densification d'un réseau electrique en zone rurale

ETUDE DE LA DENSIFICATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE AUTOUR DE LA CENTRALE

HYDROELECTRIQUE DE MEMVEELE

Prsent et soutenu par :

KOUGANG GUY ROSTAND

En vue de lobtention du :

Diplme dingnieur de conception de Gnie Electrique

Sous la Direction de :

Dr. Benot NDZANA (Enseignant, ENSP)

Dr. Dieudonn BISSO (Enseignant, Fac. Sc. /UYI)

Devant le Jury compos de :

Prsident : Pr. Emmanuel TONYE (Professeur, ENSP) Rapporteur : Dr. Benot NDZANA (Charg de Cours, ENSP) Examinateurs : Dr. Francis NEMATCHOUA (Charg de Cours, ENSP)

Dr. Dieudonn BISSO (Directeur du projet Memveele) Dr. Elena MVOUDJO (Charg de Cours, ENSP)

Invit : Mr. Georges M. E. AVELE (Ingnieur, Projet Memveele)

Anne Acadmique 2011-2012 Soutenu le 03/07/2012

Universit de Yaound I

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE

POLYTECHNIQUE

Dpartement des Gnies Electrique et

des Tlcommunications

University of Yaound I

NATIONAL ADVANCED SCHOOL OF

ENGINEERING

Department of Electrical and

Telecommunications Engineering

DEDICACES

1 Etude de la densification du rseau de distribution lectrique autour de la centrale hydrolectrique de Memveele'

Rdig et prsent par Kougang Guy Rostand ; Email : [email protected] ENSP/5GELE 2012

REMERCIEMENTS



REMERCIEMENTS

Merci

Dr. Dieudonn BISSO pour la confiance quil nous a accorde en nous acceptant dans ses services,

Monsieur Georges M. E. AVELE, pour sa disponibilit et sa promptitude, Dr. Benot NDZANA, mon directeur de mmoire, pour ses orientations et ses

multiples conseils,

Au corps enseignant et administratif de lENSP, pour la formation dont jai reue,

Monsieur Justin NINGUE pour son soutien permanent et ses conseils,

Dr. Marcel OBOUNOU pour sa disponibilit, Au personnel de lUnit Oprationnelle du Projet Memveele, Tous mes camarades, Tous mes frres et surs pour leur coute et leur disponibilit, Aux familles YONTA, LANING, SOUNDJI, TANGUEFOUET, NGUEPONG

et KOUGANG,

Monsieur Herv TOLIE T, pour sa promptitude.

RESUME/ABSTRACT



RESUME

Llectrification rurale fait partie des stratgies de dveloppement que le Cameroun a mis sur pied pour atteindre le statut de pays mergent uni dans sa diversit . Pour ltude de la densification du rseau lectrique dans six arrondissements aux alentours de la centrale hydrolectrique 201 MW de Memveele dans la localit de Nyabessan, nous avons calcul la demande nergtique future partir des tendances actuelles de la dmographie et les ventuelles besoins des industriels. Nous avons galement implment le code Guy.0 permettant le calcul de la pr-structure du rseau boucl partir des donnes dmographiques, climatiques, gographiques et conomiques. Ce code permet le calcul des indicateurs lectriques, mcaniques, gomtriques du rseau et un attrait financier du projet implmenter. Les rsultats obtenus nous ont permis de simuler le rseau choisi avec le logiciel PowerStation 4.0.0C qui effectue le calcul des installations lectriques base des schmas unifilaires. Il en ressort des conclusions satisfaisantes et les externalits socioprofessionnelles du projet sont encourageantes.

Mots cls : Densification, distribution, lectricit, externalits, Memveele

ABSTRACT

Rural energizing is part of the strategies that the Cameroon government has drawn in order to attend the status of emerging and unified country. In the purpose of studying the intensification of the electrical network connection in six districts around the Memveele 201 MW hydroelectric dam in the Nyabessan locality in the Cameroon south region, we have evaluated the future electrical energy demand from actual demographic trends and industrial needs. We have also implemented a numerical code called Guy.0 that calculates the chosen curly electrical network parameters by taking demographical climate, geographical, and economical parameters as inputs. This code enables the calculation of the electrical, mechanical and geometrical parameters of the electrical power network and a financial appeal of the project. Those outputs are then used for simulating the chosen network in the PowerStation 4.0.0C software that calculates electrical network using one line electrical network. The conclusions are satisfactory and the socio-professional relatives are encouraging.

Key words: Intensification, distribution, electricity, relatives, Memveele

SOMMAIRE



SOMMAIRE

SOMMAIRE



LISTE DES TABLEAUX



LISTEDESTABLEAUX

Tableau 1: Paramtres denvironnement humain..........17

Tableau 2: Paramtres denvironnement dambiance.........17

Tableau 3: Nombre de mnages de la zone dtude..........22

Tableau 4: Bilan de demande annuelle........25

Tableau 5 : Caractristiques gomtriques principales des isolateurs assemblage rotule et logement de

rotule................30

Tableau 6:Isolateurs ou chanes disolateurs couramment utiliss.......31

Tableau 7 : distance (m) de tension en fonction de la tension de service.....35

Tableau 8: Distances minimales au-dessus des voies de circulations......35

Tableau 9: Distances minimales au-dessus des cours deau.........36

Tableau 10: Distance minimales au-dessus des maisons et immeubles........36

Tableau 11: Ecart de temprature admissible....... ...40

Tableau 12: coefficient K1............41

Tableau 13: coefficients des fonction cots 46

Tableau 14: Niveau disolement assign (SCHNEIDER) ........53

Tableau 15: Tension Transitoire de Rtablissement (TTR) assigne (SCHNEIDER) ....55

Tableau 16 : Tension nominale de tenue aux chocs de foudre.......58

Tableau 17 : Relais de protection du transformateur MT/MT.........62

Tableau 18 : Relais additionnelle protections du transformateur MT/MT......62

Tableau 19 : Relais de protection du transformateur MT/BT.........63

Tableau 20: Relais de protection des jeux de barres.........63

Tableau 21 : Relais de protection des dparts...........64

Tableau 22 : segments de la consommation rsidentielle.........81

Tableau 23: segments de la consommation non rsidentielle........81

Tableau 24: Rcapitulatifs des recettes annuelles envisages........82

Tableau 25: Choix des relais de protection VIP 35, VIP 300 et Sepam 10.......89

Tableau 26: Fonctionnalits du relais Sepam 2000........90

Tableau 27 : Principales caractristiques des conducteurs pour lignes ariennes MT 90

LISTE DES FIGURES



LISTEDESFIGURES

Figure 1: Carte de la zone dtude...23

Figure 2: Allure de lappel journalier de puissance ...26 Figure 3:Gabarit dun support. ....37

Figure 4: Protection diffrentielle dune boucle ferme..60

Figure 5: Protection de boucle maximum de courant et slectivit logique directionnelle..61

Figure 6: Protection par relais du transformateur MT/MT..61

Figure 7: Protection additionnelle de la protection de terre du transformateur MT /MT62

Figure 8: Protection du transformateur MT/BT...63

Figure 9 Protection des JDB....63

Figure 10: Protection des dparts....64

Figure 11: Boucles principales MT..66

Figure 12: Structure secondaire du rseau...67

GLOSSAIRE



SIGLES

AER : Agence dElectrification Rurale,

BT : Basse Tension

BUCREP : BUreau Central du Recensement et des Etudes de la Population,

ca : courant alternatif,

cc : courant continu,

DTE : Direction des Travaux et des Etudes,

HT : Haute Tension

JDB : Jeu De Barre

MINADER : Ministre de lAgriculture et du Dveloppement Rural,

MT : Moyenne Tension

PDC : Programme de Dveloppement Communautaire,

PCB : Polychlorobiphnyle PASEM : Programme dAccompagnement Socioprofessionnel de Memveele RIS : Rseau Interconnect Sud SNEC : Socit Nationale des Eaux du Cameroun

INTRODUCTION GENERALE



INTRODUCTIONGENERALE

Le Cameroun, pays pauvre, vise long terme faire partie des pays dvelopps, le processus ntant pas instantan, le pays doit gravir des chelons passant tout dabords au statut de pays revenus intermdiaires (pays mergent et uni dans sa diversit) puis celui de pays fortement industrialis. Nayant pas dj les standards indispensables cette fin, il sest donn une feuille de route dont le slogan est Cameroun pays mergent, uni dans sa diversit lhorizon 2035 et sest encadr doutils dynamiques devant ly mener. Les stratgies de la feuille de route sont axes sur : lintgration nationale, lindustrialisation, la gouvernance, le dveloppement du

capital humain, la coopration rgionale et linsertion internationale.

Pour rpondre ce problme nergtique actuel, un outil dynamique a t mis en place (PDSE : Programme de Dveloppement du Secteur de lElectricit) et dont la mission est daccroitre la production dlectricit en sappuyant en priorit sur lexploration et

la valorisation du potentiel hydrolectrique et gazier du pays.

