énergie aux consommateurs alimentés par les neufs (09) départs de poste source de Gbégamey.
2.5 Cadre théorique
Dans le but d’avoir plus d’informations sur le réseau électrique, nous avons procédé à une synthèse de données sur le réseau électrique.
2.5.1 Définition d’un poste source
Les postes-sources sont l’interface du réseau de transport et du réseau de distribution.
Ils sont raccordés aux réseaux de transport 225 kV, 90 kV et 63 kV (ce qui est notre cas ici) dans les zones de forte densité de consommation. Le poste-source bénéficie d’équipements de surveillance, de protection et de télécommande. L’exigence de disponibilité justifie souvent l’équipement d’installations permettant au poste source
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de fonctionner avec la perte d’une ligne d’alimentation côté transport ou d’un transformateur HTB/HTA côté distribution. Le poste-source contribue :
- à la mesure des flux d’énergie (équipements de comptage d’énergie, frontière avec le réseau de transport) ;
- au changement tarifaire par la télécommande centralisée d’émission à 175 Hz ; - à la sûreté du réseau de transport par le système de délestage fréquence-métrique ; - à la qualité et à la continuité de l’alimentation électrique par les systèmes de réenclenchement automatique, de réglage de la tension et de compensation du réactif.
La SBEE exploite actuellement 02 postes-sources de 63 kV/15 kV à Cotonou respectivement Cotonou-Ouest et Cotonou-Est.
2.5.2 Description d’un poste source 2.5.2.1 Schéma type
Un poste est constitué d’une multitude d’éléments. A titre d’illustration, un schéma type avec ces différents éléments y compris la légende est donné sur la figure 1.
Un jeu de barres est un ouvrage électrique triphasé régnant sur la longueur du poste.
Il permet de relier entre eux les départs de même tension qui y aboutissent. Un poste électrique peut être doté de un, deux, voire trois jeux de barres pour une tension donnée.
Les Cellules de Couplage des Barres (CCB)
Elles permettent de relier entre eux, deux quelconques des jeux de barres du poste ou deux de leurs sections ou tronçons disposés du même côté d’un sectionnement ou d'un tronçonnement de barres s’il en existe un.
Leur équipement comprend un disjoncteur, des sectionneurs d’aiguillage sur les différents jeux de barres et des réducteurs de mesures.
15 Figure 1: Schéma synoptique d’un poste
Tableau 2 : Equipements d'un poste
BO1 Jeu de barre 1 BO2 Jeu de barre 2 1 Couplage
2
2A Tronçonnement de barres BO1 2B Tronçonnement de barres BO2 3 Sectionnement de barres
4 Contrôle barres
5
Cellule ligne 5A – Tête de cellule
Aiguillage sur les jeux de barres
6
Cellule raccordement transformateur 6A – Tête de cellule
6B – Aiguillage sur les jeux de barres 7 Banc de transformation
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Les Sections de Barres – les Tronçons de barres
Lorsqu’un jeu de barres peut être partagé en plusieurs parties par sectionneurs ou par disjoncteurs, on l’appelle : « Section de barres ».
La « Section de barres » est une partie d'un jeu de barres comprise entre 2 sectionneurs de sectionnement, entre un sectionneur de sectionnement et une extrémité de barres, ou entre un sectionneur de sectionnement et un disjoncteur ou interrupteur de tronçonnement.
Le « Tronçon de barres » est une partie d'un jeu de barres comprise entre 2 disjoncteurs de tronçonnement, ou entre un disjoncteur de tronçonnement et une extrémité de barres.
Le tronçonnement permet de réaliser autant de sommets d’exploitation qu’il y a de tronçons de jeux de barres délimités par des disjoncteurs.
Les sectionnements se composent uniquement d’un sectionneur et permettent d’obtenir autant de sommets qu'il y a de sections.
