rapportdupfe-180920190206

‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬
Ministère de l'Enseignement S upérieur et
la Recherche S cientifique
‫المدرسة العليا المتعددة التقنيات‬
Ecole S upérieure Polytechnique
‫الجمهورية اإلسالمية الموريتانية‬
République Islamique de Mauritanie
‫ عدل‬-‫شرف– إخاء‬
Honneur-Fraternité-Justice
Projet de fin d’étude
Présenté par l’élève-ingénieur
Limam Limam
Pour l’obtention du titre :
Ingénieur d’Etat en génie électrique
Année Universitaire 2017-2018
Stabilité du réseau électrique
Organisme d’accueil : SNIM
Encadrants :
Encadrant interne : Docteur Lemrabott Habiboullah
Encadrant externe : Ingénieur Isselmou Mohamed Elmoctar
Jury :
Président :
Ingénieur Mohamed Lemine Mohamed Saleh
Examinateur : Docteur Mohamed H’meide
Remerciements
J
e tiens à remercier ici l’ensemble des personnes qui ont contribué à
l’élaboration de ce travail et au plaisir que j’ai pris à e ffe c tue r ce projet au
sein de la société nationale industrielle et minière.
Je remercie tous les enseignants de l’école supérieure polytechnique pour leurs
intenses efforts en vue de redorer l’image de marque de l’enseignement supérieur de
la Mauritanie.
i
Dédicaces
A mon ami intime…
ii
Glossaire des acronymes
SNIM
ARMICO
MIFERMA
PFE
Société Nationale Industrielle & Minière
Arabe Mining Company
Société de Mine de Fer de Mauritanie
Projet de Fin d’Etude
SEPAM
Système électrique de protection
automatique et mesure
Automatic Voltage Regulator
Ecole Supérieure Polytechnique
Produit intérieur brut
Réseau de distribution basse tension
Nouadhibou
Down Time
AVR
ESP
PIB
BT
NDB
DT
iii
Sommaire
Remerciements.......................................................................................................................... i
Dédicaces..................................................................................................................................... ii
Glossaire des acronymes....................................................................................................... iii
Sommaire ................................................................................................................................. iv
‫ ملخص‬........................................................................................................................................... vi
Résumé .................................................................................................................................... vii
Abstract .................................................................................................................................. viii
Liste des figures ...................................................................................................................... ix
Liste des tableaux .................................................................................................................... x
Introduction Générale .............................................................................................................. 1
I.
Chapitre1 : Présentation générale .................................................................................. 2
I.1.Introduction ...................................................................................................................... 2
I.2. Présentation de la société d’accueil ............................................................................ 2
I.3. Présentation du Département Port..............................................................................10
I.4. Centrale électrique ........................................................................................................12
I.5. Culbuteur I......................................................................................................................15
I.6. Problématique ................................................................................................................16
I.7. Conclusion .....................................................................................................................16
II.
Chapitre 2 : Etude Théorique..........................................................................................17
II.1. Introduction ...................................................................................................................17
II.2. Le fusible .......................................................................................................................17
II.3. Régulateur de tension..................................................................................................25
II.4. Régulateur de fréquence .............................................................................................26
II.5. SEPAM ...........................................................................................................................28
II.6. Variateur de vitesse......................................................................................................29
II.7. Conclusion ....................................................................................................................30
III. Chapitre3 : Stabilité du réseau électrique de la manutention port ............................31
III.1. Introduction ..................................................................................................................31
III.2. Définir............................................................................................................................32
III.2.1. Qualité de la tension : .............................................................................................33
III.2.2. Dégradation de la qualité de la tension : ................................................................33
III.2.3. Variation ou fluctuation de la fréquence : ...............................................................34
III.2.4. Fluctuation de tension (flicker) ................................................................................34
iv