Les premiers rsultats de cette exploration ont conduit la planification de nombreux projets nergtiques visant rpondre court, moyen et long terme la demande nergtique value lhorizon 2030 7600 GWh en nergie (scnario Mdian ). Lun des projets mis sur pieds est le projet Memveele qui a pour objectif principal de produire 201MW de lhydrolectricit sur le Ntem dans la localit de Nyabessan

dans le dpartement de la Valle du Ntem au sud Cameroun.

Du fait que le taux laccs llectricit soit infrieur 5% dans les zones rurales contre environ 50% dans les zones urbaines, la globalisation du pays (pays uni dans sa diversit) sous-entend quen tout point du pays, on soit satisfait de ses besoins ; les localits environnantes de la centrale de Memveele tant mal ou pas du tout lectrifies, elles doivent tre les premiers bnficiaires de ce projet. Dailleurs un outil daccompagnement socio-conomique dans la zone dinfluence du projet est mis sur pied (PASEM : Programme dAccompagnement Socio-Economique de Memveele). Lnergie tant le point moteur du dveloppement, il est judicieux de

INTRODUCTION GENERALE



penser tout dabord llectrification de cette zone dinfluence, do la raison dtre de notre thmatique intitule Etude de la densification du rseau de distribution lectrique autour de la centrale hydrolectrique de Memveele. Pour arriver nos fins, nous avons prsent la problmatique puis la mthodologie de la conception dun rseau lectrique et lvaluation de la demande au chapitre 1. Aux chapitres 2 et 3, sont respectivement prsents le dimensionnement du rseau et la protection du poste

de transformation. Enfin le chapitre 4 porte sur la simulation et les rsultats.

CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE



CONTEXTEETPROBLEMATIQUE

Les investisseurs du secteur de llectrification adoptent des politiques visant majorer le profit, limitant ainsi leurs actions autour des grandes villes (zone forte demande en nergie lectrique). Compte tenu du fait que la majorit des localits camerounaises sont en zones rurales, ces investisseurs ne trouvent pas dintrt dy investir suffisamment puisque le risque semble lev premire vue.

Dans lobjectif de devenir pays mergent, concernant llectrification rurale, le Cameroun sest dfini une stratgie qui repose sur les principes suivants:

- affirmer le caractre spcifique et prioritaire de llectrification rurale, relevant la fois du secteur marchand et de lquipement rural,

- situer llectrification rurale dans une perspective de dveloppement conomique et social durable, par une exigence de reproductibilit et de viabilit technique et conomique dans le montage des oprations,

- impliquer le secteur priv, le secteur associatif et les collectivits locales en position dactions motrices.

Les localits lectrifier sur lesquelles nous menons notre tude sont en moyenne de 500 habitants/villages avec une forte croissance dmographique (3,88% par an (PDC de Maan)) contre une faible densit (7,3 habitants/Km) et un faible revenu annuel par mnage (720 000 franc CFA) avec 49% de mnages avec membres migrants vers les mtropoles [1].

Les objectifs principaux de cette tude sont : - Proposer un outil daide la dcision pour densifier le rseau lectrique dans

les zones environnantes de la centrale de Memveele - Rechercher les mesures possibles pour amliorer la faisabilit conomique du

projet tout en garantissant la qualit et la quantit de lapprovisionnement. Les secteurs domestique et non domestique sont caractriss par leurs consommations journalires. Le secteur non domestique recouvre lclairage publique, les infrastructures communautaires (coles, hpitaux, glise, centre administratif). Les infrastructures productrices de revenus (schoir lectrique, chambre froide, scierie, moulin grain, grande industrie (SOCAPALM, HEVECAM, WIJMA, )) sont dune grande importance dans le dveloppement de ces localits, ainsi ils sont pris en compte dans cette tude.

CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE



Les principales technologies nergtiques qui y sont utilises jusquici sont (excepts SOCAPALM et HEVECAM raccords au RIS):

- Le bois nergie (usage individuel), - La biomasse dorigine animale (peu utilise) - le ptrole lampant (usage individuel), - le groupe lectrogne (usage communal et dont le carburant vient manquer

priodiquement), - le solaire photovoltaque (usage individuel).

Les trois dernires technologies tant la fois chres et polluantes pour certaines, le taux de pntration reste encore trs faible do la ncessit de faire recourt une technologie cots supportables pour ces localits. Il sagit de les raccorder au rseau lectrique dont la source est la centrale hydrolectrique de 201MW, Memveele sur le Ntem.

CHAPITRE I : METHODOLOGIE DE LA CONCEPTION DUN RESEAU ELECTRIQUE ET EVALUATION DE LA DEMANDE ENERGETIQUE







INTRODUCTION

Les consommateurs dnergie lectrique raccords au rseau du distributeur peuvent tre considrs comme des lments (compartiments) dune grande industrie/usine. Ainsi, la mthodologie de conception du rseau de distribution de lnergie lectrique employe dans ce travail sapparente celle dune grande industrie. La conception du rseau lectrique de distribution doit donc assurer aux procds une continuit dalimentation compatible avec les contraintes de production. Dans ce chapitre, nous prsentons tout dabords les lments et la mthodologie de conception dun rseau lectrique de densification puis nous terminons par lvaluation de la demande nergtique ainsi que lapprovisionnement de la zone dtude.

I. La conception dun rseau

Elle doit imprativement assurer la scurit du personnel, du matriel et de son environnement. Pour les quipements vitaux, il convient de pouvoir intervenir sans arrter la production. On prvoit donc une conception permettant dagir en toute scurit dans un temps dtermin pour retrouver la fiabilit initiale. Elle doit rserver au rseau lectrique la possibilit de rpondre des volutions de lunit industrielle sans remise en cause profonde. En somme, la conception est la dmarche consistant assurer au cot optimal dinvestissement et dexploitation malgr les contraintes inhrentes aux rseaux lectriques, les besoins requis pour la production en matire de :

Scurit des personnels et des biens,

Continuit de fonctionnement,

Maintenabilit des installations,

Possibilit dvolution du schma. Cette conception doit respecter les rglements et les standards en vigueur. Une conception doit tenir compte dun nombre vari dlments qui souvent ncessitent des itrations et des remises en cause de choix initiaux. En consquence, il va de soi que les diffrentes phases dune mthodologie sont le plus souvent menes en parallle et tout changement dune de ces donnes ou dune des contraintes implique une reprise de certains




lments. Les principales phases de la mthodologie dveloppe dans ce travail sont prsentes ci-aprs :

1. Recueil des donnes.

Le concepteur dun rseau lectrique a besoin de dfinir ds le dbut du projet les conditions denvironnement du projet. Les lments denvironnement sont indispensables pour dterminer le choix des matriels la structure mettre en place, les matriaux mettre en uvre ; ceci a une incidence directe sur le cot de linstallation.

Tableau 1: Paramtres denvironnement humain

Environnement Action Prsence du public Qualification des utilisateurs et

exploitants Types de travaux effectus par les

utilisateurs dans les diffrentes zones de la structure

Dfinition des accs, rglementation en vigueur

Dfinition du degr dautomatisation

Dfinition des conditions de travail

Tableau 2: Paramtres denvironnement dambiance

Environnement Action Conditions climatiques

Altitude Tempratures moyennes, minimale

et maximale Nombre moyen de jour dorage Pluies Neige et vent Sisme

Vents dominants Air salin

Dclassement des matriels

Protection contre la fondre Etanchit des matriels Caractristiques mcaniques

calculer Choix de limplantation des

quipements Protection contre la corrosion

Pollution Poussires Risques chimiques Risques dincendie Risque dexplosion Parasites vibration

tanchit ou pressurisation choix des protections et des

matriels loignement ou protection protection par cage de Faraday,

mise la terre protection ou insensibilisation des

matriels




Inventaire des rcepteurs

La premire tape dune tude lectrique consiste rechercher les principaux rcepteurs (points de consommation) dnergie lectrique, et les classer selon leur type, leur localisation leur sensibilit aux perturbations, les perturbations quils peuvent produire et leurs diffrentes conditions de fonctionnement.

2. Sensibilit du procde aux perturbations lectriques

Parmi les nombreuses causes de perturbation qui peuvent affecter les rseaux lectriques, il faut distinguer celles caractre permanent et celles caractre alatoire :

Celles qui existent en permanence ou pendant des dures bien dtermines et qui sont la consquence du fonctionnement des quipements des utilisateurs.

Celles qui sont dues des phnomnes alatoires caractre accidentel tels que la foudre ou les dfauts prenant naissance soit dans les lments du rseau soit dans les installations des utilisateurs.

3. Exploitation des donnes

Classement des charges et bilans A partir du recueil des donnes effectu, il y a lieu de regrouper les charges par catgories. Caractristiques du site Conditions de fonctionnement Caractristiques des btiments Installation du matriel Niveau de puissance des consommateurs

Pour des raisons techniques (dmarrages de gros moteurs, perturbations engendres par certains rcepteurs) ou des raisons conomiques, il ya lieu dexaminer la ncessit ou non de crer un niveau de tension intermdiaire entre la tension de distribution et la basse tension.