Les Cellules de Ligne (CL)
Nous distinguons pour les cellules de lignes :
- la tête de cellule qui regroupe les équipements de contrôle, de protection, de coupure, d’isolement et de mise à la terre de la ligne (transformateurs de mesure courant et tension, disjoncteur, éventuel sectionneur d’isolement à coupure visible et de mise à la terre de la ligne) ;
- la partie aiguillage qui permet de connecter la tête de cellule à l’un ou l’autre des jeux de barres du poste. Elle ne comporte, comme appareillage, que les sectionneurs qui permettent d’effectuer les manœuvres de raccordement désirées.
Les Cellules de Raccordement des Transformateurs de Puissance (CRTP) Elles diffèrent des cellules de lignes par la suppression du sectionneur d’isolement du banc de transformation et le cas échéant, des transformateurs de mesure de courant et de tension.
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Le Banc de Transformation
Ce banc comprend, outre le transformateur ou l’autotransformateur de puissance et ses accessoires :
- l’appareillage annexe : parafoudres de phases, inductance de neutre, parafoudre de neutre, associés à des transformateurs de mesure de courant et tension, transformateur de protection de cuve, transformateur de point neutre,
- les installations HTA raccordées à son enroulement tertiaire : transformateur de soutirage pour l’alimentation des aéroréfrigérants et, le cas échéant, des services auxiliaires du poste, ainsi qu’éventuellement, les équipements de compensation de l’énergie réactive.
- Les liaisons primaire et secondaire
La Liaison Omnibus
Ce sont des liaisons qui permettent de relier deux quelconques tronçons de jeux de barres disposés de part et d’autre d’un tronçonnement de barres. Elle comporte un disjoncteur et les sectionneurs d’aiguillage sur tous les tronçons de jeux de barres déterminés par le tronçonnement correspondant, ainsi que les transformateurs de mesure nécessaires pour l’alimentation des protections.
Les caractéristiques des différents éléments et cellules, comme définis ci-dessus, découlent :
- de la disposition choisie pour les conditions d’implantation des matériels et connexions ;
- du schéma et du rôle dans le réseau pour le choix du calibre des différents éléments (appareillage et conducteurs) ;
- des conditions d’exploitation et de protection pour les équipements BT de contrôle commande, protection et signalisation.
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2.5.3 Typologie des défauts affectant le réseau HTA
Comme tous les réseaux électriques, les réseaux HTA sont soumis aux perturbations atmosphériques : foudre, tempête et pollution. Les techniques utilisées dans le réseau HTA induisent une typologie particulière de défauts dont les plus courants sont les courts-circuits, les surcharges, les ruptures de conducteurs et les surtensions.
2.5.3.1 Les courts-circuits
Le courant de court-circuit est une surintensité produite par un défaut ayant une impédance négligeable entre des conducteurs actifs présentant une différence de potentiel en service normal. Ces courts-circuits sont causés par la rupture d’un support, d’un conducteur ou d’un isolateur sur une ligne aérienne, un contact d’oiseau ou des branches avec un des conducteurs, ainsi que la mise en contact des conducteurs par le vent ou la pluie. Plusieurs types de courts-circuits existent, mais voici quelques-uns.
- défauts entre une phase et la terre
L’expérience montre que 70 à 80 % des courts circuits se produisent, ou tout au moins débutent par un défaut entre phase et terre. Pour cette raison le traitement de ce type de défaut relève d’une importance majeure dans l’élaboration du plan de protection ;
- défaut entre phases
Il regroupe tous les défauts causés par un contact entre conducteurs :
Biphasé s’il s’agit d’un contact entre deux conducteurs par l’intermédiaire de la terre ou non.
Triphasé si le contact est entre les trois phases par l’intermédiaire de la terre ou non.
Les figures 2, 3 et 4 présentent les différents types de courts-circuits entre les phases et terre.
