UNIVERSITE MOHAMED PREMIER
ECOLE NATIONALE DES SCIENCES
APPLIQUEES
Oujda
RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES
Présenté
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Dédicace
A mes chers parents pour leur immens...
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REMERCIEMENT
Je tiens tout d’abords à remerci...
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Résumé
Pour faire face aux évolutions accélér...
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Abstract
To face up rapid developments of an ...
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‫الشركات‬ ‫بين‬ ‫التنافس‬ ‫و‬ ‫التسيير...
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SYMBOLE DESIGNATION
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SUJET DE STAGE
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SOMMAIRE
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Résumé
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V-3-1 Mise en œuvre d’un projet SICAM PAS ...
Etude et Supervision du réseau moyenne tension
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Introduction générale
Dans le cadre de la concurrence ...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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Sommaire :
I-1 Introduction.
I-2 Présentation gén...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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I-1 Introduction
Le but de ce chapitre est de pré...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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 l’unité de BUNGE Maroc Phosphore (BMP) en parte...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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Les pompes pour eau d’incendie qui aspirent l’eau...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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L’air atmosphérique est aspiré à travers un filtr...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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Figure 1.2 : Processus de fabrication de l’acide ...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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La vapeur HP produite par les deux chaudières de ...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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 Groupe de mise sous vide :
L’éjecteur de démarr...
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil
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qui sera expédiée vers un granulateur. Le produit...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Sommaire :
II-1 Introduction
II-2 Réparti...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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II-1 Introduction
Un réseau électrique es...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Cette ligne contient des départs vers les...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Figure 2.2 : Equipements raccordées pour ...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Pour chaque alarme, on doit programmer :
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Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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 L’ouverture du marché d’électricité.
Ce...
Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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ATELIER
TRAITMENT
D’EAU DOUCE
(323EM13)
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Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine
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Figure 2.5 : Schéma de découpage du résea...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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Sommaire :
III-1 Introduction
III-2 Les relais ...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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III-1 Introduction
Les dispositifs de protectio...
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Figure 3.1 : Architecture matérielle de Relais ...
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La communication est assurée via l'interface de...
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Signalisations et valeurs de mesure perturbogra...
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Protection de surintensité :
 Au choix utilisa...
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III-2-3-1 Fonctions de SIPROTEC 7SD52.
L'appare...
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 Utilisation aisée de l’appareil au travers d’...
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que protection de moteur, les appareils sont ad...
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L'interface supplémentaire (uniquement pour 7SJ...
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 comme protection de cuve contre les courants ...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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 Mesure rapide de la différence d'amplitude ΔU...
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III-3-3 Modes de dialogue
Dialogue en mode fich...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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La création d’un équipement de protection par D...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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 affichage de l’ensemble des paramètres d’affe...
Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique
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III-5 Conclusion
Dans ce chapitre on a pu faire...
Chapitre 4 : L’architecture de Contrôle Commande
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Sommaire :
IV-1 Introduction
IV-2 La communication i...
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Rapport de stage Ocp3

  1. 1. UNIVERSITE MOHAMED PREMIER ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES Oujda RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES Présenté En vue d’obtention du titre : INGENIEUR D’ETAT Par Youssef ALAAJOURI Filière : Génie électrique Option : Micro électronique THEME : ETUDE ET SUPERVISION DU POSTE ELECTRIQUE A MOYENNE TENSION DU BUNGE MAROC PHOSPHORE Encadré par :  Mr. Mustapha JAMMALI (Bunge Maroc Phosphore).  Mme. Yamna KHLIFI (Département Génie Electrique). Promotion 2012
  2. 2. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 2
  3. 3. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 3 Dédicace A mes chers parents pour leur immense soutien, leur grand amour, leurs sacrifices et leurs prières. A mes chers frères SAID et MOHAMMED. A mes chères sœurs ZOULIKHA et FATIMA. A tous mes amis A tous ceux qui m’ont aidé durant mes études, je leur dédie ce modeste travail. Youssef ALAAJOURI
  4. 4. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 4 REMERCIEMENT Je tiens tout d’abords à remercier l’ensemble du personnel de Bunge Maroc Phosphore et plus précisément : Mr. LAHLOU : le Directeur de BMP, pour m’avoir accepté au sein de cette entreprise pour effectuer ce stage de Fin d’Etudes. Je remercie également Mr. Le chef du service de la maintenance électrique, Mr Kacem EZ-ZOUGARI de m’avoir accueilli et donné l’opportunité d’évoluer au sein de cette filiale du groupe OCP. Je remercie énormément Mr Mustapha JAMMALI pour son encadrement, ses conseils, sa présence et son soutien malgré ses nombreuses préoccupations et sa grande responsabilité. Ma profonde gratitude et mes sincères remerciements vont à Messieurs : Abderrahmane ZIOU, Zakaria ELMOULAT, mon professeur et encadrant Mr Bekkay HAJJI à l’ENSAO, pour leur précieux encadrement et pour le professionnalisme avec lequel ils ont suivi la progression de mon travail. Un grand merci à Mr Elbachir JEBBARI, Hassan REDOUAN et tous les agents de l’atelier électrique, pour leur aide et leur disponibilité permanente durant toute la période du stage. J’adresse également mes sincères remerciements au corps professoral et administratif de l’ENSAO pour tous leurs efforts et leur engagement durant toute ma période d’étude.