III.2.5. Chutes de tension ...................................................................................................35
III.2.6. Tension et/ou courant transitoire ............................................................................35
III.2.7. Déséquilibre de tension (généralement au niveau de la charge) ..........................36
III.2.8. Perturbations harmoniques et inter harmoniques ..................................................36
III.3. Mesurer.........................................................................................................................38
III.4. Analyser........................................................................................................................39
II.5. Conclusion ....................................................................................................................42
Conclusion Générale ..............................................................................................................43
Bibliographie............................................................................................................................44
v
‫ملخص‬
‫إن دراسة الشبكة الكهربائية يمثل أهمية كبيرة في إستغالل الشبكة الكهربائية‪.‬‬
‫الهدف من هذا المشروع كان تحسين استقرار شبكة الكهربائية لميناء انواذيبو المعدني عند تعرضه الضطرابات ما‪.‬‬
‫ومن اجل ذلك‪ ,‬لجأنا إلى تكثيف إعدادت األمن والحماية الخاصة باألجهزة المتوفرة ليكون ذلك عونا كبيرا في اكتشاف‬
‫السبب الرئيسي في اضطراب الشبكة الكهربائية والذي يتمثل جليا في ضعف نظام تماسك الجهد الكهربائي‪.‬‬
‫‪vi‬‬
Résumé
L’analyse de stabilité des réseaux électriques est très importante pour l’exploitation
des réseaux électriques.
Ce projet avait pour objectif, l’amélioration de la stabilité du réseau électrique au
niveau du port minier de Nouadhibou soumis à des perturbations.
Pour ce faire, on recourt à améliorer la protection et les réglages de sécurité au
niveau des équipements ce qui nous a été d’une grande utilité vu qu’il nous a permis
de détecter la source de perturbation et c’est au niveau de la régulation de tension.
vii
Abstract
Power system stability analysis is very important for the operation of electricity
networks.
This project aims to improve the stability of the fault power system of Nouadhibou
mining port.
To do this, we resort to improve the protection and the safety settings at the
equipment level which was valuable since it allowed us to detect the source of
disturbance and it is at the level of the voltage regulation.
viii
Liste des figures
Figure 1 - Carte graphique de la SNIM
Figure 2 - Les actionnaires de la SNIM avec leurs pourcentages
Figure 3 - La mine de TAZADIT au début de l’exploitation
Figure 4 - chemin de fer
Figure 5 - Port Nouadhibou
Figure 6-- Organigramme hiérarchique et position d département 700
Figure 7-- structure du dépatement 700
Figure 8 - Groupe électrogène
Figure 9-- Schéma unifilaire 5500V Port Minéralier NDB
Figure 10-- courant et tenion de défaut en schéma TN
Figure 11 -- courant et tension de défaut en schéma TT
Figure 12 – Caractéristique Courant (Temps) pour plusieurs fusibles
Figure 13 - Régulateur de tension
Figure 14 - Régulateur de fréquence
Figure 15 – Schéma de principe de fonctionnement
Figure 16 - Méthode DMAIC
Figure 17 - Variation rapide de la tension.
Figure 18 - Exemple de cas de surtensions transitoires.
Figure 19 - Déséquilibre de tension
Figure 20 - Distorsion provoquée par un seul harmonique (h=5)
Figure 21 - Diagramme d'Ichikawa
ix
3
4
5
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37
41
Liste des tableaux
Tableau 1 - Plaque signalétique d'Alternateur
Tableau 2 - Plaque signalétique d'Alternateur
Tableau 3 - Régalges SEPAM
Tableau 4 - Réglages SEPAM
Tableau 5 - Protection suggérée
14
14
39
39
40
x
Introduction Générale
a stabilité, en matière électrique, tient en l’équilibre de l’énergie produite et celle
L
consommée. Elle est indispensable pour le fonctionnement des équipements
électriques et électroniques et la perturbation du réseau entraîne des problèmes de
sécurité (sur les personnes et les équipements). C’est dans ce cadre que s’inscrit
mon projet. Le projet que j’ai réalisé consiste à améliorer la stabilité du réseau électrique donc
à réduire les effets et les dégâts engendrés par son instabilité à savoir les percussions des
fusibles.
Le premier chapitre sera réservé à la présentation de la société nationale industrielle minière,
de l’état de lieu des installations, du Département Port dans lequel j’ai effectué mon stage
ainsi qu’à la problématique posée.
Le deuxième chapitre présente une étude théorique qui donne les éléments de base pour le
maintien ou perturbation de la stabilité électrique.
Le dernier chapitre sera consacré dans une grande partie aux propositions de solutions,
basées sur la Méthode DMAC. La présentation de l’existant, sera aborder afin de décrire
l’environnement dans lequel, nous nous propositions les solutions.
Limam Limam
1
Génie électrique
2017/2018
I.
Chapitre1 : Présentation générale
I.1.Introduction
Dans ce chapitre, on présente un aperçu sur la société d’accueil, on cite ses actions, son
historique, sa contribution économique et sa localisation.
On se focalise, par la suite, sur le département 700 et finalement on explicite la problématique.
I.2. Présentation de la société d’accueil
La SNIM (Société Nationale Industrielle
et Minière) est une entreprise d’envergure
internationale et intervient dans divers secteurs de l’économie nationale. Elle exploite, depuis
plus d’un demi-siècle, des gisements de minerais de fer, situés au nord de la Mauritanie autour
de la cité minière de Zouerate, dans la Région de Tiris Zemour (voir carte et plan de situation,
ci-dessous).
Les minerais de fer sont acheminés par trains jusqu’au Port minéralier de Nouadhibou situé sur
la Côte Atlantique à 700 km de Zouerate où les « minerais marchands » sont chargés dans des
navires minéraliers pour exportation à l’étranger.
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Génie électrique
2017/2018
Figure 1 - Carte graphique de la SNIM
