rapport NAHIDI Hassan

Université Hassan II – Aïn Chock
Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et
de Mécanique
Casablanca
Département
Filière
: Génie Electrique.
: Génie des Systèmes Electrique.
RAPPORT
APPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES
Réalisé au sein de l’OCP
THEME :
ETUDE CRITIQUE DES APPAREILS DE
PROTECTION ET
SUPERVISION DE LA BOUCLE 60Kv
Soutenu le 21 / 06 / 2010 Par :
- NAHIDI Hassan
Membres de jury :
- M.HMIDAT
Président
- M.BELFQIH
Rapporteur
- M.KHAFALLAH
Encadrant ENSEM
- Melle. ELHARRAJ
Encadrant Industriel
Promotion 2010
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
NAHIDI Hassan
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Dédicaces
A mes chers parents, en témoignage de ma gratitude, si grande qu’elle puisse être,
pour tous les sacrifices qu’ils ont consentis pour mon bien être et le soutien qu’ils
m’ont prodigués tout le long de mon éducation.
Que dieu, le tout puissant, les préserve et leur procure santé et longue vie.
A ma sœur : Aicha, pour le soutien et l’encouragement qu’ils m’ont accordé, j’exprime
ma profonde gratitude ;
A mes frères : Mohsein & Mustafa, pour leur encouragement et leur bonté qu’ils m’ont
accordé, j’exprime ma profonde reconnaissance et mon grand respect.
A tous mes amis qui me sont chers surtout : Mohamed, Iliass, khalil & Zouhair qu’ils
trouvent ici l’expression de mes sentiments les plus dévoués et mes vœux les plus
sincères.
A toute ma famille, Ma tante Hafida, Khadija & Fatima.
Je dédie ce travail, expression de mon grand amour avec tous mes vœux de bonheur et
de prospérité.
NAHIDI Hassan
NAHIDI Hassan
3
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
REMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à notre cher professeur et
encadrant M. KHAFALLAH pour son suivi et pour son énorme soutien, qu’il n’a cessé de
nous prodiguer tout au long de la période du projet.
Je tiens à remercier également mon encadrant W. ELHARRAJ pour le temps qu’elle a
consacré et pour les précieuses informations qu’elle m’a prodiguées avec intérêt et
compréhension.
J’adresse aussi mes vifs remerciements aux membres des jurys pour avoir bien voulu
examiner et juger ce travail.
Mes remerciements vont à tout le personnel que j’ai contacté durant mon stage au sein de
l’OCP, auprès desquelles j’ai trouvé l’accueil chaleureux, l’aide et l’assistance dont j’ai
besoin.
Je ne laisserai pas cette occasion passer, sans remercier tous les enseignants et le
personnel de l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique, et particulièrement
ceux de la section électrotechnique pour leur aide et leurs précieux conseils et pour l’intérêt
qu’ils portent à ma formation.
Enfin, mes remerciements à tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin au bon
déroulement de ce projet.
NAHIDI Hassan
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Résumé
Pour faire face aux évolutions accélérées d’un marché de plus en plus concurrentiel et
aux nouveaux enjeux en termes de gestion, les entreprises ne cessent de chercher les moyens
d’augmenter leur productivité. Sur le plan industriel, les technologies numériques, les
systèmes automatisés et supervisés jouent un rôle primordial dans ce processus d’amélioration
de productivité. En effet, la maîtrise de tels systèmes permet, aux entreprises, le pilotage des
processus de production pour répondre aux attentes des clients et aux besoins du marché.
Dans le cadre d’une vision stratégique de l’amélioration du fonctionnement des unités de
production, le groupe OCP (Jorf Lasfar d’El-Jadida) présenté par Maroc Phosphore III et IV
a opté pour procéder à la rénovation de l’automatisation, l’instrumentation et la supervision de
la boucle haute tension. La solution proposée prend en considération non seulement
l’intégration de nouvelles technologies mais aussi la faisabilité de la solution et aussi les
contraintes technico-économiques.
Pour ce faire nous avons procédé à l’étude critique des fonction de protection analogique
existant, puis l’élaboration de la quantité de relais numérique ainsi une liste de matériel de la
nouvelle gamme d’automates programmables industriels (controllogix) choisis, ensuite on a
établit une architecture de réseaux de communication entre les automates des postes de la
boucle 60kv, afin de conclure par une application de la supervision qui sert au contrôle et de
commande à distance ainsi un système de centralisation de l’information.
NAHIDI Hassan
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Abstract
To face up rapid developments of an increasingly competitive market and the new challenges in
terms of management, companies are constantly seeking ways to increase productivity. On the
industrial plan, the automated and supervised systems play a primordial role in this process of
productivity improvement. Indeed, control of such systems allows to firms managing production
processes to answer customer’s expectations and market needs.
As part of a strategic vision to improve the functioning of production machines, the OCP (Jorf
Lasfar d’ El-jadida) group presented by Maroc Phosphore III and IV has opted to proceed with
the renovation of the automatization, instrumentation and supervision of the electrical network
high voltage). The proposed solution takes into account not only the integration of new
technologies but also its feasibility and the techno-economic constraints.
To do this we have performed a critical review of existing analogical protection function,
then the development of the quantity of digital relay and a materials list for the new range of
PLCs (Controllogix) selected. Afterwards we have established network architecture for
communication between the controller position loop 60 kv to conclude with an application to
supervision that is used to control and remote control, and a system of centralized information
as well.
NAHIDI Hassan
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‫‪Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv‬‬
‫ملخص‬
‫لمواكبة تطورات و مستجدات التسيير و التنافس بين الشركات‪ ,‬تسعى كل واحدة على حدا لنھج سبل و وسائل‬
‫جديدة لزيادة إنتاجيتھا و بالتالي مرد وديتھا‪.‬على المستوى الصناعي تسعى الشركات لدمج التقنيات الرقمية و النظم‬
‫االتوماتيكية‪ ,‬و دلك من اجل إرضاء زبنائھا و االستجابة لمتطلبات السوق العالمية‪.‬‬
‫في إطار سياسة مجموعة المكتب الشريف للفوسفات الھادفة إلى تحسين مستوى إنتاجية مغرب فسفور ثالثة‬
‫و أربعة بالجرف األصفر تعمل مديرية القطب الكيماوي بالجديدة على تزويد الوحدات بأخر مستجدات عالم التكنولوجيا‬
‫الرقمية‪,‬خاصة في ما يتعلق بأنظمة حماية معدات التوتر العالي و ما يتعلق بالنظم االتوماتيكية الخاصة بالمراقبة‬
‫والتحكم‪.‬‬
‫في ھدا السياق يندرج مشروعنا الذي يتمحور دراسة انتقادية ألنظمة حماية أجھزة التوتر العالي من اجل‬
‫تعويضھا بحماية رقمية‪ ,‬و انجاز نظام اتوماتيكي للتحكم عن بعد و مراقبة وحدات التحويل)توتر عالي‪/‬توتر متوسط( و‬
‫الربط مغرب فسفور‪ ,‬و دلك بھدف تجميع المعلومات خاصة تلك التي تخص تبادل الطاقة الكھربائية مع المكتب‬
‫الوطني للكھرباء ‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫‪NAHIDI Hassan‬‬
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Liste des figures
Figure 1 : Diagramme bloc de Maroc Phosphore III & IV ...................................................... 21
Figure 2 : Diagramme bloc de la liaison de Maroc Phosphore au Joint Venture .................... 23
Figure 3 : Organigramme de CIJ/PI ......................................................................................... 24
Figure 4 : L’architecture la boucle 60kV ................................................................................. 28
Figure 5 : Prototype d’un poste 60kv/10kv, PJ ........................................................................ 38
Figure 6 : Schéma d’un départ poste ........................................................................................ 39
Figure 7 : La travée de couplage et de comptage ..................................................................... 40
Figure 8 : Relais à induction .................................................................................................... 41
Figure 9 : Les zones protégées par le relais RXAP .................................................................. 41
Figure 10 : Raccordement de protection DPDL ....................................................................... 43
Figure 11 : Raccordement de relais PSW................................................................................. 44
Figure 12 : Fonctionnement de relais de protection de jeu de barres TMAR .......................... 45
Figure 13 : Transformateur 60kv/10kv .................................................................................... 46
Figure 14 : Les différentes protection d’un départ transformateur HT/MT ............................. 48
Figure 15 : Relais buchloz ........................................................................................................ 48
Figure 16 : Sectionneur de départ MALT ................................................................................ 51
Figure 17 : Disjoncteur principale E.I.B .................................................................................. 51
Figure 18 : Combiné de mesure ............................................................................................... 52
Figure 19 : Schéma de contact d’état de CCP et de SFEL ....................................................... 52
Figure 20 : La protection contre les surcharge PAK412 .......................................................... 55
Figure 21 : Disposition des compteurs d’énergie sur un départ. .............................................. 56
Figure 22 : Relais MICOM P442 ............................................................................................. 66
Figure 23 : Relais de protection de distance 7SA63 ............................................................... 66
Figure 24 : Relais de protection différentiel de jeu .................................................................. 67
Figure 25 : Relais de protection départ HT UFM .................................................................... 68
Figure 26 : Relais MD32-T. ..................................................................................................... 69
Figure 27 : Relais MICOM P120 ............................................................................................. 70
Figure 28 : Relais 7SD52 ......................................................................................................... 71
NAHIDI Hassan
8
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Figure 29 : Relais F650 ............................................................................................................ 71
Figure 30 : Câblage armoire de protection départ transformateur .......................................... 72
Figure 31 : Câblage de protection jeu de barres ..................................................................... 73
Figure 32 : Câblage armoire de protection départ câble ......................................................... 74
Figure 33 : Le schéma de communication entre les différents réseaux d’un organisme ......... 76
Figure 34 : Architecture de raccordement des API au réseau terrain....................................... 81
Figure 35 : Architecture de communication entre les API d’un poste ..................................... 85
NAHIDI Hassan
9
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Liste des tableaux
Tableau 1 : Longueur et section des câbles qui assure la connexion entre les postes PJ. ........ 28
Tableau 2 : Nombre de contact d’état et marche anormale du transformateur. ....................... 49
Tableau 3 : Nombre de contact d’état et défaut de disjoncteur E.I.B....................................... 51
Tableau 4 : Structure de tableau de stockage des indexe des compteurs. ................................ 57
Tableau 5 : La quantité de travée départ par poste. ................................................................. 59
Tableau 6 : Nombre de relais numériques de protection à installer dans le poste PJ0............. 60
Tableau 7 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ1. ............. 60
Tableau 8 : Nombre de relais numérique de protection à installer dans le poste PJ2. ............. 61
Tableau 9 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ3. ............. 61
Tableau 10 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ5. ........... 61
Tableau 11 : Les relais numériques choisis pour la protection de la boucle 60kv. .................. 62
Tableau 12 : Quantité total de relais numériques de protection. .............................................. 62
Tableau 13 : Code de protection AINSI selon la CEI .............................................................. 65
Tableau 14 : Nombre de TC et TT occupé par un départ transformateur. ............................... 73
Tableau 15 : Liste des équipements a commandé à distance de la boucle. .............................. 77
Tableau 16 : Nombre total de module de sortie 1756-OW161. ............................................... 78
Tableau 17 : Entré TOR d’une travée départ poste OCP. ........................................................ 78
Tableau 18 : Entré TOR d’une travée départ transformateur 60kv/10kv. ................................ 79
Tableau 19 : Entré TOR d’une travée départ poste ONE. ........................................................ 79
Tableau 20 : Entré TOR d’une travée départ poste OCP. ........................................................ 80
Tableau 21 : Le nombre total de module d’entrée 1756-IH161. .............................................. 80
Tableau 22 : L’adresse de la valeur de l’énergie dans le registre de relais UFM ................... 81
Tableau 23 : Choix des modules de communication d’Allen Bradly. .................................... 84
Tableau 24 : Quantité des modules Controllogix pour la supervision de la boucle 60 kv. ...... 86
Tableau 25 : Bilan des heures d’arrêt 2009/2010 ..................................................................... 87
Tableau 26 : Coût de relais numérique..................................................................................... 88
Tableau 27 : Prix Total des modules API pour la supervision de la boucle 60kv. .................. 89
NAHIDI Hassan
10
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Liste des abréviations
SYMBOLE
DESIGNATION
OCP
ONE
Office Chérifien des Phosphates
Office Nationale d’Electricité
IMACID
Indo Maroc phosphore
PMP
BMP
KV
MW
EMAPHOS
Pakistan Maroc Phosphore
Bunge Maroc Phosphore
Kilo Volte
Méga Watt
Euro Maroc PHOSphore
CIJ
PI
REM
PEM
GTA
MP
HT
MT
TC
TT
MALT
SFEL
CCP
JDB
CAN
CNA
CEI
SCADA
E/S
API
STOR
ETOR
ARS
Mbps
IP
Direction Maroc Phosphore Jorf Lasfar
Produit Intermédiaire
Reprise Eau de Mer
Pompage Eau de Mer
Groupe Turbo Alternateur
Maroc Phosphore
Haute Tension
Moyen Tension
Transformateur de Courant
Transformateur de Tension
Mise A La Terre
Sectionneur porte Fusible
Court Circuiteur de Phase
Jeu De Barre
Convertisseur Analogique Numérique
Convertisseur Numérique Analogique
Commission Électrotechnique Internationale
Supervisory Control And Data Acquisition
Entré/Sortie
Automate Programmable Industriel
Sortie Toute ou Rien
Entré Toute ou Rien
Automate de Reprise de Service
Méga bite par seconde
Internet Protocol
NAHIDI Hassan
11
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Min
TRI
TR
ME
TED
S
DRT
CRC
HP
BP
NAHIDI Hassan
Minute
Temps de Retour d’Investissement
Transformateur
Maintenance Electrique
Traitement de l’Eau Distillées
Seconde
Détecteur de la Résistance de la Terre
Contrôle de Redondance Cyclique
Haute Pression
Basse Pression
12
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Sujet du stage
L’ensemble industriel Maroc Phosphore Jorf Lasfar est alimenté en énergie électrique par
un réseau électrique composé de la centrale électrique et de la boucle 60KV raccordée à
l’ONE et aux Joint-ventures (IMACID, PMP, BMP) via les postes PJ0 et PJ10.
La fiabilité, la disponibilité et la souplesse d’exploitation de ce réseau doivent être assurées
pour réaliser les objectifs de production dans les meilleures conditions techniques, de sécurité
et de coûts.
Il est demandé de :
Faire une étude crique de fonction de protections existantes au niveau du
réseau 60KV et proposer éventuellement des modifications.
Faire une étude technico-économique pour la supervision de ce réseau (l’étude
doit inclure l’architecture du réseau, le choix du matériel à installer et un devis
estimatif de la réalisation.
NAHIDI Hassan
13
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
SOMMAIRE
Dédicaces
REMERCIEMENTS
Résumé
Abstract
‫ملخــص‬
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Sujet du stage
13
Introduction générale
17
Présentation du réseau électrique du complexe
19
1. Ensemble des industries chimiques de Jorf Lasfar ................................................................ 20
1.1. Maroc Phosphore Jorf Lasfar : ..................................................................................................................................... 20
1.2. Indo Maroc Phosphore S.A IMACID :......................................................................................................................... 22
1.3. Euro Maroc Phosphore S.A : EMAPHOS : ................................................................................................................ 22
1.4. PMP :........................................................................................................................................................................................ 22
1.5. BMP : ....................................................................................................................................................................................... 23
1.6. Diagramme bloc : ............................................................................................................................................................... 23
2. Division des Produits Intermédiaires de Maroc Phosphore Jorf Lasfar .................................. 24
2.1. Présentation : ...................................................................................................................................................................... 24
2.2. Description de la division PI : ...................................................................................................................................... 25
3. BOUCLE 60 KV .................................................................................................................... 27
3.1. Architecture du réseau de distribution HT :.......................................................................................................... 27
3.2. Différentes liaisons entre les postes : ....................................................................................................................... 28
4. Description des postes électriques ...................................................................................... 29
4.1. Poste PJ0 ................................................................................................................................................................................ 29
4.2. Poste PJ1 ................................................................................................................................................................................ 29
4.3. Poste PJ2 ................................................................................................................................................................................ 30
4.4. Poste PJ3 ................................................................................................................................................................................ 31
4.5. Poste PJ4 ................................................................................................................................................................................ 32
4.6. Poste PJ5 ................................................................................................................................................................................ 32
4.7. Poste PJ6 ................................................................................................................................................................................ 34
4.8. Poste PJ7 ................................................................................................................................................................................ 34
4.9. Poste PJ10 ............................................................................................................................................................................. 35
4.10. Poste PJ11 .......................................................................................................................................................................... 35
Structure d’un poste PJ et Les technologies des équipements installés
37
1 .Les constitutions d’un poste 60Kv /10Kv ............................................................................. 38
1.1. Les travée d’un poste HT/MT : ................................................................................................................................... 38
1.2. Travée départ vers un poste ou vers un transformateur : ............................................................................. 38
1.3. Travée arrivée ONE : ..................................................................................................................................................... 39
1.4. Travée Couplage entre jeu de barre :....................................................................................................................... 39
NAHIDI Hassan
14
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
2. Etude des protections analogiques des postes. .................................................................... 40
2.1. La protection de distance RXAP : .............................................................................................................................. 40
2.2. La protection différentielle DPDL : ............................................................................................................................ 42
2.3. Protection directionnelle de puissance PSW163 : ............................................................................................. 43
2.4. Protection différentiel de jeux de barres TMAR :............................................................................................... 44
2.5. Protections du transformateur.................................................................................................................................... 46
3. Les équipements d’une travée d’un poste. .......................................................................... 49
3.1. Structure des postes PJ : ................................................................................................................................................. 49
3.2. Equipement d’une travée départ poste : ................................................................................................................. 49
3.3. Equipement d’une travée de transformateur : ..................................................................................................... 50
3.4. Equipement d’une travée couplage de jeux de barres : .............................................................................. 50
4. Les contacts d’état des équipements HT installés................................................................. 51
4.1. Le sectionneur MALT: .................................................................................................................................................... 51
4.2. Le disjoncteur E.I.B : ......................................................................................................................................................... 51
4.3. Le combiné de mesure .................................................................................................................................................... 52
Etude critique des protections analogiques et liste de matériel numérique a installé
54
1. Etude critique des protections analogiques ........................................................................ 55
1.1. Les relais électromécaniques (RXAP) : ................................................................................................................... 55
1.2. Fiabilité de fonctionnement des relais analogique (PAK412) : .................................................................... 55
1.3. Le transducteur 4 – 20 mA :......................................................................................................................................... 55
1.4. Absence de signalisation de défaut des postes : .................................................................................................. 55
1.5. La commande a distance des disjoncteurs : .......................................................................................................... 56
1.6. Le TC de rattrapage : ........................................................................................................................................................ 56
1.7. Le comptage de l’énergie électrique : ...................................................................................................................... 56
1.7. Conclusion : .......................................................................................................................................................................... 58
2.Les solutions proposées ....................................................................................................... 58
2.1. Remplacement des relais analogiques par des relais numériques : ........................................................... 58
2.2. Supervision de la boucle 60 KV :................................................................................................................................. 58
3. La quantité de relais numériques à installer ........................................................................ 59
3.1. Le nombre des relais numériques.............................................................................................................................. 59
4. Présentation des relais numériques :................................................................................... 63
4.1. Protection différentiel ligne Micom P422 : ............................................................................................................ 65
4.2. Protection de distance SIPROTEC 7SA63 : ............................................................................................................ 66
4.3. Protection jeu de barre s Siemens SIPROTEC 7SS52 : .................................................................................. 66
4.4. Protection et système de mesure de départs HT UFM : ................................................................................ 67
4.5. Protection différentielle transformateur MD32-T : .......................................................................................... 69
4.6. Protection masse cuve Micom P120 : ...................................................................................................................... 70
4.7. Protection différentielle câble 7SD52 : ................................................................................................................... 71
4.8. Protection directionnel de puissance F650 ........................................................................................................... 71
4.9. Raccordement entre combiné de mesure et armoire de protection : ........................................................ 72
Le nombre des API pour la supervision de la boucle
1.Les module E/S
75
76
1.1. Introduction :....................................................................................................................................................................... 76
1.2. Module de sortie : .............................................................................................................................................................. 77
1.3. Module d’entrée : ............................................................................................................................................................... 78
2. Les modules de communication et architecture. ................................................................. 80
2.1. Le protocole ModBus :.................................................................................................................................................... 80
2.2. Le protocole ControlNet : ............................................................................................................................................... 82
2.3. Le protocole EtherNet : ................................................................................................................................................... 82
2.4. Architecture de communication entre API : .......................................................................................................... 84
2.5. Châssis A7, A13 et carte d’alimentation 1756-PA75 : ....................................................................................... 85
NAHIDI Hassan
15
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
3. Etude technico économique ................................................................................................ 86
3.1. Apport de la solution : ..................................................................................................................................................... 86
3.2. Coûts et étapes de l’investissement : ........................................................................................................................ 87
3.3. Rentabilité du projet : ...................................................................................................................................................... 89
3.4 Conclusion : ........................................................................................................................................................................... 89
Conclusion générale ……………………………………………………………………………………………………………90
Bibliographie……………………………………………………………………………………………………………………….91
Annexes……………………………………………………………………………………………………………………………….92
NAHIDI Hassan
16
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Introduction générale
Dans le cadre de la concurrence mondiale, et la grande compétitivité dans le monde industriel,
les entreprises sont appelées à améliorer la qualité de leurs produits et services, elles doivent
adopter une politique qui tient compte de l’évolution économique et technologique actuelle,
afin de faire face efficacement aux impératifs du marché et des réglementations, aux besoins
des clients mais aussi aux nécessités du développement durable.