19 Figure 2 : Court-circuit triphasé symétrique Figure 3 : Court-circuit biphasé symétrique
Figure 4: Court-circuit monophasé à la terre
Nous pouvons regrouper les défauts de court-circuit selon leur nature en :
- auto-extincteurs : qui disparaissent avant la réaction de la protection, durée inférieure à 100 ms ;
- fugitifs: nécessitent l’intervention de la protection, ils sont éliminés par les automatismes de reprise de service (réenclencheurs), après une ouverture de 0,3s (ou par un disjoncteur shunt s’il s’agit d’un défaut homopolaire) ;
- semi permanents : sont détectés par les protections, ils sont éliminés à l’issue du premier ou du deuxième réenclenchement lent ;
- permanents : ne sont pas éliminés par les automatismes de reprise de service, ils nécessitent l’intervention directe de l’exploitant ;
2.5.3.2 Surcharge
Le courant de surcharge est une surintensité se produisant dans un circuit électrique, qui n’est pas due à un défaut électrique. C’est un courant puisé par la charge de valeur supérieure à la valeur assignée de fonctionnement nominale.
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La norme IEEE donne plusieurs risques pouvant exister si on surcharge le transformateur de puissance au-delà de ses grandeurs nominales. En général, la surcharge des transformateurs peut causer la réduction de l’intégrité des éléments diélectriques, un échauffement excessif, et réduction de la résistance mécanique des isolants des conducteurs et de la structure du transformateur. La surcharge prolongée est traduite par un échauffement excessif produit par effet joule directement proportionnel au carré de l’intensité du courant intégré dans le temps. Donc on peut avoir une image thermique du câble ou de transformateur à partir du courant qui le traverse.
2.5.3.3 Surtension
Le dépassement de la tension assigné de l’installation induit une surtension. Les équipements les plus sensibles aux surtensions sont les transformateurs et les isolants.
Comme origine des surtensions, nous pouvons citer : - coups de foudre directs ou indirects ;
- la décharge d’un nuage orageux chargé de signe contraire par rapport à la ligne ;
- une défaillance de la régulation.
2.5.4 Conséquences des défauts 2.5.4.1 Echauffement
D’une part les surcharges induisent un échauffement excessif des enroulements des transformateurs ce qui peut entraîner la détérioration de ceux-ci, d’autre part les courants de court-circuit consécutifs aux défauts peuvent provoquer des échauffements anormaux, particulièrement dans les câbles souterrains MT pour lesquels les échanges calorifiques sont assez limités ce qui diminue leur rigidité mécanique.
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2.5.4.2 Destructions provoquées par les arcs
Le contournement des arcs électriques par les chaînes d’isolateurs, dû aux dépôts de poussières ou impuretés sur les isolants les rend conducteurs et entraîne la destruction de ceux-ci. De même, lors du claquage d’un câble souterrain, l’arc peut fondre le cuivre et le plomb.
2.5.4.3 Vieillissement et destruction des isolants
Les surtensions augmentent les contraintes diélectriques auxquelles sont soumis les isolants, ce qui a pour conséquence un vieillissement rapide de ceux-ci et éventuellement leur destruction.
2.5.4.4 Efforts électrodynamiques
Le matériel qui supporte le passage de courts-circuits très intenses est soumis à des efforts électrodynamiques importants, en particulier les jeux de barres, les supports d’isolateurs, les enroulements de transformateurs peuvent être déformés ou avariés si leur rigidité mécanique ne présente pas les garanties nécessaires.
2.5.4.5 Chutes de tension
Les courants de court-circuit provoquent de brusques variations de tension, non seulement sur la ligne en défaut, mais aussi sur les lignes adjacentes et ceci nuit à la stabilité du réseau.
2.5.4.6 Explosions des disjoncteurs
La valeur importante des courants de court-circuit peut provoquer l’explosion des disjoncteurs si le défaut n’est pas éliminé dans le temps réglé.
2.5.5 Les technologies des unités de protection HTA
Les équipements disponibles à ce jour reposent sur les trois technologies : électromécanique, analogique et numérique. La plus ancienne est la technologie électromécanique, les relais sont simples et spécialisés (contrôle du courant, de la tension, de la fréquence,…), mais d’une faible précision, leurs réglages sont
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susceptibles de dérive dans le temps. La technologie électronique analogique (transistor) plus récente a apporté plus d’exactitude et de fidélité. Enfin, dans les années 80, la technologie numérique a permis grâce à la puissance de traitement des microprocesseurs, de réaliser des unités de traitement de l’information.