Bilan de puissance Tous ces classements permettent de faire le bilan des puissances lectriques en fonction de la rpartition des charges sur le site, do :

La dtermination de lemplacement des diffrents postes,




Le cheminement des liaisons principales,

La somme des puissances actives et ractives,

La somme des puissances secourir en fonction de limportance des rcepteurs. Ce qui conduit tablir le diagramme de distribution. Cest la phase prliminaire de la constitution du schma unifilaire simplifi.

4. Choix de la tension

Le choix des tensions rsulte bien entendu de la prise en compte des critres techniques, mais galement et le plus souvent de critres technico-conomiques.

Limplantation des postes de transformation au barycentre des charges de linstallation influe directement sur le cot des canalisations lectriques ;

Ladoption dune tension de source plus leve permet le plus souvent de diminuer le cot global pour la distribution de llectricit vers les grosses charges ;

Linstallation dquipements de compensation de lnergie ractive diminue la valeur de la puissance apparente donc du courant transitant dans les canalisations lectriques depuis le rcepteur jusquau point de raccordement. Cette compensation apporte ainsi une rduction simultane : des pertes en charge, de la chute de tension de la ligne, de lnergie ractive consomme.

Elle permet en outre denvisager de rduire la section des canalisations par une tude doptimisation base sur les cots :

Des pertes en ligne,

De lnergie ractive consomme,

Des investissements en moins pour les canalisations lectriques et en plus pour

les quipements de compensation,

De maintenance de ces quipements.

Tensions usuelles

Les tensions les plus utilises dans la distribution de lnergie lectrique sont indiques ci-aprs

Rcepteurs

On utilise en BT : le 220 V pour lclairage et le 380 V pour la force motrice ;




En MT : le 3 KV ou le 6 KV pour les moteurs au-del de 300KW environ et le 20 KV pour les gros gnrateurs lectrothermiques, les fours, etc.

Sources

On utilise au Cameroun :

Pour la distribution : le 15 KV, ou le 30 KV

Pour le transport : le 90 KV, le 110KV et le 225KV

5. Choix technico-conomique dune pr-structure

Source dnergie La source principale dnergie est gnralement constitue par le rseau public du distributeur national ou par le rseau local dun distributeur priv. Pour des raisons de scurit, de continuit dexploitation ou de procd, la source principale dune installation lectrique est souvent accompagne dune source de secours.

Raccordement des sources Ces sources peuvent tre :

Des arrives du rseau du producteur/distributeur,

Des arrives de secours autonomes ou de secours diverses. Le raccordement des sources peut tre du type : Simple antenne simple JDB, Double antenne

simple JDB, Double antenne JDB trononn

6. Raccordement du neutre dun rseau de distribution

Les dfauts lectriques entre phase et terre peuvent avoir des consquences sur la scurit des personnes, la conservation des matriels et la continuit de service. Pour viter ou au moins rduire ces consquences, il peut savrer ncessaire de :

Situer le potentiel des rseaux par rapport celui de la terre pris en rfrence,

Contrler les courants homopolaires. Cest le rgime de neutre dont le choix conduit des diffrences de dimensionnement du matriel et au couplage de transformateurs de puissance. En BT les rgimes de neutre sont prsents par la norme NF C 15-100 tandis quen MT ils sont prsents par la norme NF C 13-200.




7. Pr-dimensionnement des matriels et calculs des performances

Pour la constitution dune pr-structure, des calculs prliminaires sont ncessaires au pr-dimensionnement des quipements. Ce pr-dimensionnement porte plus particulirement sur les sources, les transformateurs, les canalisations lectriques et les tableaux de distribution ou dalimentation. Les sources sont pr-dimensionnes en prenant en compte :

La puissance absorbe continue maximale,

Les extensions ou les volutions de puissances envisages,

Les conditions de service,

Les impacts de charge et leur frquence. Les transformateurs sont pr-dimensionns en prenant en compte :

La puissance absorbe continue maximale,

Les extensions ou les volutions de puissances envisages, en particulier : - Temprature ambiante dans certains cas, - Utilisation en service normal et en secours lorsque plusieurs transformateurs son

redondants ;

Les impacts de charge en particulier : - Dmarrage de gros moteurs (transformateur en pleine charge), - Les perturbations lies lexploitation normale du rseau et sur incident interne ou

externe.

Les liaisons sont pr-dimensionnes en prenant en compte :

La puissance transite maximale pour les cbles,

Le dimensionnement des transformateurs lorsquil sagit de cbles HT ou MT de connexion des rcepteurs,

La puissance maximale envisageable sur un tableau lorsque les cbles sont des connexions de distribution inter-tableaux.

Les conditions de pose,

La nature des cbles et de leurs isolants,

La longueur des liaisons,

Les surcharges occasionnelles.




Des calculs prliminaires de courants de dfauts permettent de dfinir les performances des tableaux de distribution ou dalimentation, en particulier :

- Le pouvoir de fermeture, - Le pouvoir de coupure, - Les contraintes thermiques et dynamiques.

Lintensit nominale des tableaux est dfinie en fonction de la puissance maximale consomme, mais galement en fonction des extensions envisageables sur le tableau.

II. Prsentation des communes de la zone dtude.

Les six arrondissements lectrifier sont : Maan, Olamze, Kyossi, Ambam, Akom II et Campo. Ils sont tous situs dans la rgion du sud Cameroun (voir la figure 1 ci-dessous).

1. La dmographie

La population totale de ces localits est prsente dans le tableau ci-dessous [2], [3]. Tableau 3: Nombre de mnages de la zone dtude

Croissance 3.88%/an Menages Menageshab/menage 6 30 ans aprs CommunesPopulation actuel crois geomAKOM II 7544 1257,33 3939,205685AMBAM 40000 6666,67 20886,56249CAMPO 4431 738,5 2313,70896MA'AN 11544 1924 6027,861934Kyossi 50000 8333,33 26108,20311OLAMZE 23604 3934 12325,16052

Totaux= 22853,8 71600,7027

Nous avons travaill avec une estimation (croissance gomtrique de 3,88 %/an) de la population 30 aprs partir des tendances actuelles. Ceci dans le but de la globalisation du pays (mergence, disponibilit nergtique en tout lieu) et dviter la dficience nergtique qui pourrait se poser avec le dveloppement qui suivra le projet dont la pose de la premire pierre a eu lieu le Vendredi 15 Juin 2012 par le Prsident de la Rpublique.

2. Gnralits environnementales de la zone dtude

La zone dtude est soumise un climat tropical humide. La pluviomtrie annuelle oscille entre 1500 et 2000 mm. La temprature oscille entre 20.5C et 33.8C. Lhumidit relative moyenne annuelle oscille entre 83.5% et 83 [4]. Le relief est peu accident et en majorit forestier tandis que de nombreuses rivires et le Ntem arrosent la zone.




Figure 1: Carte de la zone dtude [3]

CHAPITRE I : METHODOLOGIE DE LA CONCEPTION DUN RESEAU ELECTRIQUE DE DISTRIBUTION

24 Etude de la densification de rseau lectrique autour de la centrale hydrolectrique Memveele'


3. Llectrification rurale

a. La Demande A partir de la caractrisation et de lestimation de la consommation en nergie des localits, on peut valuer les diffrentes configurations dapprovisionnement. Pour un dveloppement durable, une telle valuation doit prendre en considration les avantages conomiques, mais aussi environnementaux.

Les usages des secteurs domestiques et non domestiques sont envisags. En premier niveau, on cherche desservir les besoins des utilisations productives qui gnrent le dveloppement conomique local et celles des mnages. De cette faon, il est ncessaire davoir les donnes dappui sur la population, la quantit des mnages, ses capacits de paiement et le service souhait qui permet de raliser une segmentation des mnages de ces localits.

b. Le rsidentiel Le matriel lectrique mnager est compos principalement de : lampes, radio, radio cassette, TV couleurs, conglateur, rfrigrateur, fer repasser, chargeur de tlphone, ventilateur... Il est raisonnable de constater sur les localits dj lectrifis de la rgion, comment se produit lvolution de la consommation nergtique et quand se font les achats des nouveaux appareils afin denvisager la croissance en consommation nergtique globale qui suit llectrification.

Il est vrai que pour un mnage, l'acquisition des deuximes et troisimes appareils se fait entre la 2ime et 4ime anne qui suit la date de raccordement au rseau lectrique et que la consommation dun mnage se stabilise par aprs.