Face à ces contraintes et afin de consolider son rang de leader, le groupe OCP considère
l’adoption des nouvelles technologies numériques en matière de protection des équipements
électriques, d’automatisation, d’instrumentation et de supervision, comme étant un choix
prioritaire dans sa stratégie concurrentielle.
Ce choix, répondant aux exigences de la production, présente de nombreux avantages, dont on
peut citer : la réduction du temps de coupure d’électricité, l’augmentation de la production, la
détection et le diagnostic automatique des défauts, la limitation des interventions de la
maintenance et donc de son coût, et finalement, la communication et la collecte en temps réel
des données de production.
C’est dans cette perspective, que le groupe OCP a proposé comme projet de fin d’étude au
sein de la division des produits intermédiaires de Jorf Lasfar d’El-Jadida, de contribuer à
l’automatisation et la supervision la boucle 60 KV.
En effet, Le système de signalisation des défauts et des anomalies présente des défaillances
qui causent la non détection de la nature de défaut, le système de comptage d’énergie
échangée entre les différents postes impose le déplacement de l’agent OCP jusqu’au poste
pour relever l’index d’échange, en plus la fiabilité des fonctions de protection ce qui favorise
le recours à une nouvelle technologie.
Dans ce rapport, nous allons présenter les différentes étapes suivies pour réaliser notre étude
et les travaux effectués.
Dans le premier chapitre nous allons donner une présentation succincte de l’organisme
d’accueil, et de réseau électrique haute tension de Maroc Phosphore.
Le deuxième chapitre fait l’objet d’une étude des technologies des équipements HT déjà
installé et les fonctions de protections analogiques implantées dans les postes PJ de la boucle
60kv ceci sera utile pour faire une étude critique.
Le troisième chapitre sera consacré à l’étude critique des appareils de protection analogique
et de mesure existant. Cette étude aboutira à bien mettre en évidence les failles que présentent
les relais de protection analogique. Et à la lumière de l’étude critique, nous allons présenter
les différents outils de développement ainsi que la quantité des relais numériques et
automates programmables qui seront utilisés pour la mise en œuvre de la solution adoptée.
NAHIDI Hassan
17
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
La nouvelle instrumentation qui va être installée dans les postes PJ0, PJ1, PJ2, PJ3 et PJ5 va
faire l’objet du quatrième chapitre.
On abordera essentiellement l’architecture retenue pour la communication entre les
automates et le mode de transmission de données de l’automate vers la salle de contrôle et
commande.
Et à la fin un chapitre sera consacré à une étude technico-économique pour dégager
l’investissement nécessaire et le gain apporté par notre solution.
Une conclusion générale achèvera notre rapport.
NAHIDI Hassan
18
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Chapitre
I
Présentation du réseau électrique du complexe
I.1. Ensemble des industries chimiques de Jorf Lasfar.
I.2. Division des Produits Intermédiaires de Maroc Phosphore Jorf Lasfar.
I.3. Boucle 60 KV.
I.4. Description des postes électriques.
Dans ce chapitre nous allons donner une présentation succincte de l’organisme d’accueil, et
de réseau électrique haute tension, qui va inclure l’architecture de la boucle 60kv de Maroc
Phosphore et finalement une description de réseaux de distribution HT et MT de chaque
poste.
NAHIDI Hassan
19
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1. Ensemble des industries chimiques de Jorf Lasfar
Le complexe industriel de la Direction Pôle Chimie de Jorf Lasfar s'étend sur 1700ha et
comporte cinq entités interdépendantes. Ce paragraphe est destiné à la description de ces
entités, ainsi que les différentes relations qui les lient.
1.1. Maroc Phosphore Jorf Lasfar :
Maroc Phosphore Jorf Lasfar fait partie intégrante du groupe OCP. Il a démarré en 1986 et
permet de produire annuellement :
1,7 million de tonnes P2O5 d’acide phosphorique ;
1,8 million de tonnes équivalent DAP.
Nécessitant ainsi la transformation de :
1,7 million de tonnes de soufre ;
6,5 millions de tonnes de phosphate ;
0,5 million de tonnes d’ammoniac.
Les ateliers de MAROC PHOSPHORE Jorf Lasfar sont :
a. Atelier sulfurique
Il est constitué de six unités de production d’acide sulfurique monohydrate de capacité 2.650
tonnes par jour chacune.
b. Atelier phosphorique
Il est constitué de:
8 unités de broyage de phosphate ;
8 unités de production d’acide phosphorique;
Et 20 échelons de concentration ;
c. Atelier engrais
Il comporte quatre unités de production de DAP dont deux peuvent produire du TSP, MAP et
NPK, et de capacité de 1.400 tonnes par jour chacune.
d. Atelier des utilités
Cet atelier rassemble tous les produits intermédiaires nécessaires à la production à l'exception
de l'acide sulfurique. Il contient:
1 centrale thermoélectrique avec 3 groupes turboalternateurs de 37 MW chacun ;
1 réservoir d’eau douce et une station de traitement de 2.000 m3/h ;
1 station de reprise d’eau de mer de 60.000 m3/h ;
1 station de compression d’air.
Les ateliers décrits précédemment fonctionnent en série donc ils seront liés entre eux,
l’interaction entre les ateliers de Maroc Phosphore est représentée sur la figure suivante
NAHIDI Hassan
20
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
ENERGIE ELECTRIQUE
CENTRALE
THERMOELECTRIQUE
Eau douce
Liaison Réseau National
TRAITMENT
D’EAU
VAPEUR
ACIDE PHOSFORIQUE
Eau de mer
54% P2O5 ,EXPORT
Soufre Liquide
TSP,DAP
ATELIER D’ACIDE
SUFIRIQUE
EXPORT
PHOSFATE Sec
ATELIER D’ACIDE
PHOSFORIQUE
MAP,NPK
AMMONIAC
ENGRAIS
EXPORT
Figure 1 : Diagramme bloc de Maroc Phosphore III & IV
e. Installations portuaires
Hangar de stockage de soufre solide.
Unité de fusion filtration de soufre.
Bacs de stockage de soufre liquide.
Bacs de stockage d’acide sulfurique.
Bacs atmosphériques des stockages d’ammoniac.
Station de filtration et de pompage d’eau de mer.
Station d’ensachage des engrais destinés à l’exportation.
Des installations équipées pour :
› Décharger : le soufre solide et liquide, l’ammoniac et l’acide sulfurique.
› Charger : le phosphate, les engrais (en vrac et en sac) et l’acide phosphorique
(marchand et purifié).
NAHIDI Hassan
21
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1.2. Indo Maroc Phosphore S.A IMACID :
Constituée dans le cadre d'un partenariat entre le Groupe OCP et le Groupe Indien Birla, la
Société INDO MAROC PHOSPHORE S.A (IMACID) a démarré en octobre 1999, avec un
potentiel de production de 0,33 million de tonnes de P2O5 par an nécessitant :
1,2 million de tonnes de phosphate de Khouribga;
0,33 million de tonnes de soufre.
a. Atelier sulfurique
1 unité de production d’acide sulfurique de capacité 3.300 tonnes monohydrate par jour.
b. Atelier phosphorique
1 unité de production de capacité 1.000 tonnes de P2O5 par jour.
1 unité de lavage des gaz ;
3 échelons de 440 tonnes P2O5 chacun.
c. Atelier utilités
1 centrale thermoélectrique avec un groupe turboalternateur de 27 MW ;
1 réservoir d’eau douce et une station de traitement de 200 m3/h ;
1 station de reprise d’eau de mer de 15.000 m3/h ;
1 station de compression d’air.
1.3. Euro Maroc Phosphore S.A : EMAPHOS :
Suite à un partenariat avec PRAYON (Belgique) et CFB (Allemagne), le Groupe OCP a
inauguré une nouvelle ère dans la diversification de ses produits finis, par la production d’un
acide à haute valeur ajoutée : l’acide phosphorique purifié. L’usine EMAPHOS qui est entrée
en production en janvier 1998 avec une capacité est de 0,12 million de tonnes P2O5 par an
d’acide phosphorique purifié (qualité alimentaire).
1.4. PMP :
Le projet PMP consiste en la construction et l'exploitation d’un ensemble chimique de
production d'acide phosphorique d’une capacité de 375.000 tonnes P2O5 qualité engrais par
an. Ses activités de production d'acide phosphorique ont démarré le 04/04/2008.
Il est composé des ateliers suivants :
a. Atelier Phosphorique
L’atelier phosphorique est constitué principalement de :
Une ligne de production d'acide phosphorique de capacité 1.135 tonnes de P2O5 par
jour.
Une ligne de broyage de phosphate,
Un circuit d’alimentation en phosphate,
Une unité de concentration d'acide phosphorique,
Une unité de stockage d'acide phosphorique 30% et 54%.
NAHIDI Hassan
22
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
b. Atelier Sulfurique
L’atelier sulfurique est constitué
tué principalement de :
Une ligne de production d'acide sulfurique de capacité 3.410 tonnes monohydrate
par jour;
Une unité de stockage de soufre liquide;
Une unité de stockage d’acide sulfurique.
c. Atelier des utilités
L’atelier des utilités est constitué
constitu principalement de :
Une centrale thermoélectrique comprenant un groupe turboalternateur de 32 MW;
Une station de traitement des eaux douces;
Une station de compression d’air.
1.5. BMP :
Le projet BMP est un ensemble chimique
chi
de production se compose d'unee unité de production
d'acide sulfurique d'une capacité de 3410 tonnes monohydrates par jour, d'une unité de
production d'acide phosphorique d’une capacité de 1200 tonnes P2O5 par jour et d'une unité
de production des engrais.
1.6. Diagramme bloc :
Le diagramme bloc suivant illustre les différentes relations entre les ateliers de Maroc
Phosphore, IMACID, EMAPHOS, PMP et BMP.
Figure 2 : Diagramme bloc de la liaison de Maroc Phosphore au Joint Venture
NAHIDI Hassan
23
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
2. Division des Produits Intermédiaires de Maroc
Phosphore Jorf Lasfar
2.1. Présentation :
La Division des Produits Intermédiaires de la Direction Production de MAROC
PHOSPHORE Jorf Lasfar a pour vocation la production de l'acide sulfurique, la vapeur,
l'énergie électrique, l'eau de mer, l'eau industrielle et l'air comprimé, ainsi que la gestion et la
distribution des carburants nécessaires pour alimenter les différents ateliers du complexe de
Jorf Lasfar.
La division dispose d'un effectif de 360 agents répartis sur trois services: production, matériel
et amélioration technique, dont la composition est la suivante:
14 Hors cadre (Ingénieurs et assimilés);
137 TAMCA (Techniciens, Agents de Maîtrise et Cadres administratifs);
Et 211 OE (Ouvriers et Employés).
Chef de la division CIJ/PI
M.HANINIE
Chef de service
Matériel
CIJ/PI/M
M.KHERRAZ
Chef de service
amélioration technique
CIJ/PI/IA
M.BERGUI
Chef de service
Production
CIJ/PI/P
M.BOURRAS
Entretien mécanique
CIJ/PI/MM
MM.OULAID
SARRAR ISMAILI
NAITLHAK
Production sulfurique
CIJ/PI/PS
MM.LAHMITI
MEJJATI
KACIMI
Entretien électrique
CIJ/PI /ME
M.IFEZOUNI
Melle .ELHARRAJ
M.NAIT’ZARI
Production utilités
CIJ/PI/PS
MM. El SOSSA
BENHAMIDA
KHABBA
Entretien Régulation
CIJ/PI/MR
M.BENZIDIYA
Melle. BOUALI
Figure 3 : Organigramme de CIJ/PI
NAHIDI Hassan
24
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
2.2. Description de la division PI :
2.2.1. Centrale thermoélectrique
La centrale thermoélectrique est conçue pour assurer les fonctions suivantes:
La production et la distribution de l’énergie électrique;
La production et la gestion de la vapeur;
La production et la distribution de l’eau alimentaire et condensats;
La réfrigération des auxiliaires du complexe.
a. Production et distribution de l’énergie électrique
La centrale dispose de trois groupes turboalternateurs de capacité 37MW chacun utilisant la
vapeur haute pression produite par les chaudières de récupération dans l’atelier de production
de l’acide sulfurique, cette vapeur se détend partiellement ou totalement pour produire
l’énergie électrique et la vapeur de procédé nécessaire au fonctionnement du complexe.
b. Production et gestion de la vapeur
La centrale assure la gestion de la vapeur de procédé et la production de la vapeur haute
pression pour le démarrage du complexe et l’appoint.
Production de la vapeur haute pression par les deux chaudières auxiliaires.
Gestion vapeur de procédé :
› Réseau vapeur haute pression (58 bars / 490°C): la vapeur provenant de la
réaction exothermique de la combustion du soufre arrive dans deux barillets
HP. Cette vapeur alimente les 03 groupes turboalternateurs, la turbopompe
alimentaire et la conservation des chaudières auxiliaires.
› Réseau vapeur moyenne pression
(9,5 bars / 200°C): la vapeur moyenne
pression est obtenue des soutirages des 03 groupes turboalternateurs, des
échappements des turbosoufflantes et parfois des stations de détente. Cette
vapeur est récupérée dans deux barillets MP et distribuée aux ateliers:
phosphorique, port, engrais et réchauffage bâche alimentaire.
› Réseau vapeur basse pression (5,5 bars / 155°C): la vapeur basse pression est
obtenue par détente et désurchauffe de la vapeur MP, elle est utilisée pour le
réchauffage des conduites, le stockage (fuel-oil, soufre liquide et la soude
caustique en solution) et pour les besoins de réchauffage aux vestiaires et
engrais.
c. Production et distribution de l’eau alimentaire et condensats
L’eau alimentaire est prise de la bâche alimentaire, celle ci est alimentée par des condensats à
travers le dégazeur, afin d’éliminer l’oxygène. Deux réseaux principaux et des annexes sont
alimentés à partir de la bâche, le premier alimente les chaudières de récupération, le second
NAHIDI Hassan
25
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
alimente les chaudières auxiliaires. De cette même bâche sont alimentés les désurchauffeurs
HP et les désurchauffeurs MP et BP.
Tous les condensats viennent alimenter la bâche à condensats sauf ceux de l’atelier
phosphorique qui alimentent le dégazeur. Puis, ils sont pompés vers le poste de polissage à la
station TED à travers des refroidisseurs de condensats, et viennent sous forme d’eau traitée.
d. Réfrigération des auxiliaires du complexe
C’est une eau douce de réfrigération. Elle assure le refroidissement des paliers des pompes, de
l’air de refroidissement alternateur et des réfrigérants d’huile. C’est un circuit fermé. Un
appoint d’eau désilicée est assuré en permanence dans la bâche de réfrigération.
2.2.2. Traitement des eaux
L'installation de traitement des eaux a pour rôle le traitement, le stockage et la distribution des
différentes qualités d'eaux aux consommateurs.
Elle comporte essentiellement:
a. Station de filtration
L’eau filtrée est produite à partir de l’eau brute par filtration sur sable et sur charbon actif.
Chaque ligne de filtration est composée de 02 filtres placés en série :
Le filtre à sable constitué de 02 lits superposés : sable quartzite et sable anthracite
pour l’élimination des matières en suspension.
Le filtre à charbon actif pour l’élimination des matières organiques et du chlore
résiduel.
b. Station d’eau déminéralisée
L’eau déminéralisée est produite par des chaînes de déminéralisation composées chacune d’un
échangeur cationique, d’un échangeur anionique et d’un dégazeur atmosphérique.
c. Station d’eau traitée
L’installation d’eau traitée sert au traitement des condensats de la centrale. Elle est composée
de 03 lignes contenant chacune deux charges de résines mélangées.
d. Station de compression d’air
La station a pour but de produire de l’air de service et l’air instrument pour tout le complexe.
Elle se compose de six compresseurs, deux sécheurs et quatre ballons de stockage d’air de
service.
e. Station de dépotage et distribution des carburants
Les deux carburants utilisés sont :
Le gas-oil qui est essentiellement utilisé pour l’allumage des chaudières auxiliaires
et pour le démarrage ou le soufflage des unités sulfuriques;
Et le fuel-oil qui est utilisé pour la marche normale des chaudières auxiliaires et pour
les sécheurs de l’atelier d’engrais.
Le stockage des carburants est composé de :
01 bac de stockage Gas-oil;
02 bacs de stockage de Fuel-oil;
NAHIDI Hassan
26
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
01 poste de dépotage des camions de gas-oil et fuel-oil et le transfert vers les
utilisateurs.
2.2.3. Pompage et reprise eau de mer :
a. Station de pompage principale
La station de pompage eau de mer est située au port de Jorf Lasfar, elle est destinée à
alimenter le complexe en eau de mer traitée et filtrée, elle se compose des installations
suivantes :
Les ouvrages d’amenée d’eau de mer :
› Une digue de protection
› Un mûr d’ajutage
› Un canal de décantation
Une installation de dégrillage et filtration d’eau de mer;
03 files d’eau de mer;
Une installation de production d’hypochlorite de sodium par électrolyse de l’eau de
mer, ce produit est utilisé en tant qu'agent algicide bactéricide.
b. Station de reprise et de distribution d’eau de mer
La reprise d’eau de mer est destinée à alimenter les divers consommateurs du complexe en
eau de mer. Elle est équipée :
D’un bassin de décantation et de reprise à ciel ouvert d’une capacité de 20 880 m3
De 11 pompes d’une capacité unitaire de 7 500m3/h, destinées à alimenter :
› L’atelier sulfurique pour le refroidissement de l’acide sulfurique;
› La centrale thermoélectrique principalement pour la condensation de la vapeur;
› L’atelier phosphorique pour la création du vide dans les bouilleurs et
l’évacuation du gypse;
› Et l’atelier des engrais pour le lavage des gaz.
3. BOUCLE 60 KV
3.1. Architecture du réseau de distribution HT :
L'alimentation en énergie électrique de l'ensemble industriel Maroc Phosphore Jorf Lasfar et
l'échange d'énergie électrique avec l'ONE sont assurés par une boucle 60kV dont l'architecture
actuelle est la suivante:
NAHIDI Hassan
27
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Figure 4 : L’architecture la boucle 60kV
Les postes électriques PJ0, PJ1, PJ2, PJ3, PJ4, PJ5, PJ6, PJ7, PJ10 et PJ11 sont des postes
60kV/10kV dont les rôles, les constitutions et les consommateurs seront détaillés dans le
paragraphe suivant.
3.2. Différentes liaisons entre les postes :
Le tableau suivant décrit les différentes liaisons entres les postes électriques :
Tableau 1 : Longueur et section des câbles qui assure la connexion entre les postes PJ.