2.5.6 L’unité fonctionnelle
Elle est constituée de tous les matériels des circuits principaux et des circuits auxiliaires qui concourent à l’exécution d’une fonction de protection. Chaque unité fonctionnelle regroupe l’ensemble des éléments nécessaires pour remplir sa fonction:
- la cellule ;
- la chaîne de protection et de contrôle commande ; - la partie mobile.
Les dispositifs de protection ou de mesure nécessitent de recevoir des informations sur les grandeurs électriques des matériels à protéger. Pour des raisons techniques, économiques et de sécurité, ces informations ne peuvent pas être obtenues directement sur l’alimentation haute tension des matériels, il est nécessaire d’utiliser des dispositifs intermédiaires dénommés réducteurs de mesure ou capteurs.
Ces matériels sont souvent intégrés dans la cellule qui contient le disjoncteur, le transformateur de courant et le relais. Les contraintes environnementales étant sévères (température, vibration, perturbations électromagnétiques). Les auxiliaires basses tensions et l’unité de contrôle sont dans un autre compartiment séparé de la partie moyenne tension.
Trois configurations de base de cellules sont proposées : - cellule arrivée : alimente et protège le tableau ;
- cellule départ : alimente et protège une partie et /ou un composant du réseau HTA (lignes aérienne et souterraine, transformateur,…) ;
- cellule couplage : est conçue pour interconnecter deux demi jeu de barres afin de :
assurer la continuité de service lorsqu’une des sources est disponible ;
connecter plusieurs sources en parallèle.
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2.5.6.1 Composition de la cellule départ Université
La cellule est du type « blindé » c’est-à-dire que les parties Moyenne Tension (HTA) sont compartimentées par des cloisons métalliques reliées à la terre. Les cloisons métalliques sont séparées entre elles par :
- jeu de barres : le compartiment jeu de barres HTA pour les liaisons électriques entre plusieurs cellules HTA regroupées en tableaux ;
- partie mobile : débrochable (Disjoncteurs) ;
- raccordement HTA : le compartiment raccordements aux câbles HTA, est souvent prévu pour recevoir les capteurs de mesure. Souvent un quatrième compartiment complète cet ensemble, il s’agit du compartiment contrôle (ou caisson BT) qui contient les unités de protection et de contrôle-commande.
- sectionneur de terre, transformateurs de tension éventuels et transformateurs de courant.
Figure 5 : Schéma d’une cellule HTA d’un tableau préfabriqué
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2.5.6.2 La chaîne de protection et de contrôle commande
La chaîne comprend des organes tels que : le SPAM, l’unité de protection et de contrôle-commande, les transformateurs de mesure, les transformateurs de tension et les auxiliaires basses tensions (boite d’essais, contact auxiliaire).
2.5.6.2.1 Les protections (SPAM)
La fonction d’un capteur de courant phase est de fournir à son secondaire un courant proportionnel au courant primaire mesuré. L’utilisation concerne autant la mesure que la protection. En cas de défaut électrique sur l’installation, le relais de protection détecte le défaut et donne l’ordre au disjoncteur de s’ouvrir pour assurer la protection des biens et des personnes.
Les composants et les cartes électroniques sont sensibles à l’environnement (température ambiante, atmosphère humide et corrosive) et aux conditions d’exploitation sévères (champs magnétiques, vibrations…). Ils sont nécessaires pour assurer une sécurité de fonctionnement et pour contrôler périodiquement :
- la chaîne de déclenchement,
- les temps de réponse en fonction des niveaux de courant de défaut.
Le SPAM contient les fonctions de protections adaptées à chaque type d’alimentation, de récepteur ou de réseau à protéger. La gamme est conçue pour répondre à chaque application et comporte une variété très large d’options.