  5. 5. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 5 Résumé Pour faire face aux évolutions accélérées d’un marché de plus en plus concurrentiel et aux nouveaux enjeux en termes de gestion, les entreprises ne cessent de chercher les moyens d’augmenter leur productivité. Sur le plan industriel, les technologies numériques, les systèmes automatisés et supervisés jouent un rôle primordial dans ce processus d’amélioration de productivité. En effet, la maîtrise de tels systèmes permet, aux entreprises, le pilotage des processus de production pour répondre aux attentes des clients et aux besoins du marché. Dans le cadre d’une vision stratégique de l’amélioration du fonctionnement des unités de production, l’usine « Bunge Maroc Phosphore » a opté pour procéder à la rénovation de l’automatisation, l’instrumentation et la supervision de réseau moyenne tension. La solution proposée prend en considération non seulement l’intégration de nouvelles technologies mais aussi la faisabilité de la solution et aussi les contraintes technico-économiques. Pour ce faire nous avons procédé à la collecte des informations relatives au réseau électrique, à la visualisation de la situation existante, puis l’étude des fonctions de protection numérique existant, ensuite on a établit une architecture de réseaux de communication entre les relais du poste moyenne tension, afin de conclure par une application de supervision qui sert au contrôle et de commande à distance ainsi un système de centralisation de l’information.
  6. 6. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 6 Abstract To face up rapid developments of an increasingly competitive market and the new challenges in terms of management, companies are constantly seeking ways to increase productivity. On the industrial plan, the automated and supervised systems play a primordial role in this process of productivity improvement. Indeed, control of such systems allows to firms managing production processes to answer customer’s expectations and market needs. As part of a strategic vision to improve the functioning of production machines, the factory Bunge Maroc Phosphore has opted to proceed with the renovation of the automation, instrumentation and supervision of the electrical network Medium voltage. The proposed solution takes into account not only the integration of new technologies but also its feasibility and the techno-economic constraints. To do this we have consecrated to collection of information relating to the electricity network, to the visualization of existent situation, then we have performed a review of existing numerical protection functions. Afterwards we have established network architecture for communication between the relay and higher-level control centers to conclude with an application to supervision that is used to control and remote control, and a system of centralized information as well.