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3
Génie électrique
2017/2018
Une société mixte :
Figure 2 - Les actionnaires de la SNIM avec leurs pourcentages
Historique :
1963 : Début de la Production à Zouerate
1984 : Démarrage de l’usine de Guelb 1 (enrichissement des minerais magnétiques)
1994 : Démarrage de la mine de M’Haoudat (minerai naturellement riche)
2003 : Démarrage de la manutention TO14 (minerai naturellement riche)
2013: Construction d’un nouveau port
2016: Démarrage de l’usine du Guelb 2
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4
Génie électrique
2017/2018
Figure 3 - La mine de TAZADIT au début de l’exploitation
Ancrage dans le secteur minier :
 Plus de 55 années d’expérience dans le domaine du minerai de fer, 2ème producteur de
minerai de fer Africain
 Partenariat de longue date avec les plus grands sidérurgistes
 Plus de 500 Mt exportées depuis 1963
 Capacité annuelle : 18 Mt
 Une main-d'œuvre expérimentée travaillant dans un environnement difficile
 Expertise reconnue dans différents domaines
 Un système de formation dynamique et adapté
 Certification ISO 9001 (AFAC AFNOR) depuis 2005 et ISO 14001
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Génie électrique
2017/2018
Un acteur économique majeur :
Premier employeur après l’état : 6400 emplois directs
Chiffre d’affaires annuel : $ 745 millions (moyenne sur 3 ans)
Fourniture de services pour les populations locales du Nord
Vecteur de transfert de technologies
Pourvoyeur de compétences nationales
Localisation :
Les opérations minières ont lieu dans la région de TIRIS ZEMMOUR, dans le Nord du pays.
La zone minière est reliée au port en eau profonde de Nouadhibou par une ligne de chemin
de fer de 700 km.
Figure 4 - chemin de fer
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Génie électrique
2017/2018
Filiales de la SNIM :
Société d’assainissement, de travaux, de transport et de
maintenance.
Part SNIM : 100%
Activité : Travaux de routes et de génie civil
Construction Mécanique et l’Atlantique
Part SNIM : 92,84%
Activité : Fabrication, confection et réparation des
pièces, charpentes et ensembles mécaniques
Société de Gestion des installations Pétrolières
Part SNIM : 67,85%
Activités : Création et exploitation d’installations de réception, de
stockage, de transport et de distribution d’hydrocarbure raffinés ou non.
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Génie électrique
2017/2018
Granites et marbres de Mauritanie
Part SNIM : 62,80%
Activité : Exploitation et exportation de pierres ovrnementales
Mauritanienne d’eau et de l’électricité
Part SNIM : 100%
Activité : Production et distribution de l’eau et
de l’électricité.
Société arabe du Fer et de l’acier
Part SNIM : 100%
Activité : Exploitation d’une fonderie de 2 000 t de capacité.
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Génie électrique
2017/2018
Société arabe des industries Métallurgiques
Part SNIM : 50%
Activité : Extraction et vente du gypse, production de plâtre.
Société d’Acconage et de Manutention en Mauritanie
Part SNIM : 52,50%
Activité : Consignation, transit et manutention aux ports de
Nouadhibou et de Nouakchott
Société Mauritanienne de Services et de
tourisme
Part SNIM : 100%
Activité : Gestion des infrastructures hôtelières
et promotion du potentiel touristique du pays
La direction générale de la SNIM à Nouadhibou comporte quatre départements :
Département Port, Département 500, Département 600 et le Département 200.
Seul le Département 700 sera décortiqué, car c’est le Département dans lequel j’ai
effectué mon PFE.
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Génie électrique
2017/2018
I.3. Présentation du Département Port
Dans le Département 700, on s’occupe du traitement et du chargement des minerais
acheminés depuis Zouerate. Les taches de ce Département sont limitées principalement
aux 3 opérations : Culbutage, chargement, usinage.
Le Département détient deux culbuteurs qui assurent le déchargement des wagons à une
cadence moyenne respective de 3500 t/h à 6000 t/h.
La capacité de stockage totale du Port est de 2.000.000 t. Une usine dont la capacité est
de 8.000.000 t/an assure le traitement des produits de pré-criblage pour la production.
Le port minéralier de Nouadhibou est localisé dans la « Baie du Lévrier » et bénéficie de ce
fait de conditions extrêmement favorables, permettant de faire entrer et sortir des bateaux
de grand tonnage sans remorqueurs. Les installations de chargement comprennent :
- 2 roues-pelles: 1x2000t/h +1x6000t/h,
- 2 shiploaders ayant une capacité de 5000 t/h pour l’un et 10000 t/h pour l’autre,
- 2 quais capables d’accueillir des minéraliers jusqu’à 170 000 tonnes.
Figure 5 - Port Nouadhibou
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Génie électrique
2017/2018
Le département 700 est un département rattaché directement à la direction de chemin de fer.
La mission principale de ce département est le traitement des minerais venant du Zouerate.
Ce traitement suit un processus d’opérations successives pour être acheminer pour la vente
ou bien stocké jusqu'à leur chargement à bord des navires.
Figure 6-- Organigramme hiérarchique et position d département 700
Le département est composé de plusieurs services et cellules :
- Un Service de qualité 701 (bureau de programmation)
- Une Cellule 702 (Pilotage)
- Un Service 703 (bureau études et méthodes)
- Un Service d’exploitation 710
- Un Service de maintenance (720)
- Un Service maritime (740)
- Un Service entretien des convoyeurs (750)
- Un Service maintenance électrique (760)
Le schéma de la figure 3 présente l’organigramme et la structure du département 700
(Département port).
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Génie électrique
2017/2018
Figure 7-- structure du dépatement 700
I.4. Centrale électrique
La centrale électrique est équipée de cinq groupes électrogènes, il s’agit de :
 4 groupes électrogènes identiques (G3-G7-G8-G10) Diesel Engine
de type 6ZAL4OS de puissance 4320kW, de vitesse nominale
500tr/mn et mis en place en 2001.