Le SPAM remplace les appareils de mesure tels que, l’ampèremètre, le voltmètre, le wattmètre, compteur d’énergie, etc...
La figure 6 représente un relais numérique SPAM. Il affiche des messages d’alarme ou d’exploitation en association avec les fonctions de protection et les logiques de commande, ce qui dispense l’installation de voyants indicateurs. Il comporte en face avant :
- un affichage lumineux alphanumérique, simple et lisible
- des touches permettant le choix de la mesure à visualiser et l’acquittement des messages. Par sécurité, ces touches ne donnent pas accès aux réglages des protections.
25 Figure 6: Relais numérique – SPAM
2.5.6.3 La partie mobile de l’unité fonctionnelle
- le disjoncteur avec son mécanisme de fermeture et d’ouverture, le chariot de sectionnement ou le chariot de mise à la terre ;
- le dispositif de propulsion par manivelle pour embrochage-débrochage ;
- les verrouillages pour ancrer la partie mobile sur la partie fixe en position de service ou sectionnée.
2.5.7 Qualité principale d’un système de protection du réseau en HTA
Un plan ou un système de protection du réseau HTA a pour but de préserver le matériel constituant le réseau HTA contre les perturbations, et les déséquilibres provoquant sa défaillance. Il participe à la qualité de fourniture de l’énergie électrique. Il consiste à mettre en œuvre un ensemble de protections distribuées sur le réseau selon ses caractéristiques, fonctionnant en concordance et en cohérence afin d’éliminer tous les défauts affectant tous les points du réseau HTA, dans le délai le plus court, et par la protection la plus proche. Compte tenu de la typologie des défauts affectant les réseaux à moyenne tension (court-circuit, coupure d’une phase, câble tombé à terre...), le système de protection HTA doit préserver la sécurité des personnes et des biens (danger d’électrocution par élévation de potentiel), éviter la destruction partielle ou totale du matériel du réseau par élévation26
dangereuse des températures, incendie ou explosion dus à l’amorçage d’un arc entre phases et assurer la continuité de fourniture en éliminant rapidement l’élément de réseau défectueux.
Les caractéristiques principales du système de protection d’un réseau HTA sont la sensibilité, la sélectivité, la rapidité, la fiabilité, la simplicité et le coût du système.
La conception du plan de protection repose sur la recherche d’un compromis entre les caractéristiques précédentes.
2.5.7.1 La sensibilité
C’est l'aptitude des protections à détecter les défauts, notamment les défauts très résistants qui peuvent mettre en péril la sécurité des tiers.
2.5.7.2 La sélectivité
La sélectivité est la capacité d’un ensemble de protections à faire la distinction entre les conditions pour lesquelles une protection doit fonctionner où ne doit pas fonctionner. Elle doit permettre d’isoler seulement la partie du réseau en défaut. Les différents moyens qui peuvent être mis en œuvre pour assurer une bonne sélectivité dans la protection d’un réseau électrique, les plus importants sont les trois types suivants:
- Sélectivité ampérométrique par les courants, - Sélectivité chronométrique par le temps,
- Sélectivité par échange d’informations, dite sélectivité logique.
2.5.7.3 La fiabilité
L’aptitude des protections à éviter les déclenchements intempestives, tel que le déclenchement d’un départ MT par défaillance de la sélectivité transversale (déclenchement par sympathie).
2.5.7.4 La simplicité
Consiste à avoir une technologie maitrisable pour assurer une meilleure maintenance.
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2.5.8 Rôles des protections
L’implantation des protections doit être conçue pour :
- éliminer les défauts en séparant l’élément défectueux par l’organe de coupure aval (disjoncteur, fusible) le plus proche ;
- éliminer un défaut par une protection amont quand une protection ou un organe de coupure aval sont défaillants ;
- prévoir éventuellement des protections de secours (redondance des protections) ;
- prévoir des protections spécifiques pour certains matériels : transformateurs, tableaux MT, condensateurs... ;
- permettre la modification temporaire des fonctionnements (sensibilité, rapidité, etc.), pour effectuer certaines opérations d’exploitation : travaux sous tension, mise en parallèle de transformateurs...