Désignation
La
longueur
de
la liaison
(m)
PJ0-PJ11
PJ10-PJ1
PJ1-PJ2
PJ2-PJ3
PJ3-PJ5
2231
1861
1576
1590
460
894
souterraine
635
****
****
****
****
****
1592
366
181.6
181.6
288
288
288
288
****
****
****
****
****
2x240
Cu
****
****
****
****
****
1x630
Al
Souterraine
NAHIDI Hassan
2213
PJ10-PJ11
Aérienne
Aérienne
La
section
du
câble
(mm2)
PJ0-PJ5
2x500
Al
28
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4. Description des postes électriques
4.1. Poste PJ0
a. Rôle
Assurer l’interconnexion entre le réseau de MP, le poste PJ6 de IMACID et le réseau ONE,
ainsi que l'alimentation de la station REM EMAPHOS.
b. Constitution
1 double jeux de barres 60kV, l’un ONE et l’autre OCP;
3 départs ONE pour l’interconnexion avec le réseau MP
4 départs vers PJ10, PJ5, PJ6 et PJ11;
2 travées de couplage et de comptage;
1 départ transformateur 60kV/10kV – 2,5MVA
c. Consommateurs
1 TSA 10kV/400V – 50kVA;
1 TR 10kV/400V – 100kVA;
2 moteurs:
› 2 × 480kW
4.2. Poste PJ1
a. Rôle
Assurer l’alimentation des consommateurs de la station de pompage d'eau de mer (PEM).
b. Constitution
Un jeu de barres 60kV;
2 départs PJ0 et PJ2 en boucle;
3 départs transformateurs 60kV/10kV – 25 MVA.
c. Consommateurs
Transformateur N° 1 :
› 3 moteurs :
1×4600kW
1×3650kW
1×1915kW
› 2 transformateurs :
1×10kV/400V – 160kVA
NAHIDI Hassan
29
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1×10kV/660V – 400kVA
2 réserves équipées
Transformateur N° 2 :
› 3 moteurs :
2×3650kW
1×1915kW
› 2 transformateurs :
1×10kV/150V – 630kVA
1×10kV/660V – 400kVA
2 réserves: 1 équipée et l’autre non équipée
Transformateur N° 3 :
› 3 moteurs :
2×3650kW
1×2400kW
› 1 réserve équipée
› 1 départ vers PEM11
4.3. Poste PJ2
a. Rôle
Assurer l’alimentation des installations du port :
les unités de stockage principal de l’acide phosphorique et du soufre liquide;
le déchargement du soufre solide;
la reprise des quatre hangars des phosphates;
le chargement des navires (phosphates et engrais);
le chargement de l’acide phosphorique;
le déchargement, de la fusion et du stockage d’ammoniac.
b. Constitution
Un jeu de barre 60kV;
2 départs PJ1 et PJ3 en boucle;
2 départs transformateurs 12.5MVA – 60kV/10kV en redondance alimentant :
› 2 départs vers le poste PE4;
› 2 départs vers le poste PD53;
NAHIDI Hassan
30
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
› 2 départs vers le poste PR;
› 3 départs vers le poste PES;
› 4 réserves équipées.
c. Consommateurs
1 TSA 10kV/400V – 50kVA
21 transformateurs :
› 4×10kV/660V – 2500kVA
› 6×10kV/660V – 1600kVA
› 4×10kV/660V – 800kVA
› 1×10kV/400V – 800kVA
› 2×10kV/400V – 400kVA
› 3×10kV/400V – 250kVA
› 1×10kV/400V – 160kVA
4.4. Poste PJ3
a. Rôle
Assurer l’alimentation des installations des infrastructures :
Ateliers et commun de CIJ/PN;
stockage de phosphates;
déchargement des trains;
l’alimentation des quatre hangars des engrais;
transfert des engrais vers les quatre hangars;
l’atelier de criblage et les quatre convoyeurs de manutention des engrais vers le port.
b. Constitution
1 jeu de barres 60kV;
2 cellules départs PJ2 et PJ5 en boucle;
2 départs transformateurs 60kV/10kV – 12.5MVA alimentant :
› TRS N°1 :
1 départ vers ateliers et commun de CIJ/PN;
2 départs vers le poste PM;
1 départ vers le poste N.DAP N°1;
NAHIDI Hassan
31
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1 départ vers le poste PE1;
3 réserves non équipées.
› TRS N°2 :
1 départ vers le poste N.DAP N°2;
2 réserves équipées;
c. Consommateurs
1 TSA 10kV/400V – 50kVA
11 transformateurs:
› 2×10kV/660V – 1600kVA
› 2×10kV/660V – 2500kVA
› 2×10kV/400V – 630kVA
› 1×10kV/400V – 200kVA
› 4×10kV/400V – 400kVA
4.5. Poste PJ4
a. Rôle
Alimenter les installations électriques de PMP
b. Constitution
1 double jeux de barres 10kV;
1 cellule arrivée de PJ10 + TRS 60kV/10kV;
1 cellule arrivée GTA de 41MW;
1 cellule de couplage et de comptage.
4.6. Poste PJ5
a. Rôle
Alimenter les ateliers suivants :
Sulfurique;
Utilités;
Phosphorique;
Engrais;
REM;
EMAPHOS.
NAHIDI Hassan
32
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
b. Constitution
1 double jeux de barres 60kV;
2 cellules départs PJ3 et PJ0;
3 cellules arrivées génératrices : 3×47MVA (alternateurs 10kV + transformateurs
10kV/60kV);
1 couplage entre les 2 jeux de barres;
1 cellule de transformateur de potentiel;
4 départs transformateurs 60kV/10kV – 35MVA (22EC11 – 22EC12 – 22EC13 –
22EC14);
1 cellule arrivée future.
c. Consommateurs
Transformateur 22EC11 :
› 1 TSA 10kV/400V – 50kVA
› 18 transformateurs :
2×10kV/660V – 2000kVA
7×10kV/660V – 2500kVA
7×10kV/400V – 630kVA
1×10kV/400V – 160kVA
1×10kV/400V – 63kVA
› 14 moteurs:
7×700kW
2×1200kW
2×2100kW
3×1315kW
› Arrivée génératrice groupe électrogène 1.2MVA
Transformateur 22EC12 :
› 10 transformateurs :
8×10kV/660V – 2000kVA
1×10kV/660V – 2500kVA
1×10kV/400V – 630kVA
› 11 moteurs :
NAHIDI Hassan
33
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4×600kW
4×400kW
3×530kW
Transformateur 22EC13 :
› 20 transformateurs :
14×10kV/660V – 3150kVA
3×10kV/660V – 2500kVA
1×10kV/400V – 630kVA
2×10kV/400V – 800kVA
› 7 moteurs :
6×600kW
1×1315kW
Le transformateur 22EC14 est un transformateur de secours pour les 3 transformateurs
22EC11, 22EC12 et 22EC13.
4.7. Poste PJ6
a. Rôle
Alimenter les installations électriques d’IMACID
b. Constitution
Un jeu de barres 60kV;
Une cellule départ PJ0;
Une cellule départ transformateur 25MVA.
4.8. Poste PJ7
a. Rôle
Alimenter les installations électriques de BMP
b. Constitution
Un double jeu de barres 10kV;
Une cellule départ PJ10;
Une cellule arrivée GTA de 41MW;
Une cellule de couplage et de comptage.
NAHIDI Hassan
34
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4.9. Poste PJ10
a. Rôle
Assurer l’interconnexion entre la boucle MP, les projets futurs et le réseau ONE ainsi que
l'alimentation de la station REM III.
b. Constitution
Un double jeu de barres;
Une cellule départ ONE;
Une cellule départ PJ0;
Une cellule de couplage et de comptage;
4 cellules départ vers PJ11, PJ1, PJ4 et PJ7;
2 cellules départ vers REM III;
2 transformateurs 60kV/10kV – 12.5MVA.
4.10. Poste PJ11
a. Rôle
Alimenter la station PEM11.
b. Constitution
Un jeu de barres 60kV;
2 cellules départs PJ0 et PJ10;
2 départs transformateurs 60kV/10kV – 25MVA.
c. Consommateurs
TRS N° 1
› Arrivée de PEM1
› 2 transformateurs
1×10kV/400V – 630kVA
2×10kV/660V – 1250kVA
› 1 moteur :
1×3650kW
› 2 départs réservés pour transfert de PJ2
› Un départ réserve pour transformateur
› Un départ réserve pour moteur de 240kW
TRS N°2
NAHIDI Hassan
35
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
› 1 transformateur
1×10kV/660V – 1250kVA
› 2 moteurs
1×3650kW
1×2400kW
› 2 départs réserves pour moteur 3650kW
› 1 départ réserve pour transformateur
› 1 départ pour transfert de PJ2
NAHIDI Hassan
36
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Chapitre
II
Structure d’un poste PJ et Les technologies des
équipements installés
II.1. Les constitutions d’un poste 60Kv /10Kv
II.2. Etude des fonctions de protection analogique des postes.
II.3. Les équipements d’une travée d’un poste.
II.4. les contacts d’état des équipements HT installer.
Ce chapitre fait l’objet d’une étude des technologies des équipements HT tel que les
sectionneurs, disjoncteurs et combinés de mesure déjà installés et les fonctions de protections
analogiques implantées dans les postes PJ de la boucle 60kv, ceci sera utile pour faire l’étude
critique et pour la détermination de la quantité des relais numériques de protection et des
modules entrées et sorties d’automates.
NAHIDI Hassan
37
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1 .Les constitutions d’un poste 60Kv /10Kv
1.1. Les travée d’un poste HT/MT :
Chaque poste de transformation HT /MT peut être identifié
ié par trois éléments principaux :
Travée départ vers un poste OCP ou vers un transformateur.
Travée arrivée ONE.
Travée Couplage entre jeu de barre.
Chaque poste contient au minimum deux travées
travée départ poste OCP car le réseau électrique Maroc
Phosphore est une boucle fermé et des travées départ transformateur.
Les autres travées sont présentes dans un poste selon le nombre de jeu de barre et selon le rôle du
poste.
Le schéma suivant présente le prototype d’un poste PJ de Maroc Phosphore :
Figure 5 : Prototype d’un poste 60kv/10kv, PJ
Dans le but de détailler le fonctionnement d’un poste onn va décrire dans un premier temps les
équipements des différentes travées pour enchaîner par la suite à l’étude des fonctions de protection
déjà installés dans les postes.
1.2. Travée départ vers un poste ou vers un transformateur :
Chaque départ soit ONE ou OCP est constitué de même dispositif, ils se différent seulement
par le type de protection :
• Un sectionneur général ou tête de ligne.
• Un sectionneur de terre
NAHIDI Hassan
38
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
•
•
•
3 combinés de mesure (chaque combiné possède
possède 4 TC et 1TT pour départ ligne).
ligne
Un disjoncteur principal.
Un sectionneur d’aiguillage.
Arrivé 60KV.
Sectionneur tripolaire 72.5 KV, 1250A.
Commande mécanique.
Disjoncteur tripolaire 72.5 KV, 1250A
Commande électrique.
Combiné de mesure 72.5 KV.
TT 60000V/100V.
Puissance TT : 200VA.
TC 300-600 A /5A.
Puissance TC : 50 VA
Sectionneur générale,, 72.5 KV, 1250A.
1250A
Sectionneur de terre, 72.5 KV, 1250A.
1250A
Commande mécanique.
Départ 60KV.
Jeu de barre 60KV.
Figure 6 : Schéma d’un départ poste
1.3. Travée arrivée ONE :
L’arrivée ONE est une travée qui ressemble à la travée départ poste, sauf que cette travée contient
deux combinés de mesure l’un de l’OCP et l’autre imposée
imposé par l’ONE pour les raisons
raison suivantes :
L’ONE et OCP ont leur propre compteur d’énergie échangée et chacun d’eux a son circuit de
mesure de tension TT et de courant TC.
Chacun protège ses équipements contre un défaut survenu de l’extérieur.
C’est une travée qui n’existe qu’au poste PJ0 le plan de protection vise la surveillance de
l’impédance du tronçon limité par les deux postes PJ0-GHANEM
PJ0
:
Protection de distance RXAP.
Protection différentielle ligne.
1.4. Travée Couplage entre jeu de barre :
NAHIDI Hassan
39
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
La travée couplage assure le couplage entre les jeux de barres,
barre c’est une travée qui n’existe que
dans deux postes : deux travées
travée au poste PJ0 car ils contiennentt un sectionneur inter barre qui
permet la divisons d’une barre en deux parties
partie et une seule travée au poste PJ5.
Un double jeu de barres est présent dans les
les postes ou il y a connexion entre deux réseaux (poste
PJ0) ou dans les postes ou il y a les GTA (poste PJ5), pour assurer l’îlotage
otage des GTA en cas de
perte de synchronisme ou en cas de chute de tension.
Le combiné de mesure de cette travée ne contient que les TC qui ont deux fonctions principales :
La protection de jeu de barres
barre (relais TMAR)
Le comptage d’énergie échangée
échangé entre Maroc Phosphoree et l’ONE.
Le raccordement de circuit de mesure à la travée couplage est représenté sur le schéma ci-dessous :
Vers protection
jeu de barre
Compteur HT
TC
JDB ONE
JDB OCP
TT
Figure 7 : La travée de couplage et de comptage
L’ensemble des travées représentées
présentées dans le paragraphe précédant assure la connexion entre les
postes, le transport de l’énergie électrique et la transformation de niveau de tension pour
l’utilisation. La présence d’une anomalie ou d’un défaut perturbe le fonctionnement de réseau
électrique 60kv de Maroc Phosphore.
Pour un bon fonctionnement de réseaux 60kv un système de protection assure l’ouverture ou la
fermeture du disjoncteur de la travée
tra
en défaut, ce système inclut les protections suivantes :
La protection de distance RXAP.
La protection différentielle DPDL.
La Protection directionnelle de puissance PSW163.
La Protection différentielle
différentiel de jeux de barre TMAR.
La Protections du transformateur 60kv/10kv.
Le but du paragraphe suivant est la présentation du principe de fonctionnement et le réglage
des relais de protection analogique.
2. Etude des protections analogiques des postes.
2.1. La protection de distance RXAP :
Ce relais de protection n’est plus fabriqué, mais il est encore en service dans de nombreux
départs. Son principe est exposé ici essentiellement pour justifier son remplacement par un
relais de protection numérique.
C’est une protection modulaire, constitue de module :
Détection défaut ou mise en route.
ro
Mesure de distance de défaut (zone de défaut).
Relais directionnel.
Relais anti pompage.
NAHIDI Hassan
40
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Mise en route
C'est une mise en route commutée, c'est à dire possédant 3 éléments dont les grandeurs
d'entrées sont modifiées par la présence de courant résiduel. Chaque élément est réalisé par un
transducteur magnétique: un circuit magnétique possède deux enroulements. Le premier est
parcouru par un courant continu proportionnel au module de la tension, obtenu par
redressement et filtrage. Ce courant sature le circuit magnétique. Le second est parcouru par
le courant sinusoïdal i. Si pendant l'alternance où les ampères - tours créés par i sont de signes
opposés à ceux créés par u la valeur crête de i est supérieur à u, le circuit magnétique se dé sature et se sature en sens inverse. La variation brutale d'induction crée alors, dans un
troisième enroulement, une force électromotrice qui provoque la fermeture d'un relais.
Le basculement est obtenu pour : |V| - K* |I| * √ 2 < 0.
Mesure de distance
Elle est réalisée par un relais à induction dont le principe est le suivant:
Un disque ou un cylindre, en aluminium peut tourner dans l'entrefer de deux circuits
magnétiques. Chacun des circuits est magnétisé par un courant. Nous appellerons ces courants
I1 et I2, déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angleϕ.
Le courant I1 crée dans le circuit magnétique une induction B1
qui lui est proportionnelle. Cette induction crée dans le disque
des forces électromotrices induites, proportionnelles à la
dérivée de I1 qui fait circuler des courants de Foucault
pratiquement en phase avec elles.
Les courants de Foucault passant dans l'entrefer du deuxième
circuit magnétique créent, avec l'induction B2, un couple qui
fait tourner le disque. Il en est de même des courants de
Foucault crées par I2 dans l'induction B1.
Figure 8 : Relais à induction
Le couple agissant sur le disque d'aluminium est de la forme:
C = K * (i2 * di1 / dt - i1 * di2 / dt)
En posant i1 = |I1| * sin (ω * t), et i2 = |I2| * sin (ω * t +ϕ ) en obtient
C = K * ω* |I1| * |I2|* sin ϕ
Pour réaliser une mesure de distance, le relais à induction est alimenté par un courant I, et par
une tension V1 = V - z *I. Cette tension crée dans sa bobine un courant en phase avec elle :
lorsque V1 et I sont en phase, le couple est nul.
En appelant ZL l'impédance de la ligne (poste PJ0 – Poste GHANEM) la protection est
assurée selon des zones définies à partir poste PJ0 (vers le poste ghanem) :
Première zone, (réglée à 80 %): V1 = (Va - Vb) - 0,8 * ZL * (Ia - Ib)
Deuxième zone, (réglée à 120 % = 1,5 * 0,8): V1 = (Va - Vb) / 1,5 - 0,8 * ZL * (Ia - Ib)
Troisième zone qui sera vue par un relais directionnel.
Poste OCP
Poste ONE
ZL l’impédance de la ligne AB
PJ0
GHANEM
A
B
V1
I
Première zone
0,8 ZL
V
1,2 ZL
Deuxième zone
Troisième zone
Figure 9 : Les zones protégées par le relais RXAP
NAHIDI Hassan
41
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Relais directionnel
Ce relais détecte les défauts qui sont éloignés (3ème zone), le fonctionnement du relais de
déclenchement dépend uniquement de la mise en route et suivant le choix de l’utilisateur : un
contact de sélection d’activation ou désactivation du relais directionnel.
C'est un relais à induction alimenté par une tension composée Uab = Va - Vb , et un courant
I = Ic. Le circuit tension est conçu de telle sorte que Uab fasse circuler dans sa bobine un
courant I' déphasé de 70° en arrière. Nous voyons donc que si le courant Ic est déphasé de 20°
en avance sur Vc, les deux courants sont en opposition de phase et le couple est nul.
Donc se relais détecte le sens de transit de puissance de défaut s’il circule vers poste
GHANEM ou vers le Poste PJ0 : le relais directionnel se bloque en interdisant le
déclenchement du disjoncteur si la puissance de défaut est digérée vers le poste GHANEM,
s’elle est dirigée vers le poste PJ0 le disjoncteur déclenche.
Cette protection comporte un seul relais, connecté à une seule phase en position repos, et
commuté sur les autres phases par les relais de mise en route. Il est alimenté par:
Ubc et Ia si le défaut est entre la phase a et la terre, ou s'il est entre les phases a et b,
Uca et Ib si le défaut est entre la phase b et la terre, ou s'il est entre les phases b et c.
Relais anti pompage
C'est un relais de conception identique aux relais de mise en route, mais réglé à une
impédance plus élevée, généralement 1, 5 fois. Lors d'une perte de synchronisme, appelée
plus communément pompage, entre un groupe d'alternateurs et les autres alternateurs débitant
sur le réseau, il faut ouvrir certaines liaisons prédéterminées,
Or, dans ce cas, le point représentatif de l'impédance vue du point A peut être confondu avec
celui d'un défaut.
Pour discriminer les défauts des pertes de synchronisme, on joue sur le fait qu'un défaut
provoque une variation brutale de l'impédance vue de A, alors que la perte de synchronisme
provoque une variation progressive de cette impédance.
Si, entre l'instant où l'impédance passe d’une valeur Z1 et celui où il passe par une autre
valeur Z2, il s'écoule un temps supérieur à ∆t = 15 ms (variation progressive) par exemple, la
protection est bloquée pendant une durée de 2s par exemple. C'est la fonction anti pompage.
2.2. La protection différentielle DPDL :
C’est une protection auto sélective : elle déclenche instantanément pour tous défauts
survenant dans sa zone de surveillance. Elle ne déclenche pas pour les défauts extérieurs
quelque soit la valeur du courant, et la structure du réseau. Les protections placées aux deux
extrémités d’une ligne ou d’un câble agissent indépendamment sur un disjoncteur et signale le
défaut.
Ces protections utilisent le principe de la comparaison de tension analogique des courantes
phases, ou des sommes dissymétriques de courant aux deux extrémités de la ligne, ce qui
présente les avantages suivants :
- Courant de circulation nulle dans les fils pilotes, en l’absence du défaut.
- Tension sinusoïdale pure, limitée en amplitude, pour des courants de défaut supérieurs au
courant nominal, permettant d’utiliser des fils pilotes à basse tension, type télécommunication
téléphonique.
A chaque extrémité de la ligne, la tension locale est comparée à la tension des fils pilotes qui
est également la tension de l’autre extrémité. Lors d’un défaut interne, le déséquilibre de
tension est mesuré par un comparateur de module utilisant un relais galvanomètre sensible,
réglé à un seuil fixe. Cette disposition donne une grande sensibilité pour les défauts intérieurs
et une stabilité pour les défauts extérieurs. La capacité des fils pilotes est exactement
compensée par un circuit symétrique à capacité image, qui rend le fonctionnement de la
NAHIDI Hassan
42
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
protection peu sensible, avec des translateurs de modèle approprié :
- d’isoler les lignes pilotes par rapports aux circuits de mesure et de source auxiliaire du poste.
- de protéger les équipements de protection et le personnel des surtensions induites
induite par les
lignes et les câbles HT et MT.