Dans nos calculs, nous nous plaons dans la situation o la consommation sest dj stabilise. La demande moyenne mensuelle dun mnage selon lhypothse de

croissance conomique (pays mergent) est de 191.88 KWh/mois.

c. Les usages communautaires Dans cette partie, on envisage les usages non domestiques qui ont comme fonction principale un service public (clairage, installations sanitaires, coles, btiment administratifs ou centres de rcration) ou qui concernent aux activits dexpression culturelle ou de culte.




d. Les activits gnratrices de revenus Pour que llectrification rurale serve comme un moyen effectif du dveloppement local, il est essentiel que les technologies dapprovisionnement soient capables de soutenir les activits productives ou commerciales qui gnrent des revenus.

Les applications de haute puissance exigent un systme dapprovisionnement robuste.

Dun autre ct, il est ncessaire que les appareils installer aient un bon rendement. Dans le march, on trouve facilement des machines avec des puissances rduites.

Demandes particulires : Les industriels tels que HEVECAM, SOCAPALM et WIJMA ont manifest leurs intentions dachat de lnergie denviron 25 MW en tout [5].

e. Bilan de la demande annuelle (Confre chapitre 4)

Tableau 4: Bilan de la demande annuelle

Consommateur Demande moyenne (KWh/an) Rsidentiel 164.865.599 Non rsidentiel 15.939.269,4 Eclairage publique 16.486.559,9 Client MT 75.000.000

Le dimensionnement du systme est fait sur la base de la consommation journalire. On utilise plutt la courbe de dure de charge (important pour identifier la pointe et sa dure), que la quantit en nergie approvisionner. Pointe de puissance : 70.669 MW

En ralit, on devrait tenir compte dun coefficient de simultanit qui reprsente la probabilit que tous les consommateurs se connectent simultanment au rseau, mais tant donn que dautres clients gros consommateurs actuellement inaperus se pointeront sans doute une fois le projet mis sur pieds cela ajout la possibilit dextension sur le RIS, nous nous sommes permis de prendre un coefficient de simultanit gal 1.

f. Prvision de lallure de la courbe de puissance Les caractristiques principales de la courbe de consommation sont:

- lclairage publique est allum pendant toute la nuit,




- le matin commence avec la consommation des mnages qui se prparent pour aller au travail, les boutiques, les bureaux administratifs et les commerces fonctionnent majoritairement en journe, - les industriels fonctionnent en permanence. - le soir, le public rentre chez soi; la consommation domestique et lclairage public appellent une grande puissance. Il en ressort que les priodes de pointes seraient de 4-9h et 18-23h.

Fig. 2: Allure de lappel journalier de puissance

g. Approvisionnement en nergie Ces localits utilisent :

-le bois nergie pour le chauffage, -le ptrole lampant pour lclairage,

-le groupe lectrogne (diesel) pour llectrification communale, - les panneaux Photovoltaques pour llectrification individuelle, -la centrale thermique (majoritairement pour lalimentation du chteau deau de la SNEC Campo), -le RIS alimentant la ville de Kribi et se dlimitant AKOM II, Les autres alternatives sont :

-la conversion des dchets urbains en mthane qui sert de combustible, -lexploitation du fort potentiel hydrologique de la rgion pour la production de lnergie lectrique.

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30

Rsidentiel(MW)

Non Residentiel

(MW)

Eclairage

publique(MW)

Client MT (MW)

Puissance

totale(MW)Horaire (hr)

MW




Le projet Memveele sinscrit dans lexploitation du potentiel hydrolectrique de la zone. Il devra servir en partie rpondre la demande locale.

III. Choix de la pr-structure Vue la rpartition dmographique actuelle (le long de la route principale D14), on serait tent choisir un rseau radial, mais pour des raisons de fiabilit et de prservation de la continuit de service, nous optons pour un rseau boucl (avec une possibilit douverture OKONG) deux mailles dont les ramifications sont de structure radiale tel que prsent au chapitre 4.

CONCLUSION

Aprs la mthodologie de conception du rseau, nous avons pass en revue le panorama de la zone dtude. Cela nous a permis davoir les outils de base pour la conception du rseau de distribution de lnergie lectrique dans ses localits. Etant donn, que nous travaillons dans le cadre de lmergence, il est question de mettre sur pieds une structure lectrique qui rpondra quantitativement et qualitativement la demande lectrique des localits dintrt ; ainsi nous avons boucl le rseau pour la vertu qualitative et choisi une demande lectrique suffisante pour la rponse quantitative. Partant du prsent, nous nous sommes projeter aux besoins possibles lmergence et la suite du travail sera base sur cette projection. Au chapitre suivant, les outils de dimensionnement du rseau lectriques sont prsents.

CHAPITRE II : DIMENSIONNEMENT DU RESEAU ELECTRIQUE







INTRODUCTION

Suite la connaissance des caractristiques de la zone dtude, il nous revient de proposer un modle de densification du rseau lectrique dans les six arrondissements de cette zone. Dans ce chapitre nous prsentons les outils de dimensionnement dun rseau lectrique.

I. Choix du niveau de tension

On utilise le plus souvent la formule ci-dessous pour le choix du niveau de tension pour une puissance transmise donne [6], [7], [8].

Pt= . . . . O Pt [MW] est la puissance transmissible entre les deux extrmits de la ligne, U [KV] est la tension entre phases de fin de la ligne, X (/km) est la ractance de la ligne, L[km] est la longueur de la ligne, Ce qui permet de dduire lordre de grandeur de U :

U=. . En prenant en compte laccroissement a de la population, la rpercussion sur la demande nergtique influence le niveau de tension par la formule suivante :

U=. . . . Cette formule ne donne quun ordre de grandeur du niveau de tension, partir des contraintes conomiques et techniques, on choisit le niveau de tension normalis le plus proche. NB : Les rsultats des calculs des lments du rseau prsents dans ce chapitre sont restitus au chapitre 4. Toutefois, nous prsentons par endroit et en gras certains rsultats obtenus et les autres sont renvoys au chapitre sus cit.

En ce qui concerne le niveau de tension, le code Guy.0 que nous avons implment nous donne

U=30 KV

II. Composants dune ligne

Une ligne de transport se compose principalement de conducteurs, disolateurs et de supports.




1. Les conducteurs

Les conducteurs des lignes ariennes haute tension sont toujours nus. On emploie presque exclusivement des cbles en cuivre, des cbles en Almlec et des cbles en aluminium avec me en acier. Ces derniers sont gnralement les plus conomiques. La section des conducteurs se calcule par la formule suivante :

= = . []. . Avec s: section du conducteur (mm2), j : la section conomique (KA/mm2), S (MVA) est la puissance apparente devant traverser le conducteur, U (KV) la tension compose.

2. Les isolateurs

Les isolateurs servent supporter et amarrer les conducteurs et les isoler entre eux et de la terre. Ils sont gnralement en porcelaine ou en verre (le verre a une tension de tenue plus leve) [9].

Tableau 5 : Caractristiques gomtriques principales des isolateurs assemblage

rotule et logement de rotule

Dsignation CEI

Charge de rupture (KN)

Norme dassemblage (1) (CEI 60120)

Diametre de la partie isolante (mm)

Pas nominal (mm)

Ligne de fuite (mm)

U40 40 11 175 100 ou 110 185 U70 70 16 255 127 ou 146 280 U100 100 16 255

288 127 146

318 440(2)

U160 160 20 280 320

146 170

370 540(2)

U300 300 24 320 195 480 U400 400 28 360

380 206 220

525 550

U530 530 32 380 440

240 255

600 640

(1)La norme dassemblage pour les isolateurs capot et tige assemblage rotule correspond au diamtre de la tige, (2)utiliss en zone pollue

On choisit les isolateurs :

en fonction de la tension de service de la ligne , en fonction des efforts mcaniques auxquels ils sont soumis (poids des conducteurs et du givre, action du vent, tension mcanique des conducteurs ventuellement) ,




en ce qui concerne leur nature (rigides ou suspendus), en fonction du prix de revient de la ligne et de son importance ; en gnral dans les petites sections (< 50 mm2), une ligne sur isolateurs rigides est moins coteuse quune ligne sur isolateurs suspendus, tout au moins dans des rgions peu sujettes des surcharges climatiques importantes, en fonction de la pollution du site. Le facteur prdominant pour la tenue sous pollution est la ligne de fuite Lf de lisolateur. Les isolateurs les plus couramment utiliss ont un rapport :

2 < Lf /p < 2,5 Avec p= pas de lisolateur.

Tableau 6:Isolateurs ou chanes disolateurs couramment utiliss

Tension (KV) Isolateurs rigides Isolateur suspendu capot et tige

20 Srie HT 20 en verre tremp 2 lments U40 de 100 mm de pas

Srie HT 22 en verre tremp 3 lments U40 de 100 mm de pas

63 Non utiliss 5 lments U100 de 130 mm de pas


225 Non utiliss 14 lments U100 de 130 mm de pas ou 13 lments U160 de 145 mm de pas


Suite aux calculs, la traction des isolateurs de suspension due au poids des conducteurs est pequ =2779 N (confre chapitre 4), on choisit les isolateurs U40 en verre. Car pequ




forme de portiques. Le bois est souvent inject de crosote (huile caustique, dsinfectant) de certains sels mtalliques pour le prserver contre la pourriture. Pour les lignes de trs haute tension on emploie toujours les pylnes mtalliques. Ils sont constitus de fers cornires boulonns. La distance entre les fils conducteurs doit tre suffisante pour empcher leur contact mme sous laction dun vent violent. Lcartement entre les fils doit tre dautant plus grand que la distance entre les pylnes est plus grande et que la tension de ligne est plus leve.

a. La porte

Cest la distance qui spare deux supports conscutifs. Calcul de la porte hypothtique : Lquation dtat pour le calcul de la porte est donne par lquation. Suivante [10].