L’ensemble de ces dispositions est appelé plan de protection. Il doit permettre la réalisation des objectifs du système de protection (sécurité des biens et des personnes, continuité de fourniture) au meilleur coût.
2.5.9 Structure d’une protection
Les protections sont des automates qui détectent l'apparition d'une anomalie à partir d'un critère directement mesurable.
L’automatisme de protection est composé des relais, des réducteurs de mesure, des disjoncteurs et des réenclencheurs.
Le relais détecte l’existence de conditions anormales par la surveillance continue à partir des données qu’il reçoit des transformateurs de courant ou de tension, puis il élabore un ordre de déclenchement au disjoncteur en fonction du type de la protection (seuil de déclenchement, la temporisation, le sens de circulation de courant…).
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La figure 7 représente cet automatisme de protection.
Figure 7 : Automatisme de protection
2.5.9.1 Réducteur de mesure
Dans le réseau HTA, on peut distinguer deux types de réducteur de mesure : - les transformateurs de tension (TT) ;
- les transformateurs de courant (TC) ;
Ces transformateurs délivrent sur leurs secondaires des courants (5A ou 1A) et des tensions (100V ou 100/√3V) par transformation des grandeurs primaires correspondantes du réseau.
Dans le réglage des protections, on doit tenir compte des caractéristiques des TC, qui présentent certaines limites pour les performances des protections. Pour éviter la saturation du circuit magnétique, le courant primaire de TC ne doit pas dépasser 2 à 3In; In étant le courant d’emploi de TC. Les TT sont destinés à alimenter les appareils de mesure, de contrôle, et de protection.
2.5.9.2 Relais
Ce sont des dispositifs actionnés par des grandeurs électriques et qui sont destinés à commander des organes de coupure, de signalisation ou d’automatisme.
Les technologies utilisées dans les relais ont évolué depuis la technologie électromécanique vers la technologie statique (électronique analogique) et puis actuellement la technologie numérique. Les figures 8 et 9 montrent ces différents relais.
29 Figure 8 : Relais de type électromécanique
Figure 9 : Relais de type numérique
- Quelques marques de relais associées aux différents types de technologies
Tableau 3 : Quelques types de relais
Marque d’appareil Type de technologie
MIC 11 Electromécanique
MIC 11 Electromécanique
ICE Statique
Alsthom Statique
IDS Numérique
AREVA Numérique
Zivercom Numérique
Schneider Numérique
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2.5.9.3 Disjoncteur
Un disjoncteur est destiné à établir, supporter et interrompre des courants, sous sa tension assignée, dans les conditions normales et anormales du réseau. Il est très généralement associé à un système de protection (relais), qui détecte le défaut et envoi des ordres au disjoncteur pour éliminer automatiquement le défaut ou pour remettre en service un circuit lorsque le défaut a été éliminé. Sa fonction principale est d’interrompre le flux de courant détecté lors d’un défaut. Le principe de base de tous les disjoncteurs est d’essayer de détecter le passage du courant par la valeur zéro et d’interrompre le flux de courant à ce moment. Le disjoncteur ne réussit pas souvent à interrompre le courant durant la première tentative, plusieurs cycles de la fréquence fondamentale du courant sont nécessaires pour une interruption complète du flux de courant, ce qui affecte la vitesse du disjoncteur. Les disjoncteurs rapides utilisés dans la HT sont d’un cycle, par contre ceux utilisés dans la BT prennent 20 à 50 cycles pour ouvrir. De plus pour distinguer entre un défaut permanent et un défaut temporaire le concept d’auto-enclenchement est utilisé. Quand le disjoncteur déclenche il reste ouvert un certain temps ensuite il ferme automatiquement. Cette action permet au relais de vérifier si le défaut continu d’exister, et dans ce cas de déclencher de nouveau. Si le défaut a disparu, le relais ne fonctionne pas et la ligne va rester en service.