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1 groupe électrogène Pielstick de 2.1 MW
12
Génie électrique
2017/2018
Figure 8 - Groupe électrogène
Ces groupes requièrent plusieurs auxiliaires à savoir : séparateurs, filtres,
ventilateurs et pompes. Ils utilisent du fioul et du gas-oil.
Vu la viscosité du fioul, il est nécessaire de le faire assujettir à un traitement spécial.
Par conséquent, on utilise le gas-oil dans le démarrage des groupes puis on le
remplace par le fioul. Par contraire, on remplace le fioul par le gas- oil dans l’arrêt.
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Génie électrique
2017/2018
Ils entraînent les rotors des alternateurs, il s’agit de :

2 alternateurs identiques LEROY SOMER de caractéristiques :
Type
LSA 60 B95/12P
Puissance active
4204 kW
Puissance réactive
5255 kVAR
Cosφ
0.8
Vitesse
500 tr/mn
Fréquence
50 Hz
IP
23
Tableau 1 - Plaque signalétique d'Alternateur

2 alternateurs identiques ALSTHOM de caractéristiques :
Type
AA58 UL 105-12P
Puissance active
4160 kW
Puissance réactive
5200 kVAR
Cosφ
0.8
Vitesse
500 tr/mn
Fréquence
50 Hz
IP
23
Tableau 2 - Plaque signalétique d'Alternateur
Après avoir acheminé l’électricité sur les jeux de barres, plusieurs départs
interviennent pour desservir :
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Génie électrique
2017/2018
1. La Station de pompage eau de mer
2. La Reprise stock- Nord stock
3. Le Chargement- Nord stock
4. La Reprise stock- Nord stock
5. Les Ateliers 500 & 700
6. La Mise en stock- Nord stock
7. Le Centre de traitement informatique
8. Le Concasseur Quaternaire
9. Le Crible
11.Le Concasseur secondaire
Nous présentons à travers le schéma de la figure 9, la centrale électrique et
les principaux départs vers les différentes charges.
Figure 9-- Schéma unifilaire 5500V Port Minéralier NDB
I.5. Culbuteur I
Le poste BT culbuteur I comporte, en premier lieu, un transformateur 5.5/0.4
kV et, en second lieu, un transformateur d’isolement et finalement un jeu de
barres qui assurent le transport d’électricité aux différentes charges : moteur
Barney - moteur culbuteur - auxiliaires.
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Génie électrique
2017/2018
I.6. Problématique
A chaque déclenchement de la centrale, on constate que des fusibles cartouche s
ultra-rapides aR se lâchent. Ceci amène immédiatement à un arrêt systématique de
la production. Qui conduit évidemment à des pertes techniques et financières. Notre
travail consiste à étudier les causes de ces arrêts rapides et proposer des solutions
adéquates afin que la stabilité de la production demeure une caractéristique
principale des installations. Pour approfondir la recherche des solutions, les
problèmes engendrés par les composantes de l’électronique de puissance devront
être prises en considération à savoir les creux de tension et la dégradation d’onde
par effet d’harmoniques.
I.7. Conclusion
Nous avons montré à travers cette partie le degré et l’importance du maintien de la
stabilité du réseau électrique vu la grande taille dont jouit la SNIM.
Une analyse des problèmes rencontrés et leurs causes sera présentée dans la partie
qui suit.
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16
Génie électrique
2017/2018
II.
Chapitre 2 : Etude Théorique
II.1. Introduction
Dans ce chapitre, on fait une analyse bibliographique dans laquelle on introduit les
éléments qui font partie du projet de fin d’étude à savoir : le fusible, le régulateur de
tension, le régulateur de fréquence, SEPAM et le variateur de vitesse.
II.2. Le fusible
Le fusible ou coupe-circuit à fusible est un dispositif de sécurité conçu pour couper le
courant électrique lors d’une surcharge ou d’un court-circuit. Le composant principal de
ce dispositif est un petit isolant enveloppant un fil conducteur qui fond quand il est
traversé par un courant d’intensité supérieure au calibre supporté. Ainsi, il permet
d’ouvrir le circuit électrique pendant une période de surintensité et prévient les
incendies ainsi que la destruction de l’ensemble du système. Le fusible garantit
l’intégrité du circuit d’alimentation.
𝐼𝐵 ≤ 𝐼𝑛
(1.2)
𝐼2 ≤ 1,45 𝐼𝑧
(2.2)
𝐼𝑛 ≤
𝐼𝑧
(3.2)
𝐾3
𝐼𝐵: 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑑 ′ 𝑒𝑚𝑝𝑙𝑜𝑖𝑑𝑢 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡
𝐼𝑧: 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛
𝐼𝑛:
𝑐𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑎𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛é 𝑑𝑢 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑓 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛
Avec :
𝐼2: 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑜𝑛𝑛𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝑓𝑢𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
{
𝐾3: 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛
}
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Génie électrique
2017/2018
Types de fusibles :
Les fusibles sont visibles dans presque toutes les anciennes installations électriques. Le
fonctionnement de ces dispositifs est régi par la norme CEI 60269. Cette norme
règlemente trois modes de fonctionnement :
• Fusible gG : très courant sur les installations domestiques, il offre une protection
contre les courts-circuits et les surcharges.
• Fusible aM : utilisé uniquement contre les courts-circuits, par exemple dans les
moteurs et les circuits primaires des transformateurs.
• Fusible ultra-rapide : conçu pour protéger les semi-conducteurs.
Il existe différents types de fusibles selon leur forme et leur format. Généralement, un
fusible prend la forme d’un cylindre, parfois en céramique (surtout pour les circuits
électroniques) ou en verre (sur les tableaux électriques, à l’intérieur des prises, etc.),
dont le centre est traversé par un filament en métal.
On retrouve d’autres types de fusibles comme ceux à languette ou ceux à lamelle. Ces
derniers sont surtout installés sur les systèmes de démarrage des automobiles. Enfin,
certains fusibles, de conception récente, intègrent un composant explosif qui éclate
lorsque l’intensité du courant est trop élevée.
Selon la norme CEI 60127, les fabricants de composants électriques répartissent les
fusibles en fonction du temps que ces dispositifs mettent pour couper le courant. Ainsi,
on retrouve sur le marché des fusibles FF (ultra-rapide), F (rapide), T (retard) et TT (ultra retard). On trouve sur le marché des fusibles de 2 A, de 10 A, de 16 A ou de 32 A. Les
fusibles de 10 A sont suffisants pour faire fonctionner et protéger les systèmes
d’éclairage. Toutefois, pour une prise triphasée ou un four, il est nécessaire de disposer
de fusibles de 16 ou de 32 A.
Les fusibles présentent l’inconvénient de ne servir qu’une seule fois. Ainsi, si votre
fusible saute, il doit être remplacé par un neuf. Par ailleurs, pour certains types de
Limam Limam
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Génie électrique
2017/2018
fusibles, le fil n’est pas visible. En cas de coupure de courant, il est nécessaire de les
tester un à un pour déterminer si l’un d’entre eux est responsable de l’ouverture du
circuit. Par contre, les disjoncteurs sont réarmables à volonté et réutilisables. Ces
derniers correspondent à des interrupteurs conçus pour couper le circuit quand
l’intensité du courant dépasse le seuil limite.
Domaines d’application :
Les fusibles trouvent leur utilisation depuis les équipements d’installations
domestiques, tertiaires et industrielles jusqu’aux équipements électriques des
compagnies d’électricité.
Ils protègent les câbles et les lignes contre les courants de surcharge et de courtscircuits.
Ils sont, par ailleurs, également adaptés aux tâches de protection des équipements et
des appareils :
• contre les surcharges passagères en cours de service ou
• contre les courts-circuits survenant occasionnellement.
En cas de défaut, ils préservent les hommes des tensions de contact dangereuses
dans les réseaux TN et TT.
Ils sont utilisés pour la coordination des disjoncteurs, des interrupteurs différentiels et
des blocs différentiels. Le degré élevé de sélectivité assure une protection optimale
dans les réseaux à structure radiale et ceux maillés.
Le schéma TN :