= . !"($!$%&)()%& *!()* []. . O : X [m] est la porte hypothtique, +,-. [N] est la tension mcanique maximale que le conducteur peut supporter, +/.0,-. [N] est la tension du conducteur dans les conditions les plus dfavorables (=Tmax/3), E [N/mm2] est le module de Young du conducteur, 1[K-1] est le coefficient de dilatation linaire du conducteur, 2/.0,-.[C] est la temprature absolue maximale du conducteur dans les conditions les plus dfavorables (48C), 2/.0,34[C] est la temprature absolue minimale dans les conditions les plus dfavorables (20C), S (mm2) est la section du conducteur, 5/.0,34 [N/m] est le poids linique quivalent du conducteur correspondant 2/.0,34 , 5/.0,-. [N/m] est le poids linique quivalent du conducteur correspondant 2/.0,-. Pour ce qui est du calcul de la tension mcanique, on se place dans lhypothse la plus dfavorable selon laquelle la direction du vent est horizontale (vitesse maximale 8 m/s, temprature maximale 48C), le conducteur tant soumis essentiellement trois forces dans les zones quatoriales (pas de givre, le poids des eaux de pluie tant ngligeable), le conducteur est soumis laction de son poids, de la force latrale du vent et sa tension mcanique. A lquilibre, la tension mcanique est oppose la somme des deux autres forces.




b. Calcul de la force maximale du vent sur le cble :

F= 67. 8%9:. . [-3? est la masse volumique de lair = 1,3Kg/m3 V est la vitesse maximale du vent,

est le diamtre moyen du conducteur, X est la porte.

c. Calcul de la flche maximale:

La flche est maximale dans les conditions thermomcaniques extrmales du conducteur. Elle se calcule par :

6 = ) @. []. . A d. Longueur du cble dune porte :

La longueur dun arc de chanette de porte X a pour expression :

B = . CDEF ( *[]. . @ Avec a =GHIH (paramtre), o +J [N]est la rsistance de rupture du cble et KJ[N/m] son poids linique.




e. Calcul de L et de pequ : Les quations projetes dquilibre rapportes aux extrmits du cble sont :

Suivant la direction X : MNC(L)+ OCDE(L)= Pequ equ.. P Suivant la direction Y : Ksin#T)= U cos#T' 5YZ L [\M][ E (O* . . O P est le poids du conducteur sur une porte, F est la force que le vent exerce sur le conducteur.

f. Calcul des distances

a) Calcul de la garde au sol :

La garde au sol signifie la hauteur en dessous de laquelle un conducteur ne doit pas se trouver. Sa valeur est dterminante pour le calcul de la hauteur des supports. Les distances minimales respecter pour assurer la scurit des personnes au regard du risque lectrique sont:

Distances verticales au-dessus du sol des constructions et des voies de circulation, Distances aux obstacles latraux, Distances aux autres lignes ariennes.

Les distances minimales D pour les surplombs et les voisinages sont la somme dune distance de base b et dune distance de tension t.

D= b + t equ.. - La distance de base b est dtermine par des considrations dencombrement partir de laffectation du sol et de la nature des installations quil comporte; - La distance de tension t est fonction de la tension entre phases U de la ligne et de la probabilit quune personne ou un objet soit situ la distance de base b du sol ou de linstallation considre. Trois cas de probabilit sont prvus: - Probabilit de voisinage faible t1 = 0.0025 U - Probabilit de voisinage moyenne t2 = 0.0050 U - Probabilit de voisinage forte t3 = 0.0075 U




Avec U exprime en kV, D, b et t en mtre. Les valeurs usuelles de t1, t2 et t3 en fonction de U sont donnes dans le tableau suivant: Les valeurs usuelles de t1, t2 et t3 en fonction de U sont donnes dans le tableau suivant:

Tableau 7 : distance (m) de tension en fonction de la tension de service

U BT 20 KV 63 KV 90 KV 225 KV 400 KV

t1 0 0 0,20 0,20 0,60 1,00

t2 0 0 0,30 0,50 1,10 2,00

t3 0 0,20 0,50 0,70 1,70 3,00

b) Les hauteurs minimales au-dessus des traverses de lignes ariennes

Les distances minimales des lignes ariennes doivent tre respectes. Pour toutes les tempratures que peut prendre la ligne, les tempratures comprises entre les tempratures de rpartition et la temprature la plus basse de la rgion. En tenant compte, si ncessaire, du balancement des cbles sous vent rduit. Les distances minimales D des conducteurs, par rapport aux lments des lignes ariennes de toute nature tablies sur supports indpendants, sont gales D = b+t3

Avec ^ = +B `. a6 c[]. . X: porte en m

f: flche en m. dJ: longueur du cble dune porte en m

c) Hauteur au-dessus des voies de circulation

Les distances minimales respecter sont donnes dans le tableau suivant:

Tableau 8: Distances minimales au-dessus des voies de circulations

Arrt technique Voies normales b+t3 Itinraire pour vhicules de grande hauteur

h+1+t2

Chemin de fer Support de fil de contact et de catnaire

b+t2

Gabarit cinmatique du matriel

b+t2




d) Distances minimales aux cours deaux et aux plans deaux non navigables

Tableau 9: Distances minimales au-dessus des cours deau

Arrt technique Hauteur au-dessus de plus hautes eaux

b+t1

Hauteur sur le niveau dtiage

b+t1

e) Distances minimales aux Maisons et immeubles

Tableau 10: Distance minimales au-dessus des maisons et immeubles

Arrt technique

Temprature de rpartition b+t3

f) Ecartement entre conducteur [11] : Lcartement entre conducteur est fonction du niveau de tension et de la porte par la relation :

= . @ (ea6 + + *[]. . Avec E : cartement minimal entre conducteurs, k: un coefficient dpendant de la nature du conducteur k = 0.8 pour lAluminium-acier, L: la longueur libre de la chaine disolateurs.

g) Calcul de la distance minimale phase-terre fL< fL< = , + &h []. .

4. Calcul de la gomtrie des supports [10]

Il existe gnralement quatre modles : nappe, nappe-vote, triangle et drapeau. Pour chaque modle de support, il existe trois types de support : suspension (alignement), arrt (ancrage) et angle.

Prsentation de lun des modles : le modle triangle. Avant de dimensionner le support d'alignement, nous devons dfinir plusieurs valeurs : - distance entre phases : E,vertical




E,vertical= + iO. a6 _ . .

Typeequationhere. est dduit approximativement partir du nombre N de jupes et du pas (Pas) de la chane disolateurs (tu=N.Pas). Distance horizontale entre phases : E,horizontal

E,horizontalv ,@7h(w* E,vertical [m] equ.. =

Dans le cas des pylnes de suspension et d'ancrage on a = 0, mais dans le cas des pylnes

d'angle, 0. Un ordre de grandeur pour est 30 Figure 3:Gabarit dun support.

Pour dimensionner le bras de suspension du pylne, nous devons tout d'abord considrer

l'espacement vertical entre la phase et le bras, ce qui nous conduit dfinir ' : ' > .cos(MAX/2) [m] Ensuite la longueur L1 est dfinie avec l'espacement horizontal entre la phase et le pylne:

L1 = E,horizontal + ' . cos(MAX/2) [m] equ.. A Tandis que pour L2, nous devons considrer la fois la distance phasephase et la distance phase-terre :

L2 = max(E,vertical ; + EN) [m] equ.. @ Avec




EN = . + &h! [m] equ.. P L'ventuel cble de garde sera plac en tte du pylne. Il sera plac une distance suffisante des phases ( savoir EN). La Hauteur hors sol HHrSol est calculable :

HHrSol = Gsol + Fmax + + L2 [m] equ.. Fmax : flche maximale (m), Gsol : garde au sol (m) Avec un ventuel supplment au cas o on prendrait en compte un cble de garde. La profondeur d'enfouissement du pylne est une fonction de sa hauteur totale. Elle est impose par la norme:

Prof = 0,1 . H + 1 [m] equ.. A partir de l nous pouvons dterminer la hauteur totale de notre pylne. L'quation globale de la hauteur par rapport la hauteur hors-sol est la suivante:

x = . y(xx9hB + ). P z[] equ.. Nous avons alors dtermin le gabarit du pylne triangle. Les gabarits suspension, ancrage et angle sont lgrement diffrents car certains paramtres le sont : , SL, ...