Le disjoncteur Haute Tension est caractérisé essentiellement par la technique utilisée pour la coupure :
- les disjoncteurs hydrauliques.
- les disjoncteurs à air comprimé.
- les disjoncteurs utilisant le gaz SF6.
Les disjoncteurs le plus utilisés sont les disjoncteurs à coupure dans le gaz SF6 à commande mécanique par ressort réarmé électriquement. Cette technique est la plus utilisée.
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2.5.9.4 Réenclencheur
Le Réenclencheur est un automatisme de reprise de service, il est associé au disjoncteur du départ MT. Il est mis en route par les contacts des relais de protection.
On peut distinguer deux types de cycle de réenclenchement : - Cycle de réenclenchement automatique rapide
Il a pour but d’éliminer les défauts fugitifs monophasés ou polyphasés. La technique du réenclenchement rapide implique les opérations suivantes :
ouverture instantanée du disjoncteur du départ en défaut.
fermeture de ce même disjoncteur après un temps d’isolement de l’ordre de 0.3 seconde.
verrouillage du dispositif de réenclenchement rapide en cas de défaut permanent (le temps de verrouillage peut atteindre 40 secondes).
Ce cycle est nécessaire dans les départs aériens; puisque plus de 65% des défauts sur une ligne aérienne sont de types fugitifs.
- Cycle de réenclenchement automatique lent :
Ce mode de réenclenchement a pour but de réduire, dans la mesure du possible, les répercutions dues aux défauts semi permanents. Ces défauts possèdent la propriété de réapparaître après un cycle de réenclenchement rapide du disjoncteur du départ MT.
La technique de réenclenchement lent implique les opérations suivantes :
Ouverture temporisée du disjoncteur du départ en défaut.
Fermeture de ce même disjoncteur après un temps d’isolement du départ en défaut.
Verrouillage du dispositif de réenclenchement lent en cas de défaut permanent.
Dans les réseaux souterrains soit qu’on passe directement à ce cycle ou on peut inhiber le réenclencheur, puisque la majorité des défauts affectant le réseau souterrain sont des défauts permanents.
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2.5.10 Système de protection pour les postes sources
Plusieurs protections contre une défaillance au niveau du transformateur sont installées au poste HTB / HTA. Cette protection consiste à surveiller la grandeur pour laquelle elle est désignée; la mesurer puis comparer la valeur mesurée et celle du réglage et par la suite agir.
2.5.10.1 Organisation d’un plan de protection dans un poste source
Le plan de protection découpe le réseau de distribution HTA en zones délimitées par les positions des organes de coupure. La figure 10 montre une disposition caractéristique des zones de protection, correspondant respectivement à :- des départs HTA (lignes HTA) ;
- une tranche arrivée HTA (jeu de barres HTA) ; - une tranche transformateur HTB/HTA.
Figure 10 : Exemple de zones de protection du réseau de distribution HTA
Ces zones se recouvrent pour ne laisser aucun point de réseau HTA sans protection.
Chaque protection agit en secours sur la défaillance de la protection qui la précède.
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2.5.10.2 Protections du Transformateur 63kV/15KV
- Protections internes Protections Buchholz transformateur et Buchholz régleur en charge (figures 11 et 12) : Les relais Buchholz régleur et transformateur sont des dispositifs de protection interne des transformateurs de puissance. Ils sont actionnés par une détection de gaz émis à la suite d’un arc électrique. Les relais ont deux seuils :
alarme ;
déclenchement instantané.
Figure 11: Relais Buchholz régleur Figure 12 : Relais Buchholz transformateur
Protections Température :
Une élévation excessive de température d’huile est signe de défauts du transformateur. Des sondes immergées dans l’huile permettent de contrôler la température. Elles sont à deux seuils : alarme et déclenchement. Les seuils utilisés pour les transformateurs sont :
alarme : à une température de 80°C
déclenchement : à une température de 90°C