est utilisable uniquement dans les installations alimentées par un transformateur MT/BT
ou BT/BT privé,

nécessite des prises de terre uniformément réparties dans toute l'installation,
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Génie électrique
2017/2018

nécessite que la vérification des déclenchements sur premier défaut d'isolement soit
obtenue à l'étude par le calcul et, obligatoirement à la mise en service, par des
mesures,

nécessite que toute modification ou extension soit conçue et réalisée par un installateur
qualifié,

peut entraîner, en cas de défaut d'isolement, une détérioration plus importante des
bobinages des machines tournantes,

peut présenter, dans les locaux à risque d'incendie, un danger plus élevé du fait des
courants de défaut plus importants.
Figure 10-- courant et tenion de défaut en schéma TN
Schéma TT :

Solution la plus simple à l'étude et à l'installation, elle est utilisable dans les
installations alimentées directement par le réseau de distribution publique à
basse tension.

Ne nécessite pas une permanence de surveillance en exploitation (seul un
contrôle périodique des dispositifs différentiels peut être nécessaire).

La protection est assurée par des dispositifs spécifiques, les DDR, qui
permettent en plus la prévention des risques d'incendie lorsque leur sensibilité
est ≤ 300 mA.
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Génie électrique
2017/2018

Chaque défaut d'isolement entraîne une coupure. Cette coupure est limitée au
circuit en défaut par l'emploi de plusieurs DDR en série (DDR sélectifs) ou en
parallèle (sélection des circuits).

Les récepteurs ou parties d'installation, qui sont la cause en marche normale de
courants de fuite importants, doivent faire l'objet de mesures spéciales pour
éviter les déclenchements indésirables (alimenter les récepteurs par
transformateurs de séparation ou utiliser des différentiels adaptés
Figure 11 -- courant et tension de défaut en schéma TT
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Génie électrique
2017/2018
Fusibles modulaires :
Les fusibles basse tension jusqu’à 1000 V comprennent :
• Les fusibles modulaires destinés aux non-spécialistes, de la gamme NEOZED et
DIAZED par exemple, conçus avec un détrompeur pour garantir le courant nominal et
une protection contre les contacts directs.
• Les fusibles modulaires exclusivement réservés aux spécialistes, comme les fusibles
à couteaux NH.
Cartouches fusibles SITOR :
Les cartouches fusibles SITOR ultra-rapides sont des cartouches fusibles à couteaux
NH destinées à protéger les semi-conducteurs, plus spécialement les thyristors, les
thyristors interruptibles et les diodes. Ils sont conçus pour résister aux fortes charges
alternatives. Les cartouches fusibles SITOR conviennent également pour les circuits à
courant continu, en respectant les constantes de temps spécifiées. Les séries 3NE3 2,
3NE3 3, 3NE4 1, 3NE8 0 et 3NE8 7..- 1 ultra-rapides avec des courants assignés ≤ 63
A (série 3NE8 7..-1 ≤ 50 A) sont de type aR (protection des semi-conducteurs avec
zone limitée de pouvoir de coupure).
La série 3NE1 ...-0 avec un courant assigné de 16 à 630 A est, en revanche, classée
gR (protection des semi-conducteurs avec zone illimitée de pouvoir de coupure). Les
cartouches fusibles de cette gamme assurent la protection des conducteurs (contre les
surcharges et les courts-circuits), mais également celle des semi- conducteurs. Leur
comportement aux surcharges est adapté aux conditions d’emploi des redresseurs
indirects de tension.
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Génie électrique
2017/2018
Etude de cas : exemple de fusible actuellement utilisé.
Dans le local BT, le fusible utilisé est de la série 3NE 233, il est caractérisé par un
courant nominal de 450A et d’un courant de court-circuit de 50kA. Sa courbe
caractéristique (courant en fonction du temps) est présentée par la figure 12 suivante
pour plusieurs fusibles de courant nominal différent :
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Figure 12 – Caractéristique Courant (Temps) pour plusieurs fusibles
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II.3. Régulateur de tension
La tension délivrée est assurée par un régulateur AVR de type R630-3F, dont le
principe de fonctionnement se repose sur :
Figure 13 - Régulateur de tension
Dans un premier temps, un flux magnétique d’origine aimant permanent donne
naissance à une f.e.m induite récupérée au niveau du rotor de l’excitatrice qui subira un
redressement via un pont de diode qui, à son tour, excitera le rotor de l’alternateur
principal. Après avoir produit de l’électricité, le transformateur branché sur la sortie du
stator de l’alternateur de rapport 5500/110 alimente notre AVR. Cette fois-ci, l’excitation
est assurée par l’AVR.
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II.4. Régulateur de fréquence
Pour la régulation de fréquence (donc de vitesse), elle est assurée par PGG Governor.
Figure 14 - Régulateur de fréquence
Le PGG est un régulateur mécanique à compensation de pression hydraulique qui
combine un moteur de réglage de la vitesse pour le réglage de la vitesse à distance
avec ajustement manuel de la vitesse et contrôle de limite de charge. Ces
ajustements rendent le gouverneur PGG utile pour de nombreuses applications de
moteur de démarrage.
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Figure 15 – Schéma de principe de fonctionnement
L'arbre d'entraînement du régulateur traverse la base du régulateur et engage la douille
rotative. L'engrenage d'entraînement de la pompe à huile fait partie intégrante de la
douille. La pompe fournit de l'huile sous pression pour le fonctionnement de la section
de base du régulateur, la vitesse de section de réglage, et toutes les autres fonctions
auxiliaires. Les accumulateurs fournissent un réservoir d'huile sous pression et de
fonctionner comme une soupape de décharge, en contournant l'excès d'huile au bassin
du gouverneur. Les clapets anti-retours d’aspiration et de refoulement en double à la
pompe permettent la rotation du gouverneur.
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II.5. SEPAM
Le SEPAM (Système Electronique de Protection Automatique et Mesure) est un
relais de protection programmable. Il est conçu pour mesurer, analyser et afficher
des courants, tensions, fréquences, températures... de manière à piloter un
disjoncteur. Cette architecture fonctionne pour tous types d’application industrielle,
les réglages des SEPAM se différencient en fonction du type de l’application à
mesurer et à protéger.
Dans le cas des installations du port minéralier de Nouadhibou, le SEPAM assure
toute ses fonctions.
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II.6. Variateur de vitesse
La vitesse des moteurs est commandée par un variateur de vitesse. En effet, ces
variateurs agissent sur la vitesse via l’ajustement sur la fréquence dans la condition de
synchronisme :
𝑁𝑆 =
60×𝑓
𝑝
(4.2)
Avantages d’un variateur de vitesse
 Démarrage progressif des moteurs réduisant les chutes de tension dans le
réseau et limitant les courants de démarrage.