Effort en tte des supports de suspension :

La tte dun support subit trois moments : - M1 = moment d au poids propre de l'ensemble, form par les conducteurs, les chanes d'isolateurs; - M2 = moment d la force arodynamique du vent s'exerant sur les conducteurs ; - M3 = moment d la force arodynamique applique de faon rpartie sur le support. M1 est nul pour les pylnes nappe et nappe-vote. Il ne l'est pas pour les pylnes triangle et

drapeau. Pour le calculer, il faut multiplier le bras de levier par la force "poids". Cette force se compose du poids linique des conducteurs, multiplie par deux fois la longueur d'une demi-porte, auquel on ajoute le poids de la chane d'isolateur. Ce calcul doit tre effectu pour les trois phases. Pour le modle triangle :




M1= (PO.X + PChainIsol)L1 [N.m] equ.. Pour le modle drapeau :

M1= (3PO.X + PChainIsol)L1 [N.m] equ. . M1=0 pour les modles symtriques ( nappe et nappe-vote).

{ = . @ 8%9:. . |. (.xx9hB . . )[-3?- la masse volumique de lair, V- la vitesse du vent (m/s), -le diamtre moyen du cble (m)

III. Calcul des jeux de barres [11]

On dtermine les dimensions du jeu de barres en tenant compte des conditions normales dexploitation. La tension (kV) laquelle est porte linstallation fixe la distance entre phases et entre phases-masse et dtermine la hauteur et la forme des supports. Lintensit assigne du courant traversant le jeu de barres nous sert dterminer la section et la nature des conducteurs. Les supports (isolateurs) doivent rsister aux effets mcaniques et les barres doivent rsister aux effets mcaniques et thermiques dus aux courants de court-circuit. Il faut que la priode de vibration propre des barres nentre pas en rsonance avec la priode du courant.

1. Caractristiques des JDB

i.Caractristiques lectriques du jeu de barres

Scc : puissance de court-circuit du rseau (MVA) Ur : tension assigne (kV) U : tension de service (kV) Ir : courant assign (A)




ii.Caractristiques physiques du jeu de barres

s : section dune barre (cm2) d : distance entre phases (cm) l : distance entre isolateurs dune mme phase (cm) n : temprature ambiante (n 40C) (C) ( - n): chauffement admissible (C) profil : plat

matire : cuivre ou aluminium

disposition : plat ou sur chant nombre de barre(s) par phase

Tableau 11: Ecart de temprature admissible

Nature de lorgane du matriau et du dilectrique

Temprature 2(C) (2 24) avec 24= 40C Raccords par boulons ou par dispositifs quivalents, Cuivre nu, alliage de cuivre nu ou alliage daluminium dans Lair 90 50 Le SF6 105 65 Lhuile 100 60 Argents ou nikels dans Lair 115 75 Le SF6 115 75 Lhuile 100 60 Etams dans Lair 105 65 Le SF6 105 65 Lhuile 100 60

2. Intensit admissible

= . . P($ $&).=. .. 8.Pa8["($!)] . . @

I : intensit admissible exprime en ampres (A) p :primtre dune barre (cm) 20 : rsistivit du conducteur 20C :




: Cuivre : 1,83 cm

: Aluminium : 2,90 cm : coefficient de temprature de la rsistivit : 0,004 K : coefficient de conditions produit de 6 coefficients (k1, k2, k3, k4, k5, k6), dcrits ci-aprs. Dfinition des coefficients k1, 2, 3, 4, 5, 6 : Le coefficient k1 est fonction du nombre de barres mplates par phase pour :

- 1 barre (k1 = 1) - 2 ou 3 barres, voir le tableau ci-dessous :

Tableau 12: coefficient K1

a/e 0.05 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 Nb de barres par phase

K1 2 1.63 1.73 1.76 1.80 1.83 1.85 1.87 1.89 1.91 3 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.63 2.65 2.68 2.70

Le coefficient k2 est fonction de l'tat de surface des barres : - nues : k2 = 1

- peintes : k2 = 1,15 Le coefficient k3 est fonction de la position des barres :

- barres sur chant : k3 = 1 - 1 barre plat : k3 = 0,95 - plusieurs barres plat : k3 = 0,75

Le coefficient k4 est fonction de lendroit o sont installes les barres : - atmosphre calme lintrieur : k4 = 1

- atmosphre calme lextrieur : k4 = 1,2

- barres dans une gaine non ventile : k4 = 0,80




Le coefficient k5 est fonction de la ventilation artificielle : - sans ventilation artificielle : k5 = 1 - le cas avec ventilation devra tre trait au cas par cas et ensuite valid par des essais.

Le coefficient k6 est fonction de la nature du courant : pour un courant alternatif de frquence 60 Hz, k6 est fonction du nombre de barres n par phase et de leur cartement. Valeur de k6 pour un cartement gal lpaisseur des barres : n= 1-2-3 ; K6= 1-1-0.98 (respectivement)

La solution choisie convient si Ir




( - n) : chauffement admissible C Il faut que lcart de temprature soit infrieur celui supportable par le jeu de barres.

3. La tenue lectrodynamique

Efforts entre conducteurs en parallle Les efforts lectrodynamiques conscutifs au courant de court-circuit sont donns par la formule :

O = B . ~& . !@. 2.30 Avec

F1 : effort exprim en daN, d : distance entre deux barres Idyn : est la valeur crte du courant de court-circuit exprim en A, calculer avec la

Formule : ~& e. . .

Scc : puissance de court-circuit (kVA) l : distance entre isolateurs d'une mme phase cm d : distance entre phases cm k : 2,5 pour 50 Hz ; 2,6 pour 60 Hz selon CEI et 2,7 selon ANSI

Effort en tte des supports ou traverses

O O.x _ x . .

Avec

F : effort (daN) H : hauteur de lisolateur (cm) h : distance de la tte de lisolateur au centre de gravit du jeu de barres (cm)




Calcul dun effort si N supports Leffort F encaiss par chaque support est au maximum gal leffort calcul F1 multipli par un

coefficient kn qui varie suivant le nombre total N de supports quidistants installs. - nombre de supports = N N=2-3-4->=5 ; kn=0.5-1.25-1.10-1.14 (respectivement)

Leffort trouv aprs application du coefficient k est comparer la tenue mcanique du support laquelle on appliquera un coefficient de scurit : Les supports employs ont une rsistance la flexion F ; Il faut que F > F

4. Tenue mcanique des barres

= O. B . . . avec

(daN/cm2): est la contrainte rsultante, elle doit tre infrieure la contrainte admissible par les barres soit : - cuivre 1/4 dur : 1 200 daN/cm2 -cuivre 1/2 dur : 2 300 daN/cm2 -cuivre 4/4 dur : 3 000 daN/cm2 -aluminium tam : 1 200 daN/cm2 F1 : effort entre conducteurs (daN) l : distance entre isolateurs dune mme phase (cm)




I/v : est le module dinertie dune barre ou dun ensemble de barres (cm3) (voir le tableau ci-dessous) v : distance entre la fibre neutre et la fibre la plus contrainte (la plus loigne) (voir annexe 6) Il faut que < Barres Cu ou Al (en daN/cm2)

5. Frquence propre de rsonance

Les frquences propres de vibration viter pour les barres soumises un courant de 50 Hz sont les frquences voisines de 50 et 100 Hz. Cette frquence propre de vibration est donne par la formule :

6 = . . B . . f : frquence de rsonance (Hz) E : module d'lasticit :

- cuivre = 1,3 106 daN/cm2 - aluminium A5/L = 0,67 106 daN/cm2

m : masse linique de la barre daN/cm ; (Choisir la valeur dans le tableau ci-dessus) l: longueur entre 2 supports ou traverses cm I : moment d'inertie de la section de la barre par rapport l'axe x'x perpendiculaire au plan de vibration (cm4) Il faut que cette frquence soit en dehors des valeurs proscrites, savoir de 42 58 et de 80 115 Hz

IV. Calcul des cots [10]: Nous allons distinguer diffrents cots : les supports, l'indemnisation, les accessoires, les conducteurs, le tirage des conducteurs et les pertes par effet Joule.

1. Cot des supports

On dtermine tout d'abord le nombre de pylnes :




Dtermination du cot des supports sur terre meuble : Le cot des supports est une fonction de deux de ses caractristiques : sa hauteur H et son effort en tte maximal (Effort). Les valeurs des coefficients C1-C5 dpendent du modle de pylne : symtrique ou non. L'quation suivante contient le prix des fondations.