Poste PJ0
DPDL
Iy
Algorithme de fonctionnement
si Iy + Ix ≥ 15% de In le relais
DPDL donne
l’ordre
de
déclenchement au disjoncteur
ligne associer.
Le 0,15In représente les pertes
dans le câble par effet joule ainsi
que les pertes par la capacité de
ligne surtout pour la ligne
souterrain.
Poste PJ5
DPDL
Ix
Fils pilote de communication
In
Câble 60KV
Figure 10 : Raccordement de protection DPDL
La protection de distance définie ci-dessus
ci
est de bonne précision pour les défauts entre
phases, parce que l’intensité du défaut dépend des caractéristiques de la ligne qui sont
connues (métal, section, résistance,
résistance, impédance) et permettent un étalonnage correct des
relais.
Par contre les défauts à la terre sont très variables selon la nature du sol. Il en résulte
des imprécisions telles que la protection de distance peut avoir des ratés de fonctionnement.
fonctionnem
Elle est donc, dans ce cas, doublée par une protection moins complexe appelée
protection directionnelle de terre qui détecte le sens de circulation du courant de défaut, mais
ne tient pas compte de la distance et agit seulement si la protection
protection de distance n’a pas
fonctionné.
2.3. Protection directionnelle de puissance PSW163 :
La protection directionnelle de terre PSW est complémentaire à la protection de distance d’un
départ. Elle est sensible à des défauts résistants donnant naissance à un courant de terre
inférieur au seuil de mise en route de la protection principale.
La protection PSW n’est sensible qu’aux défauts avals,, pour lesquels la protection de
distance à la priorité de déclenchement pour les défauts peu résistants qu’elle voit dans sa
zone de surveillance.
La puissance résiduelle,
duelle, mesurée à partir des 3TT et 3TC du départ, est égale
é
à 3 fois la
puissance homopolaire qui prend naissance dans un défaut et varie tout le long du réseau. Elle
combine la diminution de la tension résiduelle quand le défaut est éloigné du poste, et le
partage du courant résiduel dans un réseau maillé.
Lee sens de la puissance résiduelle caractérise l’emplacement du défaut, il a pour origine le
point du défaut et s’écoule vers les 2 extrémités de la ligne et les points de mise à la terre du
réseau.
NAHIDI Hassan
43
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Le relais directionnel n’est sensible qu’au sens et à l’amplitude de la puissance correspondant
à un défaut dans la zone de surveillance aval qui est la même que celle de la puissance de
distance.
Le relais à seuil de courant doit être réglé à une valeur supérieure au courant résiduel
permanent mesuré au secondaire de TC
T en l’absence du défaut caractérisé.
La temporisation du relais du courant doit être supérieure au temps de fonctionnement de la
protection de la distance.
Poste PJ0
Poste PJ5
Algorithme de fonctionnement
Lorsque le flux de puissance
circule du poste vers le poste
PJ0 c’est le relais PSW du poste
PJ5 qui protège la ligne en avale
en calculant la puissance
PSW
Ux
instantanée P appelée et le PSW
Ux
comparer a une puissance de
Iy
Ix
seul Ps.
si P ≥ Ps alors le PSW donne
l’ordre de déclenchement au
disjoncteur de départ poste.
P
Câble 60KV
Figure 11 : Raccordement de relais PSW
2.4. Protection différentiel de jeux de barres TMAR :
La protection différentiel jeux de barres est une protection instantanée, en effet elle est basée
sur le calcul des courants entrants et sortants (la somme des courants entrants doit être égale
aux courants sortants) si un défaut s’est produit dans un départ (ONE, OCP ou
transformateur) un courant de défaut va créer un déséquilibre qui sera détecté et donne un
ordre de déclenchement a tous les disjoncteurs de départ et du couplage (s’il existe).
Pour rendre la protection jeux de barres insensibles à la surintensité causée par la mise en
marche ou arrêt d’une machine électrique de forte puissance, le courant mesuré est filtré par
un filtre passif LR en parallèle.
NAHIDI Hassan
44
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Iarrivée
Icouplage
Itransfo
La loi du nœud impose à ce que le somme
algébrique des courants soit nul.
Donc si Iarrivée + Icouplage + Itransfo ≥ Ir
tous les disjoncteurs de départ et de couplage
s’ouvrent, le Ir dépend du courant appelé il
présente 1% du courant nominale appelé et
qui représente les pertes par effet joule dans
les jeux de barres.
Cette protection ne permet pas la détection
de la source de défaut.
Figure 12 : Fonctionnement de relais de protection de jeu de barres TMAR
La protection maximum de courant :
La protection maximum d'intensité est utilisée pour la protection des réseaux contre ;
les défauts entre phases et des défauts à la terre. La détection
détection des défauts entre phases et des
surintensités est assurée au moyen de relais instantané à maximum de courant et celle des
défauts à la terre par un relais homopolaire instantané à maximum d'intensité. Les relais
comportent chacun deux contacts à fermeture
fermeture dont l'un assure l'excitation du relais
chronométrique à temporisation
risation réglable et l'autre destiné à la remise en route du dispositif de
réenclenchement automatique et à l'envoi de la signalisation maximum intensité.
Fonctionnement :
Dès qu'un défaut se produit sur le départ protégé un des relais détecteurs fonctionne et
ferme ces deux contacts.
L'un de ces contacts excite le relais de temporisation qui provoque le déclenchement à
la fin de sa temporisation.
L'autre contact met en route le réenclencheur
éenclencheur qui provoque le déclenchement
instantané du disjoncteur avant que
q le relais temporise et achève sa temporisation.
NAHIDI Hassan
45
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Dés l'ouverture du disjoncteur le défaut disparaît et les relais de protection reviennent
au repos prêt à fonctionner à nouveau. Si le défaut réapparaît lors du réenclenchement du
disjoncteur, le relais temporisé achève sa course et provoque le déclenchement à l'expiration
de sa temporisation.
La protection par délestages des charges :
La fréquence normale est de 50 Hertz. Une insuffisance de production (OCP) où des
incidents sur le réseau haute tension (ONE) peuvent entraîner une baisse de fréquence
progressive allant jusqu'à un déclenchement général du réseau.
Pour éviter cette situation en diminue d'autorité la consommation en mettant hors
tension une partie plus ou moin grande des départs de moyenne tension des postes, afin de
rétablir l'équilibre entre la demande et la production. Cette manœuvre est appelé délestage.
Le délestage doit être d'autant plus important que la fréquence s'écarte d'autant plus de
sa valeur nominale de 50 Hertz.
Ainsi, en doit délester :
les départs 1er échelon sur la fréquence descend à 49Hertz.
les départs 2ème échelon si la fréquence descend à 48,5 Hertz.
les départs 3ème échelon si la fréquence descend à 47,75 Hertz.
les départs 4ème échelon si la fréquence descend à 47 Hertz.
En règle générale, ils subsistent alors, et seulement les départs prioritaires. En
conséquence, il existe dans chaque poste HT/MT un ou plusieurs relais de fréquence, réglés
pour donner un ordre de déclenchement aux départs, lorsque la fréquence descend à l'une des
valeurs 49Hertz - 48,5Hertz - 47,75Hertz ou 47 Hertz.
Lorsqu'un relais de fréquence a donné un ordre de déclenchement, il se verrouille,
interdisant le réenclenchement des départs concernés.
2.5. Protections du transformateur
Introduction :
Le transformateur est un élément
particulièrement important d'un réseau. Il est
nécessaire pour le protéger efficacement
contre tous les défauts susceptibles de
l'endommager, qu'ils soient d'origine interne
ou externe.Les principaux défauts qui
peuvent affecter un transformateur sont :
- La surcharge.
- Le court-circuit
- Le défaut à la masse.
Figure 13 : Transformateur 60kv/10kv
La surcharge peut être due à l'augmentation du nombre de charges alimentées
simultanément ou à l'augmentation de la puissance absorbée par une ou plusieurs charges.
Elle se traduit par une surintensité de longue durée qui provoque une élévation de
température préjudiciable à la tenue des isolants et à la longévité du transformateur.
Le court-circuit peut être interne au transformateur ou externe.
- Interne : il s'agit de défaut entre conducteurs de phases différentes ou d'un défaut
entre spires du même enroulement. L'arc de défaut dégrade le bobinage du transformateur et
peut entrainer un incendie. Dans un transformateur à huile, l'arc provoque l'émission de gaz de
décomposition ; si le défaut est faible, il y a un petit dégagement gazeux, et l'accumulation de
NAHIDI Hassan
46
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
gaz devient dangereuse. Un court-circuit violent provoque des dégâts très importants qui
peuvent détruire le bobinage mais aussi la cuve en répandant l'huile enflammée.
- : il s'agit d'un défaut entre phases dans les laisons avales. Le courant de court-circuit
aval provoque dans le transformateur des efforts électro-dynamiques susceptibles d'affecter
mécaniquement les bobinages et d'évoluer ensuite sous forme de défaut interne.
Le défaut à la masse est un défaut interne. Il peut se produire entre bobinage et cuve
ou entre bobinage et noyau magnétique. Pour un transformateur à huile, il provoque un
dégagement gazeux. Comme le court-circuit interne, il peut entraîner la destruction du
transformateur et l'incendie. L'amplitude du courant de défaut dépend du régime du neutre des
réseaux amont et aval. Elle dépend aussi de la position du défaut dans le bobinage.
Dispositifs de protection de transformateur 60Kv/10Kv :
Protection contre les Surcharges PAK412
La surintensite de longue durée est détectée de façon générale, par une protection à maximum
de courant temporisée à temps indépendant ou à temps inverse sélective avec les protections
secondaires.
Une protection à maximum de courant instantanée associée au disjoncteur situé au primaire
du transformateur assure la protection contre les court-circuits violents.
On utilise aussi une protection à image thermique pour surveiller avec une meilleure
sensibilité l'élévation de température : l'échauffement est déterminé par le dégagement de
chaleur fonction du courant absorbé par le transformateur.
Protection masse cuve relais MIT84
Toutes les parties métalliques à l’exception des bobinages et leurs connexions sont reliées à la
cuve du transformateur.
La cuve du transformateur est normalement isolée par rapport au sol. Sur cette cuve est
prévue une borne de terre pouvant être reliée au système de mise à la terre du poste par une
connexion en cuivre traversant un transformateur de courant.
Si un défaut se produit par un amorçage interne à la masse (entre enroulement et masse), le
courant de défaut se produit s’écoule par la connexion de terre à travers le T.C. (l’unique
passage) qui alimente un relais de courant.
Le fonctionnement de ce relais de courant provoque :
—
le déclenchement des disjoncteurs encadrant le transformateur
—
la signalisation « déclenchement masse cuve »
Cette protection fonctionne également sur les défauts externes en cas d’orage. Il peut
s’agir alors d’un coup de foudre ayant provoqué un amorçage aux éclateurs des traversées.
Protection différentielle transformateur MIC4530
Une protection qui détecte toute anomalie (exterieur ou intérieur) est instalée et compare
l’intensité du courant au primaire et l’intensité du courant au secondaire multiplier par le
rapport de transformation m = 10/60 .
La protection différentielle du transformateur assure une protection rapide contre les
défauts entre phases. Elle est sensible (réponse instantané) et elle s'utilise pour les
transformateurs de puissances importantes.
Détection des terres résistantes :
La détection des terres résistantes DRT26 est généralement utilisé dans les postes de
transformation HT/MT. La détection des défauts résistants à la terre est assurée par un
élément de seuil transistorisé, avec filtre d’insensibilisation aux harmoniques du rang
NAHIDI Hassan
47
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
2 et 3.
Figure 14 : Les
es différentes protection d’un départ transformateur HT/MT
Protection
rotection contre les Court-circuits
Court
internes (Relais buchholz)
Dans un transformateur plongé dans un diélectrique
liquide, un accident interne se traduit toujours par un dégagement
plus ou moins important de gaz provenant de la décomposition des
isolants solides et liquides sous l'action de la chaleur et de l'arc
électrique. Le premier rôle du relais bucholz est de le détécter.
dété
Il peut aussi y avoir un dégagement de gaz non combustible, par
exemple de l'air aspiré par la pompe de circulation ou provenant
d'une
'une poche non évacuée à la mise en service. Le deuxième rôle
du bucholzz est de déceler et de signaler la présence de ce gaz.
Figure 15 : Relais buchloz
En plus de ces rôles, il signalera aussi la baisse du niveau d'huile au-dessous
au dessous d'une limite
inadmissible pour la bonne marche du transformateur.
Le relais bucholz présente donc une protection sensible aux défauts internes à la cuve et en
particulier aux défauts entre phases, n'intéressant pas la cuve et donc non détectés par la
protection de masse de cuve (défaut à la terre).
Lors d'une avarie de faible importance, le dégagement de bulles de gaz est recueilli par le
buchholz et fait basculer un premier flotteur qui actionne une alarme.
Si l'avarie est grave, un dégagement gazeux violent, résultant de défauts graves à l'intérieur du
transformateur provoque un mouvement
mouvement important et rapide d'huile qui fait basculer un
second flotteur qui provoque la mise hors service de 1'appareil.
NAHIDI Hassan
48
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Le tableux suivant résume l’ensemble de contact d’état d’un transformateur :
Tableau 2 : Nombre de contact d’état et marche anormale du transformateur.
Fonction
Capteur de température (thermostat)
Relais Buc Holz
Arrêt circulation huile
Ventilateur de refroidissement
Régleur en charge
Nombre de contact
2
2
1
1
1
3. Les équipements d’une travée d’un poste.
3.1. Structure des postes PJ :
Installation comportant de l'appareillage électrique et éventuellement du matériel de
transformation, de compensation et de conversion.
Un poste est un ouvrage ou installation de toute catégorie de tension, assurant le
sectionnement, la liaison, la répartition, l’interconnexion, la livraison ou la transformation
de l’énergie.
Il peut aussi assurer le contrôle et les réglages nécessaires au réseau :
• Réglage de tension,
• Réglage de puissance active ou réactive,
Dans un poste en général, on trouve deux niveaux de tension :
63kV/10 kV.A priori nous déduisons qu’il y a deux postes en interactivité dans un même
poste.
Poste 60 kV.
Poste 10 kV.
La tension 10 kV, issue des transformateurs de puissances, est utilisée pour l’alimentation :
des services auxiliaires du poste.
des postes de distribution MT/BT à partir d’un ou plusieurs tableaux MT,
En général,un poste peut être constituée selon sa fonction dans le réseau de distrubition
haute tension par :
Un ou des jeux de barres principaux.
des travées départs lignes aériennes ou lignes souterraines.
Travées de comptage ou couplage.
Une ou des travées départs transformateurs.
la haute tension est découpée en travées pour : Faciliter l’intervention,Assurer la sécurité
et n’isoler que la partie en défaut lors d’incident.
Une travée c’est l’ensemble d’appareillage constituant une ouverture d’un départ ou d’une
arrivée (travée arrivée transformateur).
Elle commence depuis les liaisons avec les jeux de barres jusqu’à l’avale du sectionneur
général (Tête de ligne).
3.2. Equipement d’une travée départ poste :
On distingue deux type de travée :
Travée départ poste OCP
Travée départ poste ONE
la travée arrivée ONE assure la connexion entre le complexe Maroc Phosphore III et IV et
l’ONE a travers le poste PJ0 (3 arrivé de poste GHANEM) et le poste PJ10 (2 arrivé )
NAHIDI Hassan
49
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Pour la travée départ poste il assure la liaison deux poste pour assurer l’échange d’énergie
entre les différents abonnés du complexe Maroc Phosphore III et IV.
En générale il est constitué de :
Un ou des sectionneur(s) d’aiguillage.
Un disjoncteur.
Un jeu de combinés.
Un sectionneur général, qui peut en générale être équipé d’un malt (sectionneur de
terre).
Traversées murales (entrées de poste).
3.3. Equipement d’une travée de transformateur :
La travée départ transformateur HT/MT a pour rôle la transformation de tension 60kv vers
10kv pour l’alimentation des ateliers de MP III et IV, et pour assurer l’alimentation en 10kv
des abonnés de la boucle (PJ1,PJ2,PJ3 et PJ5).
Un ou des sectionneur(s) d’aiguillage (au circuit primaire).
Un disjoncteur (au circuit primaire).
Un jeu de combinés,
Traversées murales.
3.4. Equipement d’une travée couplage de jeux de barres :
La travée couplage jeux de barre (JDB) assure la liaison entre les deux jeux de barre en
générale le couplage est utilisé pour les poste d’échange avec l’ONE ou bien pour les poste
de production de l’énergie électrique : c’est a travers ce couplage que l’ordre de d’îlotage est
donné au disjoncteur de couplage.
Un jeu de barres est équipé en général :
Des isolateurs, colonnes en verre, supports de jeu de barres en tube d’aluminium.
Un ou des TT.
Un ou des sectionneurs inter barres.
Les principaux équipements d’une travée sont :
Le sectionneur
Le disjoncteur
Le combiné de mesure
La présentation de principe de fonctionnement ainsi que les types des équipements d’une
travée fait l’objet du paragraphe suivant.
En effet les technologies des équipements diffèrent selon le constructeur mais en général ils
sont similaires, mais ce qui nous intéresse c’est le nombre de contact de l’état d’un
équipement HT car ceci va être utile pour évaluer le nombre d’entrée et de sortie pour la
supervision de la boucle 60kv.
NAHIDI Hassan
50
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4. Les contacts d’état des équipements HT installés
4.1. Le sectionneur MALT:
Les sectionneurs permettent d'isoler physiquement des parties du poste. Ils n'ont aucun
pouvoir de coupure et sont donc utilisés pour isoler des sections qui ont été mises hors tension
grâce à un disjoncteur.
En fonction de leur localisation et de leur rôle
dans le schéma du poste, on parle de sectionneurs
d'aiguillage (permettant de sélectionner à quelle
barre une travée est reliée) ou de sectionneur
général de la ligne qui permet d’isoler ou de lier
la ligne aux réseaux.
Les sectionneurs de mise à la terre (MALT) sont
des sectionneurs particuliers dont une des
Figure 16 : Sectionneur de départ MALT
Extrémités est relié au circuit de terre du poste. En fonctionnement normal, les MALT sont
ouvertes.
Pour éviter la manœuvre accidentelle d'un sectionneur lorsque les travées sont sous tension,
un système de verrouillage est installé dans les postes (PJ0, PJ1, PJ2, PJ3, PJ5) .les
sectionneurs utilisés sont a commande mécanique et ils sont muni de huit contacts qui
renseigne l’état de ce dernier quatre a ouverture et les autres sont à fermeture, deux contacts
(l’un a ouverture et l’autre a fermeture) qui sont utilisés.
4.2. Le disjoncteur E.I.B :
Le disjoncteur est un appareil électromagnétique
capable d’établir, de supporter et d’interrompre des
courants dans des conditions normales, mais
surtout dans celles dites ”anormales”, c’est-à-dire :
- surcharge,
- court-circuit.
Il s’ouvre alors automatiquement. Après
élimination du défaut, il suffit de le réarmer par une
action manuelle sur la manette.
Pour tous les postes le disjoncteur utilisé est un
disjoncteur à petit volume d’huile 72,5 Kv de E.I.B
Son principe est basé sur la détente et la
Figure 17 : Disjoncteur principale E.I.B
compression d’un ressort à l’aide d’un moteur
Électrique : lors de l’enclenchement le moteur tourne pour la détente du ressort, un fin de
cours donne l’ordre d’arrêt du moteur en lui indique que le ressort est prêt au prochaine
déclenchement, si un défaut est présent le ressort tendu rejoint sa position d’équilibre en
heurtant les pôles du disjoncteur ceci provoque l’ouverture de ce dernier.
Pour un bon fonctionnement du disjoncteur on doit vérifier l’alimentation du moteur
électrique, et l’état de la fin course ainsi que l’état de disjoncteur.
Le tableau suivant résume le nombre de contact d’un disjoncteur :
Tableau 3 : Nombre de contact d’état et défaut de disjoncteur E.I.B.
Fonction
Disjoncteur ouvert/ferme
Fin de course
Alimentation motrice
NAHIDI Hassan
Nombre de contact
2
1
1
51
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4.3. Le combiné de mesure
Le combiné de mesure contient des transformateurs de courant TC et des transformateurs
de tension TT dans lequel
quel le courant (la tension) secondaire est, dans les conditions
normales d'emploi, pratiquement proportionnel au courant (tension) primaire,
primaire afin de donner
une image courant (tension) qui serait utilisé soit pour la protection ou pour la mesure.