Amélioration du facteur de puissance.

Précision accrue de la régulation de vitesse.

Prolongement de la durée de service du matériel entraîné.

Diminution de la consommation d’électricité.
De nouveaux variateurs de vitesse plus performants peuvent éviter l’interruption des
procédés en cas de perturbation du réseau de courte durée.
Inconvénients d'un variateur de vitesse
 Tous les variateurs de vitesse intégrant des dispositifs de commutation (diodes,
thyristors, IGBT, etc.) forment une charge non linéaire qui engendre des
courants harmoniques, sources de distorsion de l’onde (chute ou perturbation de
la tension) dans le réseau électrique.
 Cette dégradation de l’onde peut perturber tant les équipements électriques du
client que ceux du réseau électrique.
 Les effets néfastes peuvent se manifester par la défaillance prématurée des
équipements électriques (surchauffe des moteurs, des câbles et des
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transformateurs), par la dégradation de l’isolation des moteurs commandés ou
par l’interruption des procédés (fusibles brûlés).
II.7. Conclusion
Compte tenu de cette étude, nous pouvons déterminer l’efficacité des équipements
étudiés dans cette partie. Cette étude nous permettra de les comparer avec l’existant
qui est l’objet de l’étude présentée dans le troisième chapitre.
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III. Chapitre3 : Stabilité du réseau électrique de la
manutention port
III.1. Introduction
Dans ce chapitre, nous présentons les solutions retenues suite à notre étude d’état de
lieu et diagnostique.
Notre méthode consiste à identifier les problèmes, mesurer des grandeurs pour pouvoir
obtenir on procède au traitement du sujet par la méthode DMAIC, tout en signalant les
lacunes (gaps) constatées lors de la collecte de données.
DMAIC (pour Define Measure Analyse Improve Control) est une méthode de résolution
de problème utilisée dans le cadre des projets lean Six Sigma .
Définir
Contrôler
Mesurer
Améliorer
Analyser
Figure 16 - Méthode DMAIC
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Cette méthode repose sur une démarche structurée en 5 étapes, à savoir :

Définir : définition du problème, du périmètre étudié et des objectifs associés (en
termes de performance, attente des utilisateurs...).

Mesurer : choix des variables qui doivent être analysées et des instruments de
recueil, mise en œuvre de la collecte des données.

Analyser : appréciation des écarts entre la situation actuelle et les objectifs fixés.
Identification des causes et des leviers actionnables pour y remédier.

Améliorer : inventaire, classement et choix des solutions. Mise en place des
actions retenues.

Contrôler : définition d'un plan de contrôle de la solution mise en place. Le but
est de se donner les moyens de corriger le plan si les résultats souhaités ne sont
pas au rendez-vous.
III.2. Définir
Le problème repose sur une instabilité du réseau électrique plus précisément au niveau
de la tension. Le régulateur de la tension n’est pas adéquat pour assurer la marge
acceptable au niveau du seuil de tension. Par conséquent, une chute de tension aura
lieu et comme la puissance instantanée est quasi constante, une hausse d’intensité
engendrera des effets néfastes sur les équipements alimentés dont les percussions des
fusibles cartouches SITOR.
Nous visons, par la suite pour y remédier, renforcer la protection des équipements en
proposant une régulation adéquate de la tension.
Comme tout générateur d'énergie électrique, un réseau de puissance fournit de
l'énergie aux appareils utilisateurs par l'intermédiaire des tensions qu'il maintient à ses
bornes. Il est évident que la qualité et la continuité (la qualité de la stabilité) de la
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tension est devenue un sujet stratégique pour plusieurs raisons d'exploitation
normalisée des réseaux électriques.
III.2.1. Qualité de la tension :
La tension possède quatre caractéristiques principales : fréquence, amplitude, forme
d'onde et symétrie.
L’opérateur au niveau de salle de supervision de la centrale doit maintenir l'amplitude
de la tension du réseau dans un intervalle de l'ordre de 10 % autour de sa valeur
nominale (5 ,5kV cas typique centrale électrique Port minier de Nouadhibou).
Cependant, même avec une régulation parfaite, plusieurs types de perturbations
peuvent dégrader la qualité de la tension, il s’agit des :

Creux de tension et coupures brèves.