7h = i + i.xi + i. i [FCFA], [10] equ. . = Tableau 13: coefficients des fonctions cots

C1 C2 C3 C4 C5

symtrique -11600 48,28 2,28 1,607 0,99

dissymtrique -11200 48,28 2,28 1,607 0,99

Ensuite, le cot de chaque pylne (suspension, arrt et angle) est multipli par les pourcentages respectifs de chaque pylne, et ensuite par le nombre total de pylnes. Nous devons aussi tenir compte du type de sol dans lequel seront construites les fondations. Les trois types de sols proposs sont : meuble, pierreux et rocheux. Nous disposons de deux quations:

Pierreux = 640 + 1,11 . Meuble [FCFA], [10] ; equ.. A Rocheux = 7921 + 1,04.Meuble + 2,6.10-6.Meuble2 [FCFA], [10] equ.. @ o Meuble est le cot des pylnes en terrain meuble, celui calcul ci-dessus.

2. Cot de l'indemnisation.

Nous avons l'quation suivante :

Cot= 2155+0.14.x + 6.10-7.x +6.10-11.x3 10-15.x4 [FCFA], [10] equ.. P O x est le prix dun pylne de suspension en terrain meuble.

3. Cot de la ferrure

Parmi les accessoires, on distingue la ferrure des chanes d'isolation. Le cot de la ferrure dpend de la longueur des bras de ferrure et de l'effort auquel est soumis le bras

Pferrure= k.n.br.Effort [FCFA], [10] equ..




Avec k : coefficient de proportionnalit qui vaut 0.375 F/m.N n : le nombre de phase, br : la longueur du bras de ferrure. Effort : effort en tte.

4. Cot des conducteurs (canalisations) .

Les conducteurs des lignes ariennes se vendent au poids. On value leur prix via l'quation suivante :

3[phase].PrixKg.8.L1.S1, [FCFA], [10] equ..

O : PrixKg est le prix au kg du matriau utilis. Il est de 80 F/kg pour le cuivre, 70 F/kg pour l'aluminium et 100 F/kg pour l'AMS (Almlec) ; [Kg/m3] est la masse volumique du matriau la temprature de service ; L1 [m] est la longueur de la jonction ; S1 [m] est bien entendu la section des conducteurs.

5. Cot du tirage des conducteurs.

Le tirage constitue l'tape de placement des conducteurs, c'est--dire leur suspension aux supports. Il parat vident que le cot sera diffrent en fonction de l'accessibilit aux supports. Pourtant, le cot est modlis par un terme constant et un terme proportionnel la section. Les frais d'installation seront d'autant plus importants que le conducteur est lourd.

Cot = L1.(291 . S1 + 54 465) (3.60) [FCFA], [10] equ.. O la section S1 est exprime en mm2 et la longueur L1 en km.

6. Cot des pertes actualises.

Le cot actualis des pertes dpend du prix de lnergie, des rgles financires damortissement et de la charge de la liaison. Dans le cas particulier o le prix de lnergie et la charge de la liaison sont suppose constants pendant la priode damortissement, la somme actualise des pertes joules est en francs :

7. 8...7. ! avec = ()!() : dure de lamortissement (annes),




t : taux dactualisation (%),

> :rsistivit du mtal conducteur la temprature de service (/mm2/km) ; 70C pour le cuivre vaut 20 ,7 et pour laluminium vaut 33,9, pour lAlmlec : 42.7545

L : longueur de la liaison (km), w : nombre dheures de services de la liaison pendant une anne,

I : intensit transporter (A) suppose constante en cas de rgime variable, lintensit quadratique moyenne est utilise,

S : section du conducteur (mm2, c : prix de lnergie (FCFA/kwh), Q : cot marginal, par km de cble, d1 mm2 de section, : nombre de conducteur actif de la liaison, NB : Le cot total dune ligne de transport est de la forme gnrale [15] :

(P+QS)L + . .u... 10! ; Ce cot passe par un minimum pour = .J

.... ; cest la densit de courant conomique.

Nous choisissons pour nos calculs les valeurs suivantes :

Rgime de fonctionnement : 5000 h/an en pleine charge,

=5 ans, Taux dactualisation : t=10%

Prix de lnergie : c=75 FCFA/Kwh

Matire de lme : Almlec

Cot marginal : Q=23300 (FCFA/km)/mmpar phase Nous choisissons lAlmlec pour la raison principale que nous lutilisons dans le domaine des drivations en plus du fait que la zone dtude connait trs peu de temptes et les efforts mcaniques auxquels les conducteurs seront soumis est moindre (Confre annexe 5).




CONCLUSION

Nous avons prsent les fondamentaux de dimensionnement du rseau lectrique. Il sagit des outils de calcul des grandeurs lectriques, gomtrique, mcaniques et une bauche des cots de quelques lments du rseau lectrique concern. Au chapitre suivant il est question de prsenter les lments de protection du poste de transformation.

CHAPITRE III : PROTECTION DU POSTE DE TRANSFORMATION







INTRODUCTION

Un transformateur de puissance joue principalement le rle de conversion du niveau de

tension. Celui-ci tant en permanence sujette de nombreux dfauts il est indispensable

dassurer sa protection pour garder la fiabilit du rseau. Il est question dans ce chapitre de

prsenter le minimum de protection implmenter en guise de sa protection.

I. Appareillages dun poste de transformation MT

Les principaux lments dun poste de transformation sont les suivants : -disjoncteurs, -parafoudres, -sectionneurs,

-Interrupteurs cornes,

-sectionneurs de mise terre, -Sectionneurs de barres, -bobine de point neutre (BPN) -transformateur principal,

-transformateur biberon (transformateur services auxiliaires : TSA) -transformateurs de tension (TT) -transformateurs de courant (TC). Nous prsentons ci-dessous pour le cadre de notre travail, les paramtres essentiels tenir en compte pour le choix de certains de ces lments.

NB : Dans la suite les valeurs marques dun astrisque * reprsentent les valeurs choisir pour nos quipements. Certains rsultats de calculs sont galement prsents en gras (dcisions prises aprs les calculs ; se rfrer au chapitre 4).

1. Les disjoncteurs

Les plus rpandus sont coupure dans : lhuile, lair comprim, le SF6, le vide.

Pour le poste, nous proposons le choix des disjoncteurs au SF6 ou vide, tandis que pour le reste du rseau, nous proposons les disjoncteurs air comprim.




Les disjoncteurs MT Le disjoncteur est un appareil qui assure la commande et la protection dun rseau. Il est capable dtablir, de supporter et dinterrompre les courants de service ainsi que les courants de court-circuit.

Le circuit principal doit supporter sans dommage : - le courant thermique Icc = courant de court-circuit pendant 1 ou 3 s - le courant lectrodynamique : 2,5 Icc pour 50 Hz (CEI), 2,6 Icc pour 60 Hz (CEI), 2,7 Icc (ANSI), pour constante de temps particulire (CEI). - le courant de charge permanent. Un disjoncteur tant la plupart du temps en position "ferm", le courant de charge doit circuler sans emballement thermique pendant toute la dure de vie de lappareil.

Caractristiques dun disjoncteur MT Caractristiques assignes obligatoires -Tension assigne,

-Niveau disolement assign, -Courant assign en service continu,

-Courant assign de courte dure admissible, -Valeur de crte du courant admissible assign, -Dure du court-circuit assign, -Tension assigne dalimentation des dispositifs de fermeture douverture et des circuits auxiliaires,

-Frquence assigne,

-Pouvoir de coupure assign en court-circuit, -Tension transitoire de Rtablissement (TTR) assigne, -Pouvoir de fermeture assign en court-circuit, -Squence de manuvre assigne, -Dures assignes.




Tension assigne ( 4.1 CEI 60 694) La tension assigne est la valeur efficace maximale de la tension que le matriel peut supporter en service normal. Elle est toujours suprieure la tension de service. Valeurs normalises pour Ur (kV) : 3,6 - 7,2 -12 - 17,5 - 24 36*.

Niveau d'isolement assign ( 4.2 CEI 60 056 et 60 694) Le niveau d'isolement est caractris par deux valeurs : - la tenue londe de choc (1,2/50 s) - la tenue la frquence industrielle pendant une minute.

Tableau 14: Niveau disolement assign

Tension assigne Tenue londe de choc Tenue frquence industrielle

Ur (KV) Up (KV) Ud (KV) 7,2 60 20

12 75 28

17,5 95 38

24 125 50

36 170* 70*

Courant de courte dure admissible ( 4.5 CEI 60 694)

=

. .

Scc : puissance de court-circuit (MVA) U : tension compose de service (KV) Icc : courant de court-circuit (KA) Cest la valeur normalise efficace du courant de court-circuit maximale admissible sur un rseau pendant 1ou 3 secondes. Valeurs du pouvoir de coupure assign en court-circuit maximale (KA) : 6,3-8-10-12,5-16-20-25-31,5-40-50-100.

Le courant de court-circuit de chaque JDB, permet de choisir le pouvoir de coupure des disjoncteurs (se rfrer lannexe 3 pour quelques courants de court-circuit et au chapitre




4 pour la prsentation du schma unifilaire du rseau). Par exemple, le courant de court-circuit traversant le disjoncteur CB9 30 KV est de 11,966 KAeff , ceci permet de choisir un disjoncteur de pouvoir de coupure =12,5 KA. On fait de mme pour les autres disjoncteurs.