L’image donnée sera fonction du rapport de transformation, les
es combinés de mesure TC-TT
TC
comportent des enroulements permettant d’obtenir un double
double rapport de transformation.
Dans les poste de transformation 60kv/10k PJ il existe deux catégories de combiné de mesure
qui se diffèrent l’un par rapport à l’autre par le rapport de transformation du transformateur de
courant qui sont :
Combiné de mesure de départ transformateur
Combiné de mesure de départ poste OCP ou poste ONE et de travée couplage
Le combiné de mesure de départ transformateur par :
TC : 200/ 5A.
TT :( 60 000/√3)
√3) / (100/√3)
(100/
V.
Et les combinés de mesure de départ poste est caractérisé
par :
TC : 600-300/1
300/1 ou 5A.
TT :( 60 000/√3)
√3) / (100/√3)
(100/
V.
Les combinés de mesure TC-TT
TC
devront être munis de
protection contre les ouvertures accidentelles des circuits
secondaires. Pour le circuit
it courant (TC) il ne faut jamais
laisser le secondaire ouvert il faut un court-circuiter
court
(CCP),
et pour le circuit tension (TT) la mise en série d’un
sectionneur porte fusible (SFEL) protège le TT contre le
court circuit.
Lorsque le CCP est fermé et le SFEL
S
est ouvert la
protectionn ou la mesure n’est pas assurée c’est pour cette
raison qu’ils sont minis de contacts qui indique leur état :
CCP : un contact a fermeture.
SFEL : deux contacts l’un a l’ouverture et l’autre à
fermeture.
Figure 18 : Combiné de mesure
Les contacts se situent dans le coffret de regroupement.
TC
Câble
TT
Figure 19 : Schéma de contact d’état de CCP et de SFEL
NAHIDI Hassan
52
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Travée de couplage
Travée Arrivée ONE
Jeu de
barres
supérieur
Sectionneur
d’aiguillage
Traversée
murale
Ou entrée de
poste
Sectionneur
d’aiguillage
Jeu de
barres
inférieur
Isolateur
Sectionneur général
Combiné de mesure
Disjoncteur
Disjoncteur
Combiné de mesure
NAHIDI Hassan
53
53
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Chapitre
III
Etude critique des protections analogiques et liste de
matériel numérique a installé
III.1. Etude critique des protections analogiques.
III.2. Solution proposée.
III.3. La quantité de relais de protection numérique a installé.
III.4. Présentations des relais numérique et le plan de raccordement au
Circuit de mesure.
On va consacrer ce chapitre à l’étude critique des appareils de protection analogique. Cette
étude aboutira à bien mettre en évidence les failles que présente les relais de protection
analogique (fiabilité, matériel, précision et comptage d’énergie). Et à la lumière de l’étude
critique et dans le cadre de solution proposée, nous allons présenter les différentes
technologies et marquer des relais numériques ainsi que la quantité de ses derniers
nécessaires pour le contrôle et la commande de la boucle 60kv.
NAHIDI Hassan
54
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1. Etude critique des protections analogiques
1.1. Les relais électromécaniques (RXAP) :
Les temps de fonctionnement des relais de mesure dépendent des couples mécaniques,
variables en fonction des grandeurs d'entrées. Les intervalles sélectifs doivent tenir compte de
ces dispersions et sont donc assez longs: 300 à 500 ms.
La consommation des relais sur les circuits issus des réducteurs de mesure est élevée. Ceci
conduit à en limiter le nombre, afin d'éviter de dégrader la précision de ces réducteurs. Pour
cela on multiplie les commutations, qui occasionnent des pertes de temps et parfois des aléas
de fonctionnement.
Ces protections sont sensibles à l'harmonique du rang 2 .
Nous trouverons les avantages et les inconvénients inverses pour les protections
électroniques, puis nous montrerons comment les protections numériques tentent de concilier
les avantages des unes et des autres.
1.2. Fiabilité de fonctionnement des relais analogique (PAK412) :
Le réglage de ce relais dépend de courant nominal absorbé par le transformateur HT/ MT
Pour le poste PJ0 la puissance nominale du transformateur 60kV/10kV est S= 2,5MVA
d’où I = 24,06 A , le transformateur peut supporter 20% de plus
Or S = √3 * U * I
de son courant nominal soit un courant Iph (vu coté secondaire du TC de transformateur )
Iph = 1.2 x 24.056 x 5 / 200 = 0.72 A .
Or le minimum de réglage sur le relais est 3 A soit : Iph = 3A
Donc le relais de protection contre les surcharges de transformateur n’est pas fiable si la
surcharge n’est importante (ce qui cause une détérioration du transformateur).
10Kv /60kV 200/5A
I
TC
JDB 60 kV
PAK412
Figure 20 : La protection contre les surcharge PAK412
1.3. Le transducteur 4 – 20 mA :
La nécessité d’un élément intermédiaire qui a pour rôle l’adaptation du signale délivré par le
TC (0-5A) et le TT (0-100V) au signal d’entrée des relais de protection et aux appareils de
mesure de courant, tension et puissance .Cet élément est intercalé entre le combinée de
mesure et les relais de mesure il transforme tout signal d’entrée (tension ou courant) en un
courant continu dans l’intervalle [4,20mA].
Une variation linéaire de la grandeur d’entrée entraîne aussi une variation linéaire à la sortie
de l’adaptateur. En cas de défaillance du transducteur, la mesure n’est pas assurée de plus le
transducteur nécessite une alimentation auxiliaire.
1.4. Absence de signalisation de défaut des postes :
La signalisation de défaut permet l’élimination de ce dernier ainsi la détection de la zone de
défaut (par exemple pour un transformateur, si un déclenchement aura lieu il peut être à cause
d’un défaut extérieur telle que la surcharge ou court circuit entre phases de la ligne ou bien
défaut intérieur telle que la baisse de niveaux d’huile ou la thermostat)
NAHIDI Hassan
55
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1.5. La commande a distance des disjoncteurs :
La commande à distance n’est pas disponible,
disponible seule la commande localee existe (c'est-à-dire
dans le poste où en veut commander le disjoncteur) en cas de détection
détection d’une anomalie ou si
on veut établir une coupure (pour l’entretien d’un départ) il faut se déplacer au poste concerné
et donner l’ordre d’ouverture localement.
1.6. Le TC de rattrapage :
La protection analogique TMAR voit l’image de courant sur chaque
haque travée donc il doit y
avoir le mêmee niveau d’intensité de courant, c’est-à-dire
c’est
le même rapport de transformation
des courants : l’adaptation de niveaux de l’image courant est réalisée à l’aide de TC de
rattrapage.
En effet les combinés de mesures
mesure de départ transformateur ont un rapport de transformation
transf
200/5 A et les combinés de mesures
mesure d’un départ poste ont un rapport
rt de 600/5 A donc pour
ramener au même niveau les intensités de courant vu par le relais TMAR en doit multiplier
le rapport 200/5 par 3 qui égale à 15/5 c’est le rapport de transformateur de courant de
rattrapage.
C’est un TC installé sur chaque phase de départ transformateur sa défaillance ou la non
no
précision du TC de rattrapage va entraîner le non fonctionnement de la protection de jeu de
barres TMAR et par la suite le déclenchement de toutes les travées.
1.7. Le comptage de l’énergie électrique :
Le complexe Maroc Phosphore III et IV est alimenté a travers la boucle 60 KV, il contrôle
con
la
partie HT de PJ0, PJ10, PJ1, PJ2, PJ3, PJ5. Pour la partie MT seules les postes PJ0,PJ5 et PJ1
qui sont sous contrôle du personnels qui relèvent les valeurs de l’indexe de compteur et les
communiquent au personnels de poste PJ0, les autres postes PJ2 et PJ3 sont fermés .d’où
.d’ la
nécessité de déplacement trois fois par 24 heures (heures
(heure pleines, de pointes
pointe et creuses) pour
déterminer la consommation pour chaque mois entre MP et les JV et entre l’ONE et MP.
Poste PJ1
Combiné de mesure
Poste PJ2
JDB
Compteur
Consommation
Transformateur
JDB
Compteur
Echange
entre poste
Figure 21 : Disposition des compteurs d’énergie sur un départ.
Ces relevés sont faits 3 fois par jour selon les heures pleines, de pointes et creuses pour avoir
la consommation mensuelle pendant les heures (pleines,de
(
pointes,creuses)) afin de déterminer
NAHIDI Hassan
56
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
la facture d’énergie entre Maroc Phosphore et l’ONE (voir annexe). D’ou trois déplacements
par jours (tourné sur tous les postes) pour enregistrer la valeur des index dans le tableau
suivant :
Tableau 4 : Structure de tableau de stockage des indexe des compteurs.
Consomation en MWH pendant les heures de
creuses,T3
Compteur
différence
N°1 ONE
N°2 ONE
PJ0-PJ6
PJ0-PJ10
PJ0-PJ11
PJ0-PJ5
PJ0 TR
PJ2
PJ3
PJ10-ONE
PJ10-PJ4
PJ10-PJ7
PJ10-PJ1
PJ10-PJ11
PJ10-TR1
PJ1-PJ2
PJ1
pointe,T2
Index
actuel préced différence
actuel
préced
pleines,T1
différence
actuel
préced
R
D
R
D
R
D
R
D
D
R
D
EV
REM
TR I
TR II
TR I
TR II
R
D
R
D
R
D
R
D
D
D
R
D
TR I
TR II
TR III
Le flux d’énergie électrique est bidirectionnel c'est-à-dire qu’il peut circuler dans les deux
sens donc un poste peut débiter ou recevoir de l’énergie, c’est pour cela que les relevés vont
contenir deux index selon le signe de l’énergie s’il est positive c’est une énergie reçue (noté
R) et s’il est négatif alors c’est une énergie débitée (noté D).
NAHIDI Hassan
57
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Les distance entre les différents postes est grande, si le véhicule de transport n’est pas
disponible à l’heure (pointe, pleine, creuse) la consommation des postes ne sera plus exacte
surtout pour les postes PJ2 et PJ3.
1.7. Conclusion :
Le chapitre que nous venons de présenter, a permis de mettre en évidence les limites que
présente le système actuel de protection analogique. Il est clair donc que la recherche de
solutions de substitution devient nécessaire. Elle conduira naturellement à l’intégration d’un
nouveau système de contrôle commande et de supervision. De tel système est
incontestablement plus performant, plus convivial et permet de rendre la tâche plus facile
aussi bien au niveau du service de la maintenance qu’à celui de la production. Ceci fait l’objet
de notre cahier des charges qui consiste à l’élaboration de la liste de matériel des relais
numériques et les automates programmables qui seront utilisés pour la supervision de la
boucle 60 kv. Avant d’entamer ce travail, nous allons consacrer le paragraphe suivant à la
présentation des outils matériels qui seront utilisés.
2.Les solutions proposées
2.1. Remplacement des relais analogiques par des relais numériques :
Remplacement des relais analogiques par des relais numérique afin d’augmenter la fiabilité et
la précision, l’option d’archivage et d’enregistrement des relais numériques permet de
résoudre le problème de signalisation.
Les relais numériques ont non seulement une seul fonction de protection mais ils sont
caractérisés par une gamme de fonction de protection, de plus l’option d’affichage permet
l’affichage (sur un écran LCD) de la valeur de courant, tension, fréquence et même la
puissance et l’énergie si le relais possède comme entrée un circuit courant et un circuit
tension.
L’établissement d’un système de contrôle commande au niveau de la boucle 60 KV va
permettre :
Une centralisation de l’information.
La commande à distance des disjoncteurs et des régleurs en charge.
Une vue en temps réel des états des équipements de la boucle 60kv.
2.2. Supervision de la boucle 60 KV :
Pour remède au problème de comptage et de commande des disjoncteurs à distance un
système SCADA (supervisory control and data acquisition) de supervision des postes de la
boucle 60kv sera installé.
Un système SCADA inclut des composants hardware et software. Les éléments hardware
assurent la collecte des informations qui sont à disposition du calculateur sur lequel est
implanté le logiciel de supervision.
Le calculateur traite ces données et il donne une représentation graphique réactualisée
périodiquement.
Le système SCADA enregistre les évènements dans des fichiers ou les envoie sur une
imprimante, par mail, vers des tableaux et vers des bases de donné.
Le système surveille les conditions de fonctionnement anormales et génère des alarmes.
Le système SCADA comprend 3 sous-ensembles fonctionnels: La commande, La surveillance
et la supervision.
NAHIDI Hassan
58
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Un système de contrôle et de commande fait appel à la technologie numérique ceci facilite la
tache de la supervision de la boucle 60kv qui nécessite l’utilisation des API qui sont
caractérisés par le temps de traitement de l’information, le nombre de module E/S et le mode
de communication selon l’architecture choisie.
Reste donc le choix et la quantité du matériel :
Relais de protection numérique.
Automate programmable industriel.
Ceci sera le but du paragraphe qui suit.
3. La quantité de relais numériques à installer
Avant d’entamer la partie de la mise en œuvre de l’architecture de contrôle commande cible,
et par souci de clarté, nous avons décidé de réserver ce chapitre à la description des différents
outils et matériels utilisés dans cette architecture. Une description succincte des principales
caractéristiques matérielles ainsi que l’environnement logiciel adopté pour la configuration
software y sera donnée.
3.1. Le nombre des relais numériques
Pour déterminer le nombre de relais on va déterminer dans un premier temps le nombre de
travée (voir annexe) par poste :
Travée départ poste OCP.
Travée départ (arrivée) ONE.
Travée départ transformateur 60kv/10kv.
Travée couplage et comptage.
Tableau 5 : La quantité de travée départ par poste.
Poste
Départ Poste
Départ transfo
Arrivée ONE
Couplage
PJ0
4
1
3
2
PJ1
2
3
-
-
PJ2
2
2
-
-
PJ3
2
2
-
-
PJ5
2
7
-
1
Les protection à installer pour chaque travée sont :
Travée départ poste OCP :
Protection de départ.
Protection différentielle câble.
Protection directionnelle de puissance
Travée départ (arrivée) ONE.
Protection de distance.
Protection différentielle ligne.
Travée couplage et comptage
Protection différentielle jeux de barres.
NAHIDI Hassan
59
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Travée départ transformateur 60kv/10kv.
Protection départ transformateur (maximum de courant).
Protection masse cuve transformateur.
Protection de la résistance du neutre.
Protection différentielle transformatrice.
POSTE PJ0
Ce poste présente la frontière de Maroc Phosphore (III & IV) avec l’ONE car l’arrivée ONE
occupe le jeu de barres supérieures et le jeu de barres inférieures est réservé au départ poste
OCP.
Il assure la collecte des informations qui concerne le comptage de l’énergie :
le facteur de puissance cosϕ
les indexes du compteur selon les heures (pleine, pointe, creuse)
Le poste PJ0 est particulier il contient tous les types de travée donc il va contenir tous les
protections déjà site.
Le tableau ci-dessous présent la quantité des relais numériques de protection a installé dans le
poste PJ0 :
Tableau 6 : Nombre de relais numériques de protection à installer dans le poste PJ0.
Protection
de
Poste
Nombre
de
relais
PJ0
Protection
Départ Diffcable
Direcpuissa
Diffligne
Diff
JDB
distance
Masse
cuve
Diff-transo
7
6
3
1
3
1
1
4
Le poste PJ0 est relié à la fois au réseau ONE et à la centrale thermique PJ5. Les problèmes
de chute de fréquence sont couramment rencontrés.
La chute de fréquence peut être intérieure (la centrale PJ5) ou extérieure (une perturbation de
réseaux ONE.
La meilleure solution utilisée en cas de chute de fréquence c’est l’îlotage de la centrale par
l’ouverture de la liaison PJ0 – PJ5, mais avant tout en doit installer un relais de contrôle de
fréquence Micom P922 au poste PJ0 aux niveaux de jeux de barres ONE.
POSTE PJ1
Ce poste est déstiné a alimenté la station pompage de l’eau de mer il contient trois travées
départs transormateurs et deux départs postes OCP .
Le tableau ci-dessous présent la quantité de relais numériques de protection a installé dans le
poste PJ1 :
Tableau 7 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ1.
Protection
de
Poste
Nombre
de
relais
PJ1
Protection
Départ
Diff-cable
Direc-puissa
Diff-JDB
Masse cuve
Diff-transo
5
2
2
1
3
3
NAHIDI Hassan
60
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
POSTE PJ2
Assure l’alimentation des installations du port il est relié à travers deux travées départs postes
OCP (PJ1 et PJ3), il alimente deux travées départs transformateurs en parallèle et qui
fonctionne en redondance.
Le tableau ci-dessous présent la quantité de relais numériques de protection à installer dans le
poste PJ2 :
Tableau 8 : Nombre de relais numérique de protection à installer dans le poste PJ2.
Protection
de
Poste
Nombre
de
relais
PJ2
Protection
Départ
Diff-cable
Direc-puissa
Diff-JDB
Masse cuve
Diff-transo
4
2
2
1
2
2
POSTE PJ3
Assure l’alimentation des installations des infrastructures, il est semblable au poste PJ2, les
quantités de relais numériques à installer au poste PJ3 sont regroupées dans le tableau
suivant :
Tableau 9 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ3.
Protection
de
Poste
Nombre
de
relais
PJ3
Protection
Départ
Diff-cable
Direc-puissa
Diff-JDB
Masse cuve
Diff-transo
4
2
2
1
2
2
POSTE PJ5
Il a pour rôle l’alimentation les ateliers de production de Maroc Phosphore II et IV, ses
ateliers sont : Sulfurique, Utilités, Phosphorique, Engrais; REM et EMAPHOS.
Il contient un double de jeu de barres l’un pour l’arrivée du GTA et l’autre pour les départs
OCP, il n’a pas un sectionneur inter barre, c’est pour cette raison qu’il n’a qu’une seul travée
couplage et comptage.
Le relais de contrôle de la fréquence (Micom P922) est déjà installé mais n’est pas
programmé pour donner l’ordre d’îlotage.
Le tableau ci-dessous présent la quantité de relais numériques de protection a installé dans le
poste PJ5 :
Tableau 10 : Nombre de relais numériques de protection a installé dans le poste PJ5.
Protection
de
Poste
Nombre
de
relais
PJ5
Protection
Départ
Diff-cable
Direc-puissa
Diff-JDB
Masse cuve
Diff-transo
9
2
2
1
7
7
Le groupe OCP est autonome en matière de matériel et pièce de rechange, il a ses propres
fournisseur du matériel, grâce au système d’information (ORACLE) il suffi de consulter la
NAHIDI Hassan
61
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
base de donné du matériel par catégorie pour se renseigner via ses fournisseurs grâce à un
appel d’offre.
La nouvelle procédure d’achat cherche à inclure les fournisseurs dans ses projet par ce
qu’on appel le dialogue compétitif : le fournisseur reçoit une fiche qui représente le
problème (choix du matériel ) ,et répondra par un courrier en justifiant le choix d’un tel
matériel ainsi que le prix.
Plusieurs matériels seront proposés par les différents fournisseurs, mais un seul qui sera
retenu et c’est grâce au choix technique fait par l’expert au domaine (contre maître ou
l’ingénieur) qui va justifier le choix d’un tel matériel.
Le tableau suivant représente les relais numériques retenus après l’appel d’offre:
Tableau 11 : Les relais numériques choisis pour la protection de la boucle 60kv.
Protection
Protection de départ.
Protection départ transfo (maximum de courant).
Protection de la résistance du neutre.
Protection différentielle câble
Protection directionnelle de puissance
Protection différentiel jeux de barres
Protection de distance
Protection différentielle ligne
Protection masse cuve transformateur
Protection différentielle transformatrice
Relais numérique
UFM
7SD52
F650
7SS52
P442
7SD63
P120
MD32-T
Après le choix du matériel adéquat vient la phase de détermination du nombre de relais
numérique à installer par poste.
Le nombre relais numérique de protection destiné a remplacé les relais analogique de la
boucle 60 kv sont regroupé dans le tableau suivant :
Tableau 12 : Quantité total de relais numériques de protection.
Relais numérique
PJ0
PJ1
PJ2
PJ3
PJ5
TOTAL
UFM
7
5
4
4
9
29
7SA52
4
2
2
2
2
12
7SD63
3
0
0
0
0
3
F650
6
2
2
2
4
16
7SS52
1
1
1
1
1
5
MD32-T
1
3
2
2
7
15
P120
1
3
2
2
7
15
P422
3
0
0
0
0
3
Les relais numériques sont intelligents, ils réalisent plusieurs fonction ceci grâce a un
système d’échantillonnage et des unités de conversion numérique, ils permettent aussi
l’archivage et la communication ModBus.