Variations rapides de tension (flicker).

Surtensions temporaires ou transitoires.
Dans le cas du réseau étudié, les deux premières catégories posent les problèmes les
plus fréquents en terme d’instabilité (une plus grande difficulté de s'en protéger).
III.2.2. Dégradation de la qualité de la tension :
Les perturbations dégradant la qualité de la tension peuvent résulter de :
- Défauts dans le réseau électrique ou dans les installations des clients : courtcircuit au niveau d’un poste, sur une ligne aérienne, sur un câble souterrain, etc., ces
défauts pouvant résulter des causes atmosphériques (foudre, givre, tempête...),
matérielles (vieillissement d'isolants,...) ou humaines (fausses manœuvres, travaux
des tiers,...)
- Installations perturbatrices : l’existence de certains ateliers à proximité
perturbent les installations .
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Génie électrique
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Nous pouvons citer : les soudeuses, les variateurs de vitesse et toutes
applications de l'électronique de puissance, éclairage fluorescent, démarrage ou
commutation d'appareils, etc....
Les principaux phénomènes pouvant affecter la qualité de la tension - lorsque
celle-ci est présente - sont brièvement décrits ci-après.
III.2.3. Variation ou fluctuation de la fréquence :
Les fluctuations de fréquence sont observées le plus souvent sur des réseaux
non interconnectés ou des réseaux sur groupe électrogène. Dans des conditions
normales d'exploitation, la valeur moyenne de la fréquence fondamentale doit être
comprise dans l'intervalle 50 Hz plus ou moins 1
III.2.4. Fluctuation de tension (flicker)
Des variations rapides de tension, répétitives ou aléatoires, sont provoquées par
des variations rapides de puissance absorbée ou produite par des installations telles
que les soudeuses, fours à arc, éoliennes, etc.
Figure 17 - Variation rapide de la tension.
Ces fluctuations de tension peuvent provoquer un papillotement de l'éclairage (flicker),
gênant pour la clientèle, même si les variations individuelles ne dépassent pas
quelques dixièmes pourcents. Les autres applications de l'électricité ne sont
normalement pas affectées par ces phénomènes, tant que l'amplitude des variations
reste inférieure à quelque 10 %.
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Génie électrique
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III.2.5. Chutes de tension
Lorsque le transit dans une ligne électrique est assez important, la
circulation du courant dans la ligne provoque une chute de la tension. La tension est
alors plus basse en bout de ligne qu'en son origine, et plus la ligne est chargée en
transit de puissance, plus la chute de tension sera importante.
C'est pourquoi dans les réseaux maillés THT, la tension est différente suivant
l'endroit où l'on se trouve. A la pointe de consommation, la tension est forte aux
nœuds du réseau où les centrales débitent et relativement basse aux points de
consommation éloignés des centrales.
Lorsque la consommation varie au cours du temps, la tension évolue, baissant
lorsque la consommation augmente, remontant lorsque la consommation diminue. Le
fait que la tension ne soit pas identique en tous points du réseau est normal. Cette
différence est compensée par des réglages de tension réalisés dans les postes de
transformation. Cela permet de garantir que la tension reste dans la plage admissible
en tous points de livraison.
III.2.6. Tension et/ou courant transitoire
Les surtensions transitoires illustrées sur la figure (17) sont des phénomènes
brefs, dans leur durée et aléatoires dans leur apparition. Elles sont considérées comme
étant des dépassements d'amplitude du niveau normal de la tension fondamentale à
la fréquence 50Hz ou 60Hz pendant une durée inférieure à une seconde
Les dispositifs électroniques sont sensibles aux courants/tensions transitoires.
V
Figure 18 - Exemple de cas de surtensions transitoires.
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III.2.7. Déséquilibre de tension (généralement au niveau de la charge)
Un récepteur électrique triphasé qui n'est pas équilibré et que l'on alimente
par un réseau triphasé équilibré conduit à des déséquilibres de tension dus à la
circulation de courants non équilibrés dans les impédances du réseau. Ceci est
fréquent dans les récepteurs monophasés basse tension. Cela peut également
conduire à des tensions plus élevées, par des machines à souder, des fours à arc ou
par la traction ferroviaire.
Un système triphasé est déséquilibré lorsque les trois tensions ne sont pas
égales en amplitude et/ou ne sont pas déphasées les unes des autres de 120°
(valeur normalisée).
V
Figure 19 - Déséquilibre de tension
III.2.8. Perturbations harmoniques et inter harmoniques
On entend par harmonique, toute perturbation non transitoire affectant la forme
d'onde de tension du réseau électrique. Les harmoniques sont des composantes dont
la fréquence est un multiple de la fréquence fondamentale.
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Ils provoquent une distorsion de l'onde sinusoïdale. Ils sont principalement dus
à des installations non linéaires telles que les convertisseurs ou les gradateurs
électroniques, les fours à arc, etc.
La courbe de la figure 20, illustre des distorsions provoquées par un harmonique.
Figure 20 - Distorsion provoquée par un seul harmonique (h=5)
Des niveaux très élevés d'harmoniques peuvent causer un échauffement
excessif de certains équipements, par exemple de condensateurs ou de machines
tournantes, et peuvent perturber le fonctionnement de systèmes électroniques
(dispositifs de protection).
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Projet de fin d’étude
Différentes méthodes d’amélioration de la stabilité d’un réseau électrique
La compensation est une technique de la gestion d’énergie réactive afin
d’améliorer la qualité énergétique dans les réseaux électriques à courant alternatif. Elle