Valeur de crte du courant admissible ( 4.6 CEI 60 694) et pouvoir de fermeture ( 4.103 CEI 60 056) Le pouvoir de fermeture est la valeur maximale quun disjoncteur est capable dtablir et de maintenir sur une installation en court-circuit. Il doit tre suprieur ou gal la valeur crte du courant de courte dure assign. Icc tant la valeur maximale du courant de court-circuit assign pour la tension assigne du disjoncteur. La valeur de crte du courant de courte dure admissible est gale : 2,5 Icc pour 50 Hz 2,6 Icc pour 60 Hz 2,7 Icc pour les applications particulires.

Le pouvoir de fermeture du disjoncteur JD9 est donc (pour 50 Hz) 2.5x12,5 KA = 31,25 KA. On fait de mme pour les autres disjoncteurs.

Dure du court-circuit assigne ( 4.7 CEI 60 694) La dure de court-circuit assigne est gale 1 3 secondes.

Pour la dure de fonctionnement des disjoncteurs, on choisira une dure entre 0 et 2 secondes en tenant compte de la coordination des protections. Ceci dit les disjoncteurs en tte de branche devront avoir un temps de fonctionnement relativement long par rapport ceux de leurs homologues de branche situ en aval pour assurer la coordination des protections (confre II).

Tension assigne dalimentation des dispositifs de fermeture, douverture et des circuits auxiliaires ( 4.8 CEI 60 694) Valeurs de tension dalimentation des circuits auxiliaires :

- en courant continu (cc) : 24 - 48 - 60 - 110 ou 125 - 220 ou 250 volts,




- en courant alternatif (ca) : 120 - 220 - 230 - 240 volts.

Valeur de la Tension Transitoire de Rtablissement (TTR) assigne La TTR est fonction de lasymtrie, elle est donne pour une asymtrie de 0%

Tableau 15: Tension Transitoire de Rtablissement (TTR) assigne

Tension

assigne

Valeur de la TTR

Temps Retard Vitesse daccroissement

Ur (KV) Uc (KV) t3 (s) td (s) Uc/td (KV/s) 7,2 12,3 52 8 0,24

12 20,6 60 9 0,34

17,5 30 72 11 0,42

24 41 88 13 0,47

36* 62* 108* 16* 0,57*

= , . .

, . .

2. Les transformateurs de courant (tc)

Les TC doivent tre conformes la norme CEI 185 ou aux normes BS 3938 et ANSI La tension assigne fixe le niveau disolement du matriel. Gnralement, on choisi la tension assigne du TC partir de la tension de service U (V) de linstallation suivant le tableau suivant :

Comme nos rsultats conduisent Upr=36 KV, on la tension assigne des TC est donc 33V

Courant de service primaire (Ips)




Le courant primaire de service I (KA) dune installation est gal au courant de service primaire du TC (Ips) en tenant compte des dclassements ventuels : =

. .

Avec : courant primaire de service (A), s : puissance apparente (KVA) traversant le TC, U : tension primaire de service (KV), A partir des rsultats de calcul du load flow , on a la puissance apparente traversant chaque TC. Donc on peut dterminer son courant primaire de service. (Confre annexe 2). Par exemple la puissance traversant le primaire du TC 8 (ou CT 8) est de 31.49 MVA pour une tension primaire de 30 KV. Soit un courant =

Courant primaire assign (Ipr) Le courant assign (Ipr) sera toujours suprieur ou gal au courant de service (I) de linstallation.

Valeurs normalises (A) : 10 -12,5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 - 50 - 60 - 75 et leurs multiples et sous-multiples.

Pour les comptages et les protections ampre-mtriques usuelles, le courant primaire assign ne

doit pas dpasser 1,5 fois le courant de service. Dans le cas de protection, il faut vrifier que le courant assign choisi permet, en cas de dfaut, datteindre le seuil de rglage du relais. Les transformateurs de courant doivent supporter en permanence 1,2 fois le courant assign et ceci conformment la norme.

Pour le cas du TC 8, on prendra




=

. .

Pour le TC 8, on a Ith=9,367 KA Courant secondaire assign (Isr) 5 ou 1 A ?

Classe de prcision (cl) -Comptage : classe 0,5 -Mesure sur le tableau : classe 1 -Protection ampre mtrique : classe 10P parfois 5P -Protection diffrentielle : classe X -Protection homopolaire : classe 5P.

Puissance de prcision Prendre la valeur normalise immdiatement suprieure la puissance relle que devra fournir le TC. Les valeurs normalises de la puissance de prcision sont : 2,5 - 5 - 10 - 15 30* VA.

3. Les transformateurs de tension (TT)

Le transformateur de tension est destin donner au secondaire une tension secondaire proportionnelle celle qui est applique au primaire. La norme CEI 60 186 dfinit les conditions auxquelles rpondent les transformateurs de tension. Il est constitu dun enroulement primaire, dun circuit magntique, dun ou plusieurs enroulements secondaires, le tout enrob dans une rsine isolante.

La puissance de prcision Les valeurs normalises sont : 10 - 15 - 25 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 400 - 500 VA. La classe de prcision Mesure suivant CEI 60 186 Les classes 0,5 et 1 rpondent la majorit des cas, la classe 3 est trs peu usite. Application Classe de prcision -pas utilise industriellement : 0,1 -comptage prcis : 0,2

-comptage courant : 0.5*




-comptage statistique et/ ou mesure : 1

-mesure ne ncessitant pas de grande prcision : 3

4. Les parafoudres

La tension nominale de tenue aux chocs de foudre BIL (Basic Insulation Level) Um tablie par la norme CEI est prsente dans le tableau suivant : Tableau 16 : Tension nominale de tenue aux chocs de foudre

Tension nominale de la ligne Un(KVeff)

Tension la plus leve pour le matriel UM(KVeff)

Tension nominale de tenue aux chocs de foudre BIL (KVcrte)

Classe A : 1 !" 52

3 6 10 15 20 30*

3.6 7.2 12 17.5 24 36*

40 60 75 95 125 170*

Classe A : 52 !" 300

50 70 110 130 150 220

52 72.5 123 145 170 245

250 325 450 550 650 750

5. Les relais de protection

Le but des relais de protection est de minimiser les dfaillances des quipements et les interruptions de services lorsquun dfaut lectrique apparat sur le rseau. Les relais protgent contre : la sous-charge, la surchauffe/surcharge, le courant diffrentiel, le courant rsiduel, la sous/sur tension, la sous/sur frquence, la squence ngative, les dfauts distants. La fonction dun relais de protection est de dconnecter tout lment de linstallation atteint par un court-circuit ou lorsque cet lment commence oprer de faon anormale de manire nuire lintgrit de toute linstallation. Les relais sont aids dans cette tche par les disjoncteurs capables de dconnecter llment dfaillant lorsquils sont sollicits par les relais. Quoique la fonction principale dun relais soit de minimiser les effets des courants de court-circuit (les courants de court-circuit reprsentent environ 85% des problmes lectriques), il




arrive que dautres conditions anormales de fonctionnement se produisent au point de ncessiter laction des relais. Pour un court-circuit, on peut classer les relais en relais primaires remote relay et en relais

dappui back-up relay . Les relais primaires constituent la premire ligne de dfense tandis que les relais dappui ninterviennent que lorsque les relais primaires sont dfaillants.

II. Protection des rseaux boucls

Un rseau boucl est un rseau comportant une ou des boucles fermes en exploitation normale. Lavantage dune telle structure de rseau est quelle assure une excellente disponibilit de lnergie tous les consommateurs situs sur la boucle. Les protections de rseaux doivent permettre : de dtecter les dfauts et dliminer les parties du rseau qui sont dfaillantes en sauvegardant les parties saines. Linconvnient de cette solution est son cot : il est ncessaire dinstaller un disjoncteur chaque extrmit de chaque liaison et les protections sont complexes. Deux principes de protection peuvent tre utiliss :

- la protection diffrentielle, - la protection directionnelle.

Ce dernier principe fonctionne si, sur la boucle, un seul poste comporte une ou des sources et assure la mise la terre du neutre. Dans la pratique, la slectivit des protections directionnelles est assure par des liaisons logiques. Compare la protection diffrentielle qui a lavantage dtre rapide, la protection directionnelle est moins onreuse et plus aise mettre en uvre. La dtection des dfauts la terre peut tre assure quel que soit le rgime de neutre de linstallation, alors que les protections diffrentielles de ligne ont une sensibilit limite.

1. Slectivit par protection directionnelle.

Dans un rseau de distribution comportant des sous-stations alimentes en boucle ferme, la protection est assure par tronons. Le rseau peut tre exploit en boucle ferme et la protection est assure pour tous les tronons, chacun tant quip de disjoncteurs ses extrmits. La plupart des dfauts ne provoquent pas de coupure dalimentation.


60 Etude de la densification du rseau de distribution lectrique autour de la centra

densification d'un réseau electrique en zone rurale

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