NAHIDI Hassan
62
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Une présentation de ses relais numériques va mettre en évidence le fonctionnement et le mode
de communication qu’il utilise un tel relais.
4. Présentation des relais numériques :
Dans les circuits des relais numériques, on trouve les circuits numériques suivants : les
convertisseurs Analogique/Numérique (A/N) et Numérique/Analogique (N/A), les
microprocesseurs, les multiplexeurs et les démultiplexeurs, les circuits d'échantillon et autres
circuits intégrés.
On distingue deux types de convertisseurs N/A qui sont: à sortie de tension et à sortie de
courant. On peut diviser le premier en les circuits à résistance pondérées, réseau R/2R et à
poids de DCB. Les types des convertisseurs A/N sont: à comptage d'impulsions (simple
rampe et double rampe), à approximations successives (compteur simple et de séquence) et
parallèles.
Les principes de fonctionnement de quelques types de convertisseurs N/A et A/N.
CNA à résistances pondérées: Le principe de fonctionnement est basé sur un amplificateur
opérationnel monté en inverseur. Les principaux constituants sont: un amplificateur
opérationnel, une référence de tension qui va définir la pleine échelle du convertisseur, une
série de résistance dans un rapport des puissances successives de 2 (1, 2, 4,16,..), une série de
registres numériques contenant le code binaire d'entrée et des commutateurs analogiques
(interrupteurs commandes électriquement par les signaux logiques) reliant les résistances à la
référence de tension. Les résistances sont raccordées en parallèle et la tension de sortie est
disponible d'un nœud commun.
CNA à réseau R/2R: Il est bâti autour d'un réseau de résistances composé seulement de deux
valeurs, R et 2R. Les composants sont sensiblement les mêmes que pour le CNA a résistance
pondérées.
Convertisseur analogique/numérique simple rampe: C'est un type à comptage d’impulsion.
Cette catégorie de convertisseur est très répandue. Ils ne peuvent mesurer que des tensions
statiques (ou faire de moyenne). Ces convertisseurs sont basés sur une opération de
chronométrage (comptage d'impulsions) pendant un temps proportionnel à la tension d'entrée.
Les principaux éléments sont: un générateur de rampe (l'intégration d'une tension de
référence), deux comparateurs (l'un compare la rampe au zéro et l'autre à la tension à mesurer)
et divers éléments de logiques (un générateur de porte, une horloge, un compteur et un
système d'affichage). Lorsque la logique commande le démarrage d'une mesure, il y a remise
à zéro l'intégrateur (rampe) et des compteurs. Ensuite, la tension de rampe croît linéairement
avec le temps. Quand le premier comparateur bascule, la porte autorise le comptage
d'impulsions délivrées par l'horloge. Quand le deuxième comparateur bascule, il ferme cette
porte et la valeur contenue dans les compteurs est verrouillée et transmise aux afficheurs.
CAN à approximations successives: Ils couvrent un vaste champ d'applications en mesure, de
la carte d'acquisition de données et dans les relais de protection. Les principaux éléments sont:
un comparateur, un CNA, un séquenceur logique piloté par horloge et une référence de
tension. Le séquenceur logique délivre un code binaire à l'entrée de CNA. La tension de sortie
de ce CNA est comparée à la tension à mesurer. En fonction du résultat, le code binaire est
modifié de manière à approcher la valeur à trouver.
Dans le cas de compteur simple, le principe de fonctionnement est semblable au simple
rampe, sauf on remplace la tension de référence de rampe avec la sortie du CNA. Le
séquenceur logique du type de séquence est d'un compteur binaire qui s'augmente d'une unité
chaque coupe d'horloge (dans ce cas il est semblable à la simple rampe). Tous les codes
binaires sont successivement comparés à la tension d'entrée. Quand le signal de sortie du
comparateur s'inverse, la tension de référence vient de dépasser la valeur à mesurer.
NAHIDI Hassan
63
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Les microprocesseurs: Sans entrer dans les détailles de sa construction et de son opération,
nous décrirons brièvement son architecture minimum. Un microprocesseur est un composant
électronique minuscule, fabriqué le plus souvent en silicium qui regroupe un certain nombre
de transistors élémentaires interconnectés. Le microprocesseur exécute les fonctions d'unité
centrale d'ordinateur (CPU), c'est à dire d'exécuter des instructions envoyées par un
programme. Ils sont constitués de portes logiques. Ces portes logiques sont composées de
transistors qui fonctionnent comme des interrupteurs.
Les parties principales d'un microprocesseur sont: les registres, le décodeur, le séquenceur (le
circuit de commande), l'unité arithmétique et logique (ALU), les connections entre les soussystèmes, l'interface d'entrées et de sorties. Les registres sont des petites mémoires linéaires à
accès parallèle On trouve 3 types de registres: les accumulateurs, le compteur ordinal et les
registres d'instruction. Le décodeur sert à animer les circuits électriques nécessaires à
l'exécution des instructions lues. Le séquenceur met en place chaque section de
microprocesseur en service à tour de rôle. L'AUL est chargée d'exécuter les opérations
arithmétiques et logiques du programme. On distingue cinq cycles pour exécuter une
instruction.
Ils sont: la recherche de donnée en mémoire, lecture du code d'instruction, décode
l'instruction, superviser l'exécution d'instruction et revenir au début.
Les multiplexeurs et démultiplexeurs: On utilise ces circuits lorsqu’on doit conserver dans les
nombres des voies de communication qui transfèrent des données ou les nombres des
câbles/fils qui relient des dispositifs tels que les composantes d'un appareil. Par exemple, s’il
y a 8 sources du signal et 8 récepteurs à l'autre coté, on peut avoir une seule voie de
communication avec un multiplexeur à une extrémité et un démultiplexeur a l'autre bout. Il y
a 2 principes de fonctionnement de ces circuits, ils sont le multiplexage temporel et le
multiplexage de fréquence. Le principe du multiplexage temporel est le résultat de la
combinaison ou de l'entrelacement de bits ou de caractères provenant de plusieurs sources
différentes pour former un signal transmis sur une voie (un support) unique.
Le démultiplexage consiste à restituer les bits ou les caractères de chaque source à partir du
signal multiplexé. Le deuxième principe divise la voie (le câble) dans quelque bande et
chacune a sa fréquence. Chaque fréquence représente un signal qui débit sur une voie
composite.
Les circuits d'échantillon: C'est un circuit qui capture la valeur instantanée d'une tension
analogique au moment spécifique sous commande d'un circuit externe, par exemple un
microprocesseur. On utilise ces circuits surtout dans les systèmes de surveillance et de saisie
de données ou on a besoin de capturer et détenir la valeur de tension instantanée pendant le
processus de convertir le signal analogique en numérique. Les principaux éléments sont:
buffer d'entrée (amplificateur), arbre de commutation (pour permettre le passage de signal
d'entrée au circuit de détenir), le condensateur de détenir, l'amplificateur de sortie (pour
fournir une charge d'impédance élevée aux bornes du condensateur et source de tension de bas
impédance aux charges externes). On monte ces circuits en amont des circuits de CAN pour
permettre la propre conversion (pour leur donner le temps suffisant pour accomplir la
transformation avec la précision requise.
Les relais de protection numérique peuvent être programmé pour effectuer plusieurs
protections, dans les normes CEI a défini pour chaque protection un code, c’est le code
AINSI.
L’ensemble de code de protection qui sera utile pour ce projet est regroupé dans le tableau
suivant :
NAHIDI Hassan
64
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 13 : Code de protection AINSI selon la CEI
50/51
50N/51N
67/67N
32P/32N
46
49
51BF
27/59
47
59UO
81
68
74
I²t
87
87N
48
66
55/78
15
RT
Maximum de courant
Maximum de courant homopolaire
Directionnel de courant phase ou terre
Directionnel de puissance phase ou terre
Déséquilibre de courant
Image thermique Alarme et déclenchement
Défaillance disjoncteur
Maximum et/ou minimum de tension
Seuil à max de composante inverse de tension
Maximum de tension homopolaire
Maximum et/ou minimum de fréquence
Sélectivité logique
Supervision du circuit de déclenchement
Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur
Protection différentielle à pourcentage
Protection haute impédance pour la détection de défaut à la terre très résistant ou
fortement impédant
Contrôle de la phase de démarrage sous tension réduite et séquence de démarrage
Nombre de démarrages consécutifs
Minimum de facteur de puissance
Contrôle de la vitesse
Commande à distance
4.1. Protection différentiel ligne Micom P422 :
Le fonctionnement de la protection de distance est basé sur l'utilisation simultanée de deux
algorithmes de distance indépendants :
Calcul des valeurs de transition caractéristiques du défaut (algorithmes en "Delta").
Mesure d'impédance (algorithmes "Classiques").
Ces deux algorithmes permettent à la protection de détecter tous les types de défaut sur les
ouvrages électriques. Les calculs d'impédance sont effectués sur chacun des échantillons pour
la totalité des six boucles AN, BN, CN, AB, BC et CA, ce qui en fait un véritable équipement
de protection de distance numérique non commuté.
Fondé sur les grandeurs de transition, l'algorithme en delta est une technique brevetée
bénéficiant d’une grande expérience dans différents équipements. L'algorithme en delta utilise
les signaux superposés apparaissant pendant un défaut pour détecter celui-ci, sélectionner la
phase en défaut et déterminer la direction du défaut. L'élément directionnel utilise le signe de
l'énergie calculée à partir de ∆V (variation de tension) et de ∆I (variation de courant) pour
déterminer la direction du défaut.
Pour un défaut aval, ∆V et ∆I sont de polarité opposée et
Pour un défaut amont, ∆V et ∆I sont de même polarité.
Les éléments de détermination de phase et de directionnel peuvent changer leur décision si
nécessaire, par exemple lors de défauts évolutifs.
Le modèle de la série MiCOM P442comportent :
Un afficheur à cristaux liquides rétro éclairé (3 lignes).
2 voyants LED .
Un port RS232 et un port RS485.
Un second port RS232/RS485/K-Bus en option (P442 & P444 seulement).
NAHIDI Hassan
65
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Un port de téléchargement/calibration.
Des contacts de défaut équipement (travail et repos)
Une tension +48V contrôlée et fournie par
l'équipement lui-même.
Des entrées courant bi calibre 1A/5A
Un second port RS232/RS485/K-Bus en option
Un port de téléchargement/calibration.
Figure 22 : Relais MICOM
P442
Contient les fonctions de protection 21G, 21p, 50/27, 50/51, 50/51N, 51FF, 32N, 67,
67N, 78, 46BC, 50BF, 25, 79, 59, 27,
Mesure :Va, Vb, Vc, Vn, Vab, Vbc, Vca, la, lb, Ic, In, Im, F, Wa, Wb,
Wc,Wtotal,VARa,VARb, VARc,VARtotal, VAa, VAb, VAc.
Enregistreur d'évènement (ECE).
Localisateur de défaut.
Oscillopedurbographie.
4.2. Protection de distance SIPROTEC 7SA63 :
La protection de distance est assurée par la
protection SIPROTEC 7SA63 de SIEMENS,
elle assurera en plus de la fonction de
protection 21, les fonctions de protection 67,
67N, 27, 59, 25, 79.
La protection 7SA63 permet l'élimination
rapide et sûre de n'importe quel type de
défaut. Les algorithmes de distance et de
directionnel uniques offrent un ensemble
optimum de rapidité, sélectivité et sécurité
Figure 23 : Relais de protection de distance 7SA63
pour tous les types de défauts et les cas
d'applications les plus difficiles,
En outre cet équipement offre les avantages suivants :
Equipement standard pour tous les types d’applications.
Stock de pièces détachées réduit avec notamment des entrées courant bi calibre
(1A/5A).
Réduction du nombre de boîtiers.
Intégration dans un système de contrôle commande simplifié grâce à un éventail de
protocoles de communication.
Synchronisation horaire de tous les équipements de protection.
Analyse des défauts plus rapides grâce au consignateur d'événements, au compterendu de défaut et à la perturbographie.
Disponibilité maximale de l'équipement grâce à des autocontrôles complets et aux
fonctions de supervision (TC, TP, circuit de déclenchement).
Fiabilité améliorée grâce à deux principes de détection de défauts différents.
4.3. Protection jeu de barre s Siemens SIPROTEC 7SS52 :
La protection SIPROTEC 7SS52 est une protection numérique rapide, par phase et fiable
contre les défaillances de jeux de barres et de disjoncteurs dans des installations de
distribution basse, moyenne et haute tension et offre un grand nombre de configurations du
jeu de barres.
NAHIDI Hassan
66
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
La protection est appropriée pour tous les types d'organe de manœuvre à noyau en fer ou pour
les transformateurs de courantes linéarités. Le court temps de déclenchement est avant tout
avantageux pour les applications à limites de défaut élevé ou le déclenchement doit avoir lieu
immédiatement pour assurer la stabilité du réseau.
Grâce à la construction modulaire du matériel, la
protection peut être ajustée de manière optimale à
la configuration du jeu de barres. La disposition
décentralisée permet de réduire considérablement
les frais de câblage dans l’installation de
distribution.
La protection de jeux de barres 7SS52 s’utilise
dans les systèmes de jeux de barres simples,
doubles ou triples avec ou sans commutation entre
les jeux de barres et sans commutation entre les
jeux de barres dans les systèmes de jeux de barres
quadruples avec jusqu’à 48 travées, 16
disjoncteurs de couplage, et 24 sectionneurs
longitudinaux et 12 sections de jeux de barres
Figure 24 : Relais de protection différentiel de jeu
Barre 7SS52
4.4. Protection et système de mesure de départs HT UFM :
Les UFM représentent un système de mesure et de protection des départs 60kV de MicroEner.
Ils réalisent dans un même boîtier les fonctions de :
Protections électriques : Ampérométrique, Volt métrique, Fréquence métrique et Watt
métrique.
Comptage de l'énergie active et réactive dans les quatre quadrants.
Mesure de l'ensemble des grandeurs électriques.
Contrôle du disjoncteur avec des E/S programmables et sa commande locale.
Pedurbographie sur 8 voies avec une durée d'enregistrement de 2 secs par voie.
Synoptique animé de la position du disjoncteur.
Contrôle commande.
Comme tous les systèmes de la gamme Ultra M, l’UFM se présente sous la forme d'un tiroir
électronique modulaire monté dans un boîtier métallique. Ce dernier est muni de courtcircuiteurs sur les voies courant permettant l'extraction du module électronique en charge. La
face avant de l'appareil est équipée d'un afficheur graphique, d'un clavier permettant la
programmation et l'exploitation de l'appareil sans l'utilisation d'un PC ou d'une calculette
supplémentaire. Toutefois, un port de liaison série de type RS232 permet l'utilisation d'un PC
pour la programmation.
L'afficheur graphique, en plus des valeurs de programmation, indique en permanence les
grandeurs électriques : Tension, Courant, Fréquence, Puissances Active et Réactive, et la
position de l'organe de coupure auquel il est raccordé grâce au synoptique animé visible à
l'avant de I'UFM.
L'interface homme- machine se complète par une signalisation lumineuse, indiquant l'état de
bluff, et un clavier pour une commande locale de l'organe de coupure.
L'unité volt métrique de bluff se raccorde au secondaire de TP couplés en étoile dont la
valeur de la tension nominale est comprise entre 50 V et 150 V.
NAHIDI Hassan
67
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Les unités ampérométriques sont bi calibres. Elles se raccordent
sur des TI dont le calibre nominal au secondaire est 1A ou 5A,
L'unité homopolaire se raccorde sur les TI de l'unité phases câblés
en montage sommation, ou sur un tore dont le calibre nominal est
1A,
Les deux unités homopolaires sont équipées de filtres numériques
Figure 25 : Relais de
assurant l'insensibilité de la protection aux harmoniques de rang 3 protection départ HT UFM
et plus.
Caractéristiques électriques
Courant nominal : In = 1 ou 5 A .
Surcharge ampérométriques : 500A (100 ln) pendant 1s – 20A (4ln) permanent.
Consommation des voies ampérométriques : 0,2 VA/phase à In - 0,06 VA/homopolaire à Ion.
Tension nominale : Un = 100 V à 125 V.
Surcharge volt métrique : 2 Un permanent.
Consommation des voies volumétriques : 0,2 VA à Un.
Précision :
Seuils : < 5 %.
Temporisations : < 2 %.
Consommation moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA.
Relais de sortie : (en nombre de six)
Courant nominal 5 A, Vn = 380 Vca,
Charge résistive = 1 100 W (380 V max).
Pouvoir de fermeture : 30 A (impulsionnel) pendant 0,5 s.
Coupure : 0,3 A, 1 10 Vcc L/R = 40 ms, 100 000 manœuvres.
L'UFM a deux gammes de réglage (protection adaptative) et assure les fonctions de
protections suivantes :
50/51 : Maximum de courant.
50N/51N : Maximum de courant homopolaire.
67/67N : Directionnel de courant phase ou terre.
32P/32N: Directionnel de puissance phase ou terre.
46 : Déséquilibre de courant.
27/59 : Maximum et/ou minimum de tension.
59Uo : Maximum de tension homopolaire.
81 : maximum et/ou minimum de fréquence.
68 : Sélectivité logique.
50BF/51BF : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de détecter la non ouverture
du disjoncteur à ça suite de l'émission d'un ordre de déclenchement par la protection une lors
de la détection d'un défaut ampérométrique.
74 : Supervision du circuit de déclenchement qui permet de vérifier la continuité de la filerie
entre le relais de sortie de la protection et la bobine de déclenchement du disjoncteur,
I2t : Accumulation d'énergie coupée par le disjoncteur grâce à la mesure des ampères coupés,
permet de définir les périodes d'intervention sur l'organe de coupure.
L'afficheur graphique de l’UFM indique en permanence et sous la forme d'un synoptique
animé la position de l'organe de coupure auquel il est raccordé ainsi qu'en temps réel les
grandeurs suivantes:
Les courants de ligne : la, lb, Ic.
Les tensions : Va, Vb, Vc, Ua, Ub, Uc.
Le facteur de puissance. PFa, PFb, PFc.
NAHIDI Hassan
68
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Le courant homopolaire : l0.
La tension homopolaire : Uo.
La puissance active : Pa, Pb, Pc.
La puissance réactive. Qa, Qb, Qc.
Les UFM enregistrent plusieurs types d'événements :
Les 100 derniers événements de quelque nature qu'ils soient (logique, déclenchement).
Les 10 derniers défauts avec la cause du déclenchement clairement identifiée et
horodatée ainsi que la capture des grandeurs électriques à l'instant du déclenchement.
La trace oscillographique des 8 voies d'entrée (3U ,3I, Uo et I0) sur une durée de 2
secondes par voie. L’ordre de démarrage de l'enregistrement oscillographique est
programmable et peut être interne ou externe à UFM.
La led ''TRIP'' indique un déclenchement d'un des relais de sortie affecté à l'une des fonctions
de protection de l'appareil.
Concernant la signalisation de déclenchement, l'état de la led ''TRIP'' reste mémorisée après la
disparition du défaut, même lors de la perte de la source auxiliaire. En cas de disparition de
celle-ci, la led retrouve son état initial au retour de l'alimentation.
La remise à zéro de la signalisation s'effectue en local par le bouton poussoir dédié accessible
à l'avant de l'appareil, ou par la liaison série depuis le superviseur.
Les UFM sont équipés de deux ports de liaison série :
Le premier, accessible à l'avant des appareils, est de type RS232.Il est prévu pour la
configuration en local à l'aide d'une console de programmation.
Le second, accessible à l'arrière de l'appareil, est quant à lui, de type RS485. Il est prévu pour
intégrer bluff dans une supervision afin de réaliser le contrôle commande du poste depuis un
superviseur.
Dans notre projet ce relais est utilisé dans Les tranches départs transformateurs 60kv/10kv des
postes PJ0, PJ1, PJ2, PJ3, PJ5, et dans les départs câble 60kV.
4.5. Protection différentielle transformateur MD32-T :
La protection différentielle transfo est assurée par la MD32-T de MicroEner. Ce relais, grâce
à la mesure des courants de retenue et à sa caractéristique à pourcentage, reste stable lors de
défauts violents intervenant dans la zone extérieure à celle qu'il protège tout en gardant une
sensibilité extrême dans sa zone de fonctionnement.
Le MD32/T utilise sans Tl de repassage (saturation). Son unité de
traitement intègre dans ses algorithmes de calcul le rapport de
transformation et l'indice horaire du transformateur protégé.
L'unité homopolaire assure, suivant le raccordement du tore et des
TI, une protection contre les défauts à la terre très résistants ou
une protection homopolaire contre les défauts d'isolement.
Figure 26 : Relais MD32-T.