peut se réaliser de plusieurs manières, ayant pour buts :
 La correction du facteur de puissance
 Amélioration de la régulation de la tension.
 Equilibre des charges.
 L’aide au retour à la stabilité en cas de perturbation
III.3. Mesurer
Le problème de stabilité de réseau électrique engendre des pertes financières
annuelles estimées, selon les données, à :
150$ × 2 × 12 = 3600$
(1.3)
Donc cette somme sera réservée à d’autre profits, en cas, ou mettre fin à la
problématique.
Il est clair que le temps d’arrêt sera réduit donc on augmente la productivité au niveau
du chargement (culbutage).
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Génie électrique
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Projet de fin d’étude
III.4. Analyser
Pour analyser les causes principales de cette problématique, nous partons de l’existant
au niveau des réglages qui sont mis en service :
Dans les tableaux ci -après nous présentons les réglages des SEPAM .
Pour le transformateur au niveau du culbuteur I :
Désignation
50/51
50/51
50N/51N
59
Seuil
45 A
100 A
2A
120%
Délai
10 s
400 ms
350 ms
300 ms
Tableau 3 - Régalges SEPAM
Exemple : la norme 50/51 : protection du courant a un seuil de 45 A à 10 secondes.
On voit ici que la Mini-tension n’est pas activée.
Pour le culbuteur I au niveau du Nord stock :
Désignation
50/51
50/51
67N
Seuil
42 A
360 A
2A
Délai
30 s
400 ms
500 ms
Tableau 4 - Réglages SEPAM
De même, on constate que le Mini-tension n’est pas aussi activée.
En effet, la puissance instantanée est égale au produit de tension et de courant.
Donc le courant et la tension sont inversement proportionnels, par conséquent remédier
aux chutes de tension revient à remédier aux hausses intensités.
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Projet de fin d’étude
Proposition de solution :
Dans le poste culbuteur I, on a pas de transformateur de potentiel on se limite à
introduire des nouveaux réglages juste au niveau de local MT Nord stock :
Nord Stock départ CULB I
Sur tension 59
+10% 80ms
Sous tension 27/27s
-10% 80ms
Maxi Frequance
53HZ 80ms
Mini Frequance
45HZ 80ms
Tableau 5 - Protection proposée
Les résultats de la proposition de solution : deux déclenchements ont eu lieu le vendredi
25/05/2018 respectivement à 11h55mn et 12h20mn à raison de Mini-tension. Nul fusible
a été percuté.
En revanche, le poste MT a été déclenché ce qui nous a amené à ressaisir les réglages
d’avant.
De ce qui précède, on remarque que le régulateur n’est pas fiable car il dépasse la marge
acceptable.
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Projet de fin d’étude
Diagramme de Ichikawa :
Main d’œuvre
Machine
Non
qualification
Méthode
Vulnérabilité
de système
non reconnue
Non
maintenance
Non
conscience
INSTABILITE
DE RESEAU
ELECTRIQUE
Poussière
Régulateur inadéquat
de tension
Disponibilité lente
Humidité
Milieu
Mesure
Matière
Figure 21 - Diagramme d'Ichikawa
Le diagramme d'ISHIKAWA, ou diagramme de cause à effet, est une représentation
structurée de toutes les causes qui conduisent à une situation. Son intérêt est de
permettre aux membres d'un groupe d'avoir une vision partagée et précise des causes
possibles d'une situation.
Non maintenance : Dans le local en question, il n’a pas de maintenance préventive est
prévue. Juste chaque trois ans on change de moteurs.
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Projet de fin d’étude
Agents non qualifiés : Durant mon projet, je n’ai pas rencontré des techniciens qui sont
à jour avec la technologie de pointe et les nouveautés qu’ont été apportées par
l’électronique de puissance.
Poussière & humidité : Dans le milieu industriel, l’environnement est purement minier vu
les fines véhiculaient par le vent.
AVR non adéquat : A travers mon analyse, j’ai remarqué que l’élément crucial provient
de l’in capabilité de garder la marge acceptable de la part du régulateur vu qu’on a
réglé
II.5. Conclusion
Après avoir réalisé une étude exhaustive sur le système : centrale électrique-Nord
Stock-Culbuteur I.
On tient à recommander :
 Améliorer la régulation de tension délivrée à la sortie de l’alternateur.
 SEPAM de version plus récente pour pouvoir, par la suite, protéger contre le
Mini-tension au niveau de culbuteur I.
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Projet de fin d’étude
Conclusion Générale
Ce projet de fin d’études consiste en la recherche d’une solution d’un problème de
stabilité du réseau électrique au niveau des installations de manutention du Port
Minéralier de Nouadhibou.
Dans un premier temps, je me suis investi à la collecte des données relatives aux
caractéristiques desdites installations à travers leurs documents techniques.
Dans un second temps, je me suis lancé à la recherche des solutions. Après tant
d’efforts conjugués à travers mes connaissances acquises à l’ESP, les contacts avec
les Professionnels et à la navigation au Web, j’ai fini par parvenir à la résolution du
problème qui consiste à renforcer la protection des tensions, en améliorant leur
régulation.
Ainsi, j’ai pu apporter à la SNIM une humble contribution à la protection de ses
installations de manutentions, à savoir :
 Minimiser les temps d’arrêt (DT)
 Optimiser les ressources,
 Poser un jalon dans l’étude des protections destinée aux semi-conducteurs.
A la fin de ce stage, je me sens fier d’avoir acquis des compétences réelles grâce à la
pratique et à la manipulation de différents dispositifs techniques mais aussi aux
orientations et injonctions de mes encadrants.
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Projet de fin d’étude
Bibliographie
[1] www.snim.com; 2018
[2] Guide de la protection ; une marque de Schneider Electric 2003
[3] Appareillage modulaire 2015
[4] SIMOVERT MASTERDRIVES; Edition: AD
[5] Woodward Product manual 36627; 2014
[6] Power System Vulnerability; 2015
[7] Power system stability; 2004
[8] Wartsila Sulzer; 2001
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