L'unité homopolaire est équipée d'un filtre actif qui l'insensibilise aux harmoniques du range
3 et plus, La fonction pedurbographie permet l'enregistrement, à la suite d'un défaut ou sur
ordre extérieur, de la forme des intensités sur chacune des phases, La trace restituée permet
une analyse des données capturées sur 12 périodes du signal analogique, L’ensemble calcule
les courants réels en tenant compte des différents rapports de transformation (transfo, TI) et
du couplage primaire et secondaire du transformateur de puissance. Ses algorithmes évitent
l'ajout de TI de rattrapage, source d'erreur dans le calcul du courant différentiel.
Ces relais analysent les valeurs efficaces vraies des grandeurs électriques qu'ils mesurent ou
calculent. La faible consommation des unités de mesure leur permet d'être raccordées à des
capteurs de mesure de faible puissance.
NAHIDI Hassan
69
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Caractéristiques:
Courant nominal : ln = 1 ou 5 A.
Surcharge ampérométrique. 200 A pendant 1 s - 10 A permanent.
Consommation des unités ampérométriques : 0,01 VA à In =1A, 0,2 VA In =5A.
Consommation moyenne de la source auxiliaire : 8,5 VA.
Relais de sortie :
• In = 5 A, Vn = 380 Vca .
• Pouvoir de fermeture: 30 A pendant 0,5 s.
• Coupure: 0,3 A, 1 10 Vcc,
• L/R = 1.0 ms, 100000 manœuvres.
Les MD32/T sont équipés de 3 entrées logiques qui sont activées puisqu'elles sont courtcircuitées :
B1 = Blocage des fonctions d>, d>>, do. Toutes les combinaisons sont possibles.
B2 = Mise en route des fonctions affaiblissement d'harmoniques.
B3 = Déclenchement extérieur de l'enregistrement des intensités.
Configuration des relais de sortie
Les relais de sortie RI, R2, R3, R4 peuvent être programmés pour être contrôlés par
n'importe quelle fonction, qu'elle soit instantanée ou temporisée.
Le relais R5 (Watch dog - chien de garde), normalement excité, se désexcite sur défaut
interne, disparition de la source auxiliaire ou lors de la programmation de l'appareil.
Le retour à l'état de veille des relais de sortie est programmable permettant ainsi de
réaliser, si l'utilisateur le souhaite, la fonction verrouillage (F86).
Nature du retour des éléments temporisés: terres = M (manuel), A (automatique).
Indépendamment de la fonction perturbographie, le dernier défaut est mémorisé. Les valeurs
des différentes intensités sont capturées au moment du déclenchement et sont accessibles,
dans le menu LAST-TRIP de l'appareil.
Le relais MD32 /T est équipé d'un port série type R5485 pour l'exploiter à partir d'un PC, ou
compatible, à l'aide du logiciel MSCOM, ou bien pour l'intégrer dans un poste numérique et
l'exploiter à partir d'un poste de conduite centralisée.
Par ce bus de communication, tous les paramètres, réglages, informations accessibles en local
le deviennent également en déporté. Pour accéder à tous ces éléments, les requête entre les
relais de protection et les calculateurs se réalisant sous le protocole ModBus. Chaque relais
est identifié par une adresse programmable.
4.6. Protection masse cuve Micom P120 :
La protection masse cuve des transfos est assurée par la P120 de
ALSHTOM, Le P120 est un relais de surintensité à maximum de
courant. Il assure la fonction 51/51N = Maximum de courant
monophasé temporisée pour la protection masse cuve des transfos.
Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite
sur la seule liaison qui relie la cuve du transformateur à la terre par Figure 27 : Relais MICOM
P120
l'intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière.
Contournement de borne d'une traversée, du courant qui transite sur la seule liaison qui relie
la cuve du transformateur à la terre par l'intermédiaire du TC tore installé sur cette dernière.
Protection internes transfo (49, 95B & 95BR) : En plus de la protection arrêt circulation d'huile
et la protection défaut aéro, s'ajoutent les protections suivantes :
49 : Protection thermique - Relais thermique.
95B : Relais Buchholz.
95BR : Relais Buchholz régleur.
NAHIDI Hassan
70
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
4.7. Protection différentielle câble 7SD52 :
La protection différentielle câble entre les différents postes sera assuré par le relais 75D52
de SIEMENS.
La Protection différentielle numérique SIPROTEC 7SD52 est équipée d'un microprocesseur
32 bits performant. Ce dernier assure un traitement cent pour cent numérique de toutes les
fonctions de l'appareil, depuis l'acquisition des mesures jusqu'à l'émission des commandes de
sortie vers les disjoncteurs en passant par l'échange d'informations avec les autres extrémités
de l'élément protégé.
L'appareil 7SD52 dispose de toute une série de fonctions de
protection et de fonctions additionnelles, Le volume fonctionnel
hardware et software de l'appareil est adapté à ces fonctions. En
outre, les fonctions qui génèrent les ordres de commande sont
adaptées aux types d'engins commandés. Différentes fonctions
peuvent être mises hors service par programmation et
l'interaction entre les différentes fonctions peut être modifiée.
Les fonctions de la 7SD52 qui ne sont pas nécessaires et qui ne
sont pas utilisées peuvent ainsi être cachées.
La figure suivante décrit le bloc fonctionnel de la protection
7SD52.
Figure 28 : Relais 7SD52
4.8. Protection directionnel de puissance F650
Le F650 a été conçu comme un système de protection, commande, mesure et surveillance
avec une architecture basée sur microprocesseur, qui constitue une solution complète pour la
protection des différentes tranches de poste, conforme aux normes internationales les plus
appropriées. Tous les éléments exigés pour contrôler un poste ont été intégrés dans un seul
paquet pour une utilisation rentable, fiable et simple. Le bas nombre de composants, grâce à la
plus haute technologie, fournit une fiabilité très élevée. Il est typiquement appliqué aux lignes
de transmission de n’importe quel niveau de tension ou comme composant dans un système
de commande complet. D’ailleurs, il peut être appliqué dans une variété élevée de cas comme,
par exemple, des transformateurs, coupleurs et des batteries de condensateur.
Les entrées et les sorties mécaniques ont été conçues d’une manière
modulaire qui permet la migration facile des applications simples
aux plus complexes. L’unité inclut un contrôleur de bus CAN de
fibre optique qui permet d’utiliser des entrées/sorties distribuées à
travers des modules externes. Les fonctions de protection du F650
incluent la surintensité de phases, neutre, terre, terre sensible, neutre
isolé et séquence inverse, maximum et minimum de fréquence,
maximum et minimum de tension, fonctions directionnelles de
phase, neutre et terre, défaillance du disjoncteur, vérification du
Figure 29 : Relais F650
synchronisme.
Les fonctions de commande incluent un PLC complet avec un afficheur graphique en option.
La combinaison des deux éléments
Protection
Surintensité instantanée de phases, neutre, terre.
terre sensible et neutre isolé (50PH, 50PL, 50N, 50G, 50SG, 50IG).
Contrôle directionnel pour chaque unité (67P, 67N, 67G, 67SG).
Maximum et minimum de fréquence (81U, 81O).
Défaillance du disjoncteur (50BF).
NAHIDI Hassan
71
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Vérification du synchronisme (25).
Interface graphique complètement programmable.
Localisateur des défauts.
Surveillance du circuit de déclenchement.
Enregistrement de 479 événements.
Mesure d’intensité, tension, puissance, facteur de puissance, fréquence Interface de
l’utilisateur.
4.9. Raccordement entre combiné de mesure et armoire de protection :
Le raccordement des appareils de protection au circuit de mesure (combiné de mesure, Tore
ou TT barre) est fait selon la classe de précision du TC.
La protection de chaque travée sera regroupée dans une seul armoire et en va distinguer donc :
Armoire protection travée départ transformateur.
Armoire protection travée couplage.
Armoire protection travée départ câble.
Départ transformateur 60kv/10kv
TPS
TPI
UFM
SIPROTECT
7SA52
F650
Signalisation
Point test
Figure 30 : Câblage armoire de protection départ transformateur
NAHIDI Hassan
72
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 14 : Nombre de TC et TT occupé par un départ transformateur.
Relais
UFM
MD32-T
P120
Circuit courant TC
Circuit tension TT
—
—
Le relais UFM possède deux entrées :
Circuit courant 3 TC pour les trois phases.
Circuit tension 3TT pour les trois phases.
C’est un relais polyvalent qui contient plusieurs fonctions de protection ainsi il contient des
cases mémoires (codé sur 8 ou 16 bit) où il stocke la valeur instantanée de courant, tension,
fréquence et la puissance (active et réactive) afin de les transmettre au automate
programmable, le ModBus est le mode de transmission qui sera utilisé par la suite.
Travée couplage JDB
Unité de traitement
7SS52
COUPLAGE
Module
7SS523
Départ poste
Départ Transfo
Figure 31 : Câblage de protection jeu de barres
Chaque module 7SS523 est installé sur chaque travée possède une entrée courant qui
donne une image de courant qui circule à travers la travée.
Le 7SS523 possède des TC configurable pour que le module de traitement 7SS52 puisse voir
le même niveau de courant .au contraire chez la protection analogique TMAR : l’adaptation
de niveaux de tension est réalisée à l’aide de TC de rattrapage.
En effet les combinés de mesure de départ transformateur on un rapport de transformation
200/5 A et les combinés de mesure d’un départ poste ont un rapport de 600/5 A donc pour
ramener au même niveau les intensités de courant vues par le relais TMAR on doit
NAHIDI Hassan
73
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
multiplier le rapport 200/5 par 3 qui égale a 15/5 c’est le rapport du transformateur du
courant de rattrapage.
Travée Départ câble
TPS
TPI
UFM
SIPROTECT
7SA52
F650
Signalisation
Point test
Figure 32 : Câblage armoire de protection départ câble
NAHIDI Hassan
74
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Chapitre
IV
Le nombre des API pour la supervision de la boucle
IV.1. Les module E/S.
IV.2. Les modules de communication et architecture.
IV.3. Etude technico-économique.
Nous allons présenter dans ce chapitre les quantités des modules d’automate programmable :
Module d’entré sortie (E/S).
Module de communication et câble de connexion.
Module de traitement.
On abordera l’architecture retenue pour la communication entre les automates et le mode de
transmission de donnée de l’automate vers salle de contrôle et commande.
Et la fin du présent chapitre sera consacrée à une étude technico-économique pour dégager
l’investissement nécessaire et la rentabilité de notre projet.
NAHIDI Hassan
75
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
1.Les module E/S
1.1. Introduction :
Les automates existant sur le marché sont de deux types monobloc et modulaire, dans notre
projet on va utiliser le type modulaire qui permet un dépannage rapide et une plus grande
flexibilité de plus ils sont adaptables à toutes situations. Selon le besoin, des modules
d’entrées/sorties numériques sont disponibles en plus de modules de communication entre les
différents réseaux de l’entreprise :
Réseaux terrains.
Réseaux ateliers.
Réseaux entreprises.
Le schéma suivant montre la structure de réseaux dans un organisme ainsi l’interaction entre
les différents réseaux
Réseaux Entreprise (Internet, Intranet…)
Poste de supervision
Réseaux Atelier (Ehernet,ControlNet…)
Réseaux Terrain (ModBus,ProfiBus,ASI…)
Relais
numérique
Module E/S
Actionneurs
Equipement
HT
Capteur
Opérateur
Figure 33 : Le schéma de communication entre les différents réseaux d’un organisme
Le choix des modules de communication dépend seulement de la nature de communication
Ethernet, ControlNet et ModBus.
Les modules de traitement ou les CPU qui sont caractérisés par la fréquence d’émission et
réception de l’information et de sa mémoire vives (RAM).
La détermination des modules de communication et des modules de traitement est basée sur le
calcul de module de sortie et d’entrée.
Le magasin OCP est autonome c'est-à-dire qu’il a son propre matériel électrique, mécanique
et informatique (pièce de rechange et de réserve).
Pour le matériel d’automatisation on trouve que les marque Allen-Bradly (les catégories
Mictrologix et Controllogix).
NAHIDI Hassan
76
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
La technologie des Mictrologix est dépassée ainsi ils sont limités en utilisation, au contraire
pour la plate forme controllogix.
Controllogix est une plate-forme haute performance modulaire adaptée au contrôle séquentiel.
Elle permet de combiner des processeurs, des réseaux et des E/S sans limites. Pour faciliter
l’évolution du système en utilise le ControlNet pour distribuer le contrôle vers des châssis
supplémentaires et vers d’autres plates-formes controllogix.
La plate-forme de contrôle Controllogix est :
Simple. Elle s’intègre facilement aux systèmes PLC existants. Les utilisateurs de
réseaux existants peuvent envoyer ou recevoir des messages à partir des automates
programmables sur d’autres réseaux de façon transparente.
Rapide. Elle peut faire des transferts rapides de données via le fond de panier du
châssis, les catégories Controllogix fournies une plate-forme de contrôle rapide.
Industrielle. Ses composants matériels résistent aux vibrations, aux températures
extrêmes et aux parasites électriques des environnements industriels difficiles.
Modulaire. Elle permet de concevoir, de construire et de modifier le système de façon
efficace, en faisant des économies de formation technique.
Le système Controllogix est programmé par blocs fonctions et logique à relais. Les autres
composants clé du système Controllogix comprennent :
Les E/S 1756 Controllogix (voir annexe), une large gamme de modules d’E/S fiables
avec auto diagnostics, qui peuvent être insérés ou retirés du système de contrôle sans
avoir mettre l’automate hors tension ou à interrompre le procédé commandé.
La passerelle Controllogix Gateway, qui permet aux utilisateurs de relier et
d’acheminer les données de contrôle et d’informations sans automate programmable.
1.2. Module de sortie :
Les équipements déjà décrits précédemment ont soit une commande électrique comme les
disjonteurs et les régleurs en charge,soit une commande manuelle tel que le sectionneur.la
supervision ne tient compte que des équipements qui ont une commande électrique car elle
permet une commande à distance .
Pour déterminer le nombre de module de sortie il suffit de calculer le nombre de disjoncteur
et le nombre de régleur en chargre installé à chaque poste ,ceci sera l’objectif du paragraphe
suivant.
Pour les transformateurs 60kv/10kv la commande va concérner le disjoncteur amont(coté HT)
et aval (coté MT).
Tableau 15 : Liste des équipements a commandé à distance de la boucle.
PJ0
PJ1
PJ2
PJ3
PJ5
nombre disjoncteur D
7
8
6
6
10
nombre de transformateur (HT/MT)
1
3
2
2
7
commande disjoncteur
14
16
12
12
20
commande regleur en charger
2
6
4
4
14
TOTAL STOR
16
22
16
16
34
Poste
NAHIDI Hassan
77
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Le module de sortie utilisé est un module de allen bradly serie 1756-OW161 qui contient 16
sortie isolées.Ce module a les caractéristiques suivant :
Tension nominal d’entrée activée 125v.
Temporisation de la sortie 10 ms.
Consommation maximale 4,5 W.
On va utiliser que onze sorties par module et laisser les autres sorties réserves.
Le nombre de module 1756-OW16 va être déterminé par la formule suivante :
Nombre de module de sortie = Total STOR / 11.
Le calcul de module de sortie nécessaire pour la supervision de la boucle 60kv est regroupé
dans le tableau suivant :
Tableau 16 : Nombre total de module de sortie 1756-OW161.
Poste
MODULE DE SORTIE
1756-OW161
PJ0
PJ1
PJ2
PJ3
PJ5
TOTAL
2
2
2
2
3
11
1.3. Module d’entrée :
Le nombre de module d’entrée d’un automate dépend de la nature des informations soit
analogiques (température, vitesse, pression, débit) ou numériques (tout ou rien : détecteur de
proximité, état de fin de course, détecteur de niveaux).
Dans ce projet les entrées qui seront utilisés sont de nature numérique .il présente en général
les états des équipements déjà décrit.
Pour que les modules soient indépendants, on va spécifier pour chaque travée le nombre de
module nécessaire.
En effet en cas de défaut sur un module d’entrée seule la travée associée à ce module qui sera
hors service de contrôle commande.
Travée départ poste OCP :
Tableau 17 : Entré TOR d’une travée départ poste OCP.
Appareil ou etat
Nombre de contact
disjoncteur ouvert/fermé
2
sectionneur ouvert /fermé
6
défaut interne disjoncteur
3
défaut appareil protection Chien de Gagde
4
declenchement d'appareil de protection
2
enclenchement appareil protection
3
mode commande distant /locale
1
CR- TT (sectionneur porte fusible)
2
Courte circuiteure TC
3
TOTAL ETOR
22
NAHIDI Hassan
78
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Travée départ Transformateur HT/MT
Tableau 18 : Entré TOR d’une travée départ transformateur 60kv/10kv.
Défaut ou etat
Nombe de contact
disjoncteur ouverte/fermé
2
sectionneur ouverte/fermé
6
défaut interne disjoncteur
3
défaut relais bucholz
2
défaut thérmostat transormateur
2
défaut appareil protection Chien de Garde
4
enclenchement appareil protection
2
ordre declenchement appareil protection
3
Arret circulation huile
1
Régleur en charge
2
mode commande distant /locale
1
sectionneur porte fusible TT
3
Courte circuiteur TC
6
37
TOTAL ETOR
Travée départ poste ONE
Tableau 19 : Entré TOR d’une travée départ poste ONE.
Défaut ou etat
Nombre de contact
disjoncteur ouverte/fermé
2
sectionneur ouverte/fermé
6
défaut interne disjoncteur
3
Automate Reprise Service ARS
6
défaut appareil protection Chien de Garde
4
Défaut entre phase ou phase/terre 1,2,3 stade
8
ordre declenchement appareil de protection
1
mode commande distant /locale
1
sectionneur porte fusible TT
2
Courte circuiteur TC
3
TOTAL ETOR
36
NAHIDI Hassan
79
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Travée couplage jeu de barre
Tableau 20 : Entré TOR d’une travée départ poste OCP.
Nombre de contact
Défaut ou etat
disjoncteur ouverte/fermé
2
sectionneur ouverte/fermé
4
défaut interne disjoncteur
3
défaut appareil protection Chien de Garde
1
ordre declenchement appareil de protection
1
mode commande distant /locale
1
Courte circuiteur TC
2
TOTAL ETOR
13
Les modules d’entrée disponible sont des modules tout ou rien à 16 entrés de la famille
controllogix 1756-IH161, ce module a les caractéristiques suivantes :
Tension nominal d’entrée activée 125v.
Temporisation de l'entrée 6 ms.
Consommation maximale 5 W.
On va utiliser que 11 entrées par module et les autres réserves.
Pour trouver le nombre de module de chaque travée on utilise la formule suivante :
Nombre de module d’entrée = Total ETOR / 11.
Le calcule de module d’entrée nécessaire pour la supervision de la boucle 60kv est regroupé
dans le tableau suivant :
Tableau 21 : Le nombre total de module d’entrée 1756-IH161.
POSTE
TOTAL
Carte entrée TOR
1756- IH 161
PJ0
PJ1
PJ2
PJ3
PJ5
33
18
14
14
36
109
2. Les modules de communication et architecture.
Le réseau terrain dépend seulement de nombre de module d’entrée et de sortie et de relais de
protection numérique.
Deux types de communication vont se présenter dans le réseau terrain des postes PJ :
ModBus (entre les relais numériques et l’automate).
Directe par câble (entre les équipements HT et l’automate programmable).
2.1. Le protocole ModBus :
Le protocole ModBus est un protocole maître/esclave utilisé principalement dans le milieu
industriel fonctionnant sous forme de requête. Le maître pose une question à l’esclave et ce
dernier lui répond.
NAHIDI Hassan
80
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Pour distinguer un équipement esclave d’un autre, on attribue une adresse à chaque abonné
qui est indépendant de son emplacement physique. Les adresses vont de 1 à 64 et ne doivent
pas obligatoirement être attribuées de manière séquentielle. .
Les spécifications techniques des modules MODBUS.
Communication :
19,2 kb/s, 8 bits de données, 1 bit de stop, aucun bit de parité.
Types de liaisons :
RS232C. RS485.
Les relais numériques UFM et F650 permettent le calcul de l’énergie active et réactive, on
va récupérer la valeur de l’énergie à partir de la valeur stockée dans le registre du relais.
En effet le relais stocke la valeur de l’énergie qui est codé sur huit bits dans un tableau (base
de donnés), a chaque ligne du tableau est attribuée une adresse hexadécimal qu’on trouve sur
la notice (voir annexe) du relais par exemple pour le relais UFM :
Tableau 22 : L’adresse de la valeur de l’énergie dans le registre de relais UFM
Liste de compteur d’énergie
<+kWh> (Energie Active Débité.)
<-kWh> (Energie Active Reçue.)
<+kRh> (Energie Réactive Débité.)
<-kRh> (Energie Réactive Reçue.)
Adresse hexadécimal
0x1600
0x1602
0x1604
0x1606
Le schéma suivant présente le raccordement entre les équipements, les relais numériques et
les modules 1756-OW161 et 1756-IH161.
Réseaux Atelier
Carte
ModBus
1756-IH161
1756-OW161
Modbus
Entrée TOR
Sortie TOR
Carte
ControlNet
Armoire
de
protection
Salle HT
Figure 34 : Architecture de raccordement des API au réseau terrain.
NAHIDI Hassan
81
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
La carte d’acquisition des données par communication ModBus est un produit de la famille
controllogix série 1756-MVI.
Le module 1756-MVI d'interface multi protocole fournit un accès supplémentaire aux
équipements séries. Il est programmable pour permettre son utilisation avec des équipements
avec des protocoles séries uniques.
La communication entre les réseaux terrain et le réseau atelier est une communication
ControlNet.
Le réseau atelier (la salle de contrôle et de commande) est constitué des automates
(microprocesseur) Controllogix et les PC (Versa View) de supervision.
Le système de traitement fonctionne en redondance : deux automates seront connectés en
parallèle en cas de panne ou l’entretient de l’une l’autre prendre le relève.
On va distinguer deux protocoles de communication au niveau de réseau atelier :
Réseaux ControlNet (entre réseau terrain et réseaux atelier).
Réseaux EtherNet (entre le châssis principal, le châssis redondant et le PC).
2.2. Le protocole ControlNet :
ControlNet est un système de communication industriel qui échange des données de façon
déterminée et prévisible dans le temps. Un réseau ControlNet est Caractérisé par
Plusieurs contrôleurs raccordés sur le même réseau.
Communication point à point entre les contrôleurs.
Chacun des contrôleurs est propriétaires de ses composantes.
Capacité de télécharger des programmes, de Supervisé des composantes et leurs
paramètres.
C’est un protocole de communication puissant il a été choisi sur la base de ses avantages :
Échange à haute vitesse 5 Mbits :
Rafraîchissement des E/S plus rapide.
Communication inter automate très rapide.
Réseau performant :
Déterministe.
Répétitif - le réseau peut être configuré pour offrir les performances requises pour
une application donnée.
Installation flexible :
Installation flexible des unités.
Redondance : une liaison de secours est installé peut remplacer la liaison
principale.
99 adresses sur un même segment.
Une architecture moins dense, moins lourde.
2.3. Le protocole EtherNet :
Le premier réseau Ethernet fut conçu au milieu des années 1970 par Robert Metcalfe et son
assistant David Boggs. Le débit original était de 2,94 Mb Ps. Jusqu'au début des années 1990,
Ethernet n'était qu'une technologie parmi d'autres bien d'autres (Token Ring et ATM) La
technologie Ethernet a conquis depuis la majeure partie du marché. Cela grâce aux points
suivants :
Première technologie haut débit grand public.
Les autres technologies sont sensiblement plus complexes.
Il est possible de connecter ou retirer une machine du réseau sans perturber le
fonctionnement de l'ensemble.
NAHIDI Hassan
82
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Un coût de l'équipement beaucoup plus faible que ses technologies concurrentes.
De plus, Ethernet paraît être en bonne position pour conserver son statut de technologie
prédominante pendant encore de nombreuses années.
La technologie Ethernet se décline dans de nombreuses variantes tel que :
Deux topologies différentes qui sont bus et étoile
Multi supports permettant d'être capable de faire usage de câbles coaxiaux, de fils
en cuivre à paires torsadées ou de fibres optiques.
Offre d'une large gamme de débit avec 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps et 10 Gbps.
L'Ethernet est basé sur un principe de dialogue sans connexion et donc sans fiabilité. Les
trames sont envoyées par l'adaptateur sans aucune procédure. Le service sans connexion
d'Ethernet est également non fiable, ce qui signifie qu'aucun acquittement, positif ou négatif,
n'est émit lorsqu'une trame passe le contrôle de redondance cyclique (CRC) avec succès ou
lorsque celle-ci échoue. Cette absence de fiabilité constitue sans doute la clé de la simplicité
et des coûts modérés des systèmes EtherNet.
Le Protocole EtherNet est facile à réaliser et non coûteux mais aussi non fiable son utilisation
entre le châssis principale et le châssis redondant et le PC de supervision est justifier par le
faite que le taux de panne d’un châssis est presque nulle et que la prise de relève du châssis
redondant est en général ce fait manuellement (en cas de maintenance du châssis principale).
La synchronisation et la communication entre les deux châssis (principale et redondant) sont
assurées par le module 1757-SRM, c’est un module qui assure le transfert de programme du
module redondant au module principal en cas de défaillance de ce dernier.
Le Control Net est un réseau performant et déterministe et donc fiable ceci justifie son choix
pour la communication entre le réseau terrain et le réseau atelier car les informations et les
états des équipements doit être communiqués à l’unité de traitement catégorie Controllogix
série 1756-L61 (voir annexe).
Le Protocole EtherNet est utilisé pour la communication au niveau de réseau atelier entre :
Châssis principal et châssis redondant.
PC de supervision et le châssis principal.
C’est une communication en étoile donc un message envoyé du châssis principal vers le PC
de supervision ne doit pas circuler vers le châssis redondant, donc l’installation d’un Switch
pour la gestion de collision de donner est primordiale.
Lorsqu’un paquet arrive sur l’un des ports d’un Switch, il ne le retransmettra que sur le port
auquel est connecté (directement ou indirectement) le destinataire. Il n’ira donc pas polluer les
autres segments avec ce paquet.
Le fonctionnement interne d’un Switch est le suivant : un paquet, fragment d’une trame,
arrive dans le Switch. Il est mis en mémoire tampon. L’adresse MAC du paquet est lue et
comparée à la liste des adresses MAC connues par le Switch, et gardée dans sa mémoire.
ALLEN BRADLY offre toute une gamme de module pour assurer la communication
(ControlNet et EtherNet), le tableau suivant regroupe le matériel choisi pour la
communication du réseau atelier selon le guide de sélection des modules de ALLEN
BRADLY :
NAHIDI Hassan
83
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 23 : Choix des modules de communication d’Allen Bradly.
Réseau
ControlNet
Critère de choix
Module
le transfert à grande vitesse de données à temps 1756-CNB
critique entre automates et dispositifs d'E/S.
l'envoi déterministe et répétitif des données.
1756-CNBR
un câblage redondant.
un système d’automate redondant.
EtherNet
la collecte de données et la commande sur un 1756-ENBT
réseau unique à grande vitesse.
1756-EWEB
l'envoi régulier de données.
Le module EtherNet est caractérisé par :
Deux Vitesse de communication 10 et 100 Mb/s.
Chaque module accepte au maximum :
64 connexions TCP/IP.
5000 messages/seconde.
Consommation maximale 3,65 W.
L’unité de traitement Controllogix série 1756-L61 est caractérisé par :
Mémoire application disponible 1756-L61 2048 Ko, soit 2 Mo.
Consommation maximal 3, 5 W.
Dissipation thermique maximale 3,5 W.
2.4. Architecture de communication entre API :
Pour relier les diverses entités d'un réseau, plusieurs supports physiques de transmission de
données peuvent être utilisés. Une de ces possibilités est l'utilisation de câbles. Il existe de
nombreux types de câbles, mais on distingue généralement :
Le câble de type coaxial.
La double paire torsadée .
La fibre optique.
Pour notre projet les câbles et les accessoires qui seront utilisés pour le raccordement entre les
différents réseaux sont :
Cable coaxial Control Net RG-6.
Résistance de terminaison 1786-XT.
Raccord droit 1786-TPR.
Câble 1757-SRC.
La figure suivante présente l’architecture de communication entre le châssis principal, châssis
redondant et le PC de supervision au niveau de réseaux Atelier :
NAHIDI Hassan
84
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Switch
Ethernet
Liaison Ethernet en Cuivre
Redondance Switch
API 1
ControlLogix
1756-ENBT
API2
ControlLogix
1756-CNBR
ControlNet
1786-XT
Module E/S
Figure 35 : Architecture de communication entre les API d’un poste
2.5. Châssis A7, A13 et carte d’alimentation 1756-PA75 :
Le châssis abrite le processeur et les modules d'E/S. il y a quatre tailles de châssis : 4
emplacements, 7 emplacements, 10 emplacements et 13 emplacements.
Chaque châssis doit disposer d'une carte d’alimentation dans notre projet l’alimentation
choisie et de type 1756-PA75. Le montage de l'alimentation se fait sur la coté gauche du
châssis. Le premier emplacement est réserve au module 1756-L61 dans le cas de châssis
principal et le châssis redondant ou au module de communication 1756-CNBR ou 1756ENBT.
La simplicité d’insertion des composants dans le châssis en suivant les guides prévus a cet
effet. Aucun outil n'est nécessaire pour insérer ou retirer le processeur ou les modules d'E/S.
Il y a la possibilité de raccorder plusieurs châssis entre eux pour former un système.
Les châssis qui seront utilisé pour ce projet sont :
Châssis A7 pour le module principal et redondant.
Châssis A13 pour le module E/S.
Chaque poste est caractérisé par un nombre d’entrée et de sortie bien déterminée qui va
déterminer le nombre de châssis à choisir, ainsi que le module de traitement et de
communication soit entre les différents réseaux ou avec le châssis principale et le châssis
redondant.
Le tableau suivant expose les quantités totales de châssis et accessoire à installer pour la
supervision de la boucle 60kv –Allen Bradley- :
NAHIDI Hassan
85
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 24 : Quantité des modules Controllogix pour la supervision de la boucle 60 kv.
Quantité
Désignation
PJ0
PJ1
PJ2
PJ3
PJ5
TOTAL
1757-SRC
4
2
2
33
2
1
2
6
6
2
2
2
4
12
2
2
2
2
18
2
1
2
4
4
1
2
2
4
8
2
2
2
2
14
2
1
2
4
4
1
2
2
4
8
2
2
2
2
14
2
1
2
4
4
1
2
2
4
8
2
4
2
2
36
3
1
2
6
6
2
2
2
4
8
2
14
10
10
115
11
5
10
24
24
7
10
10
20
44
10
SW ITCH 3 COM
2
2
2
2
2
10
1756-A13
1756-L61
1757-SRM
1756-IH161
1756-OW16
1756-MVI
1756-A7
1756-PA75
1756-CNBR
1756-SYNC
1756-ENBT
1786-RG6
1786-XT
1786-TPR
Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons pu faire une étude critique des fonctions de protection, afin de
montrer les défaillances que présente le système de protection analogique, la solution était le
remplacement de ses relais par des relais numériques, et pour remède aux problèmes de
comptage et de commande à distance on a choisit la supervision de la boucle 60kv comme
solution.
Après on a déterminé le nombre de relais numériques ainsi que les modules d’Allen Bradley,
pour étudier la rentabilité de notre projet on va faire une étude technico économique qui sera
le but du paragraphe suivant.
3. Etude technico économique
3.1. Apport de la solution :
L’évaluation économique reste la phase la plus délicate dans l’élaboration d’un projet. En
effet, le choix des équipements et des installations, se base sur des critères technicoéconomiques très précis. Ces critères doivent prendre en compte entre autres, la complexité de
la configuration, la dépendance vis-à-vis des fournisseurs et bien sûr, le facteur coût.
Le recours à l’automatisation et à la supervision de la boucle 60kv, va générer un gain
considérable, si l’amortissement de l’investissement y afférent a été réalisé sur une période
n’ayant pas excédé un exercice.
NAHIDI Hassan
86
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
L’automatisation de la boucle haute tension de Maroc Phosphore va présenter plusieurs avantage
du point de vue production et continuité de service :
Une augmentation de la productivité.
Une réduction des arrêts électriques.
Diffusion des informations fiables, en temps réel, partagées sur le réseau OCP.
3.2. Coûts et étapes de l’investissement :
Automatisation :
L’étude critique des fonctions de protection de la boucle 60kv consiste à remplacer les
relais de protection analogique par des relais de protection numérique et l’installation des
automates programmables de type ALLEN BRADLY pour la supervision de la boucle haute
tension.
Reste à faire une étude comparative (estimation) de l’état de la boucle 60kv avant et après
l’automatisation.
Situation de la machine avant l’automatisation :
Le tableau suivant donne le bilan des heures d’arrêt durant un an :
Tableau 25 : Bilan des heures d’arrêt 2009/2010
Mois
D’après le tableau ci-dessus, les heures
d’arrêts électriques (de production) de la
boucle 60 kV pendant toute l’année
reviennent à 16heures/an.
Vu le taux horaire de production de l’acide
phosphorique et les engrais est estimé à
300KDH/heure de la marche normale, le
complexe Maroc Phosphore aura un manque
à gagner évalué à 4,8MDH/an.
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
décembre
Janvier
Février
Mars
Avril
Total
durée d'arrêt
(d’origine électrique)
360 min
15 min
17 min
45 min
280 min
65 min
23 min
63 min
17 min
20 min
15 min
40 min
960 min = 16 Heures
Situation de la machine après l’automatisation :
La solution décrite précédemment contient deux étapes :
Remplacement des relais analogiques par des relais numériques.
Installation des automates Allen Bradley pour la supervision de la boucle haute
tension.
Le coût total des relais numériques est représenté dans le tableau ci-dessous :
NAHIDI Hassan
87
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 26 : Coût de relais numérique.
Désignation
Prix
UFM
PU /HT
30500
QA
30
PT/HT
915000
PT/TTC
1098000
SIPROTEC 7SD52
35770
13
465010
558012
SIPROTEC 7SD63
38000
3
114000
136800
F650
42600
14
596400
715680
7SS23
42000
5
210000
252000
MD32-T
30000
15
450000
540000
P120
31000
15
465000
558000
1
3
50000
129000
60000
154800
4073292
P922
MICOM P422
50000
43000
PRIX TOTAL (en DH)
En plus du coût d’acquisition, nous prévoyons un coût d’installation qui représente le coût de la
main d’œuvre évalué à 1MDH.
Pour la partie d’automatisation, elle contient deux parties :
Partie logiciel : produit de Rockwell, RSlogix, RSlinks, RSview SE
Partie matérielle (automate, châssis module E/S, communication et alimentation)
Partie logicielle
Les logiciels de supervision sont des produits de Rockwell, ils ne sont pas gratuits et leur
utilisation nécessite une activation de licence.
Nous prévoyons le coût de licence d’utilisation du logiciel ainsi que la formation du personnel
a l’utilisation et l’exploitation de l’outil graphique de supervision 100KDH
Partie matérielle
L’automate choisi est de type ALLEN BRADLEY Controllogix, c’est une automate modulaire,
on distingue plusieurs module :
Module de traitement microprocesseur.
Module d’entrée tout ou rien.
Module de sortie tout ou rien.
Module de communication entre automate principale et automate redondant
Module de communication Ethernet.
Module de communication Control Net.
Module de communication ModBus.
Module d’alimentation du châssis.
La désignation, la quantité des modules et les accessoires utilisés et les prix sont regroupés dans
le tableau suivant :
NAHIDI Hassan
88
Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Tableau 27 : Prix Total des modules API pour la supervision de la boucle 60kv.
Désignation
1756-A13
1756-L61
1757-SRM
1756-IH161
1756-OW16
1756-MVI
1756-A7
1756-PA75
1756-CNBR
1756-SYNC
1756-ENBT
1786-RG6
1786-XT
1786-TPR
1757-SRC
SWITCH 3COM
PRIX
Quantité
PU
PT
14
10
10
115
11
5
10
24
24
7
20000
9430,12
34708,38
5390,35
5121,6
12563,31
12563,31
1570,4
14450,26
6010,32
280000
94301,2
347083,8
619890,25
56337,6
62816,55
125633,1
37689,6
346806,24
42072,24
10
10
20
44
10
10346,12
19,776
41,484
1328
154
103461,2
197,76
829,68
58432
1540
1234,34
12343,4
2095133,42
10
TOTAL (en DH)
Nous prévoyons également un coût d’installation et de mise en œuvre de ce matériel évalué à
500KDH.
3.3. Rentabilité du projet :
Les calculs de la rentabilité constituent une étape importante dans le processus d’étude de la
faisabilité économique d’un projet. Ils ont pour objet d’évaluer la performance financière attendue
d’un investissement. Ils consistent donc à calculer la période de remboursement qui n’est autre
que le nombre d’années nécessaires pour récupérer le montant des capitaux investis dans le projet
en question.
Afin d’évaluer la rentabilité de l’investissement, nous avons calculé le temps de retour sur
l’investissement TRI :
TRI = Coût global d’investissement /Gain annuel global
= 7768425DH / 4800000 DH.
= 20 mois.
On peut conclure que ce projet est rentable puisque le gain est important et la durée du retour
d’investissement est courte.
3.4 Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons esquissé une étude économique globale pour évaluer la rentabilité
des investissements à engager dans la solution proposée. Nous avons commencé par présenter les
apports techniques et économiques de la solution qui sont stratégiquement importants mais très
difficiles à chiffrer. Nous avons détaillé notre étude économique globale en avançant les capitaux
à engager dans le projet. Ainsi nous avons pu montrer la rentabilité de notre projet par le calcul de
la durée du retour d’investissement qui était courte.
NAHIDI Hassan
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Conclusion générale :
Le travail présenté dans ce projet de fin d’études porte sur la mise en œuvre d’un système
permettant le contrôle et la supervision de la boucle haute tension de Maroc Phosphore.
Ce travail a été mené en quatre phases :
La première phase consistait à réaliser une étude critique des fonctions de protection
analogique existant afin de mettre en accent la nécessité de migration vers un système plus
performant.
La deuxième phase a porté sur l’étude de matériel de nouvelle technologie des relais
numériques, pour cerner les atouts des matériels et logiciels et les points forts de cette
technologie qui permet une intégration commode et simple dans l’architecture de contrôle
commande cible. Nous étions donc amenés à faire une analyse des caractéristiques du
matériel adopté et une exploration de son mode de configuration.
La troisième phase a été consacrée à l’établissement de l’architecture de contrôle commande
cible à instaurer dans les poste PJ de la boucle 60kv qui a pour objectif d’assurer une
automatisation et une surveillance locale de la boucle.
La quatrième phase, quant à elle, a été dédiée à la réalisation d’une étude technicoéconomique afin d’analyser la rentabilité du projet et son apport financier.
Le travail que nous avons réalisé durant ce projet de fin d’études répond aux exigences
fonctionnelles et qualitatives tracées par les responsables de l’OCP à savoir l’analyse des
évolutions technologiques en matière de contrôle numérique et d’instrumentation en vue de
proposer des solutions d’amélioration de la gestion de production et de la gestion de
maintenance.
Au terme de ce travail, je peux confirmer que ce projet m’a été d’un grand apport. En effet, il
m’a permis d’approfondir mes connaissances techniques et d’appliquer divers concepts
technologiques en matière d’électrotechnique et d’automatique. De plus, j’ai eu l’occasion de
maîtriser de nouveaux concepts.
Il m’a également offert l’opportunité de découvrir l’environnement industriel et les conditions
de travail de l’ingénieur. Il a constitué en ce sens une expérience très riche aussi bien au
niveau technique qu’au niveau relationnel.
NAHIDI Hassan
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Bibliographie
[ ] M.BELFQIH « Cours de réseaux électrique »ENSEM 2009.
[ ] M.SOULAMI « Cours de commande et de supervision » ENSEM 2009.
[ ] M.ERRAMI « Cours transmission de donné et réseaux » ENSEM2009.
[] Patrick LAGONOTTE « Les installations électriques » Edition : HERMES
Science Publication, Paris, 2000.
[ ] Documentation OCP d’El Jadida.
[ ] Livre « MEMOTECH d’électrotechnique ».
[ ] Documents constructeur MicroEner.
[ ] Documents constructeur Allen Bradley.
[ ] Livre de Legrand « Guide des installations électrique ».
[ ] Documents EDF « Protection et surveillance des réseaux de transport
D’énergie électrique ».
[ ] André SASTRE cahier technique de Merlin Gerin – CT n° 175.
[ ] Documents constructeur Allen Bradley.
[ ] Eyrolles « L'installation électrique ».
Documentation numérique :
[] www.techniques-ingenieurs.fr
[] www.scribd.com
[] www.siemens.com
[] www.ab.com
[] www.software.rockwell.com
[] www.wikipedia.org
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Etude critique des protections hautes tension – supervision de la boucle 60Kv
Annexes
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