  7. 7. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 7 ‫ملخص‬ ‫الشركات‬ ‫بين‬ ‫التنافس‬ ‫و‬ ‫التسيير‬ ‫ومستجدات‬ ‫تطورات‬ ‫لمواكبة‬,‫حدة‬ ‫على‬ ‫واحدة‬ ‫كل‬ ‫تسعى‬‫و‬ ‫سبل‬ ‫لنهج‬ ‫مردوديتها‬ ‫وبالتالي‬ ‫إنتاجها‬ ‫لزيادة‬ ‫جديدة‬ ‫وسائل‬.‫التقنيات‬ ‫لدمج‬ ‫الشركات‬ ‫تسعى‬ ‫الصناعي‬ ‫المستوى‬ ‫على‬ ‫االوتوماتيكية‬ ‫والنظم‬ ‫الرقمية‬,‫العالمية‬ ‫السوق‬ ‫لمتطلبات‬ ‫واالستجابة‬ ‫زبائنها‬ ‫إرضاء‬ ‫أجل‬ ‫من‬ ‫وذلك‬ ‫في‬‫إطار‬‫سياسة‬‫مجموعة‬‫المكتب‬‫الشريف‬‫للفوسفاط‬‫الهادفة‬‫إلى‬‫تحس‬‫ين‬‫مستوى‬‫إنتاجية‬‫بانج‬‫مغرب‬ ‫فوسفور‬‫بالجرف‬‫االصفر‬‫تعمل‬‫موديرية‬‫القطب‬‫الكيماوي‬‫بالجديدة‬‫على‬‫تزويد‬‫الوحدات‬‫بآخر‬‫مستجدات‬ ‫عال‬‫م‬‫التكنولوجيا‬‫الرقمية‬,‫خاصة‬‫فيما‬‫يتعلق‬‫بأنظمة‬‫حماية‬‫معدات‬‫التوتر‬‫العالي‬‫و‬‫المتوسط‬‫وما‬‫يتعلق‬ ‫بالنظم‬‫االوتوماتيكية‬‫الخاصة‬‫بالمراقبة‬‫والتحكم‬ ‫في‬‫هذا‬‫السياق‬‫يندرج‬‫مشروعنا‬‫الذي‬‫يتمحور‬‫في‬‫دراسة‬‫الشبكة‬‫الكهربائية‬‫وذلك‬‫بجمع‬‫المعلومات‬‫المهمة‬ ‫ومعاينة‬‫وضعها‬‫الحالي‬,‫ودراسة‬‫اجهزة‬‫الحماية‬‫الرقمية‬‫وذلك‬‫بتحديد‬‫أهم‬‫وظائفها‬‫ومميزاتها‬, ‫وانجازنظام‬‫اوتوماتيكي‬‫للتحكم‬‫عن‬‫بعد‬‫ومراقبة‬‫الشبكة‬‫الكهربائية‬‫ذات‬‫الجهد‬‫المتوسط‬,‫وذلك‬‫بهدف‬‫جمع‬ ‫المعلومات‬‫خاصة‬‫تلك‬‫التي‬‫تتعلق‬‫بانتاج‬‫و‬‫استهالك‬‫الطاقة‬‫الكهربائية‬.
  8. 8. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 8 LISTE DES FIGURES FIGURE TITRE PAGE Figure 1.1 Organigramme de BMP. 19 Figure 1.2 Processus de fabrication de l’acide phosphorique. 22 Figure 1.3 L’échange entre les différents ateliers de BMP. 25 Figure 2.1 Réseau électrique à BMP. 28 Figure 2.2 Equipements raccordées pour la maitrise de la consommation électrique. 29 Figure 2.3 exemple de surveillance du relais. 30 Figure 2.4 surveillance d’un moteur par un relais de type SIPROTEC. 30 Figure 2.5 Schéma de découpage du réseau MT de BMP. 34 Figure 3.1 Architecture matérielle de Relais SIPROTEC4. 37 Figure 3.2 Relais SIPROTEC 7SA522. 38 Figure 3.3 Relais SIPROTEC 7SD52. 40 Figure 3.4 Relais SIPROTEC 7SJ63/64. 43 Figure 3.5 Dialogue à distance à travers modem/commutateur de canal/coupleur étoile. 47 Figure 3.6 Exemple de multiples possibilités de DIGSI Display Editor. 48 Figure 4.1 La trame Ethernet. 56 Figure 4.2 Architecture de CEI61850 et CEI60870-5-103. 58 Figure 4.3 le SIMATIC Rack PC IL 43. 59 Figure 4.4 Architecture d contrôle commande du poste MT. 60 Figure 4.5 Structure des dialogues SICAM PAS UI – Configuration. 61 Figure 4.6 SICAM PAS CC. 62 Figure 5.1 Paramétrage du projet SICAM PAS 66 Figure 5.2 Affectation des informations pour le contrôle et la commande. 67 Figure 5.3 Topologie de la configuration du site. 67 Figure 5.4 Définition de la procédure de normalisation. 68 Figure 5.5 Utilisation des procédures de normalisation. 69 Figure 5.6 Exportation de l’interface vers le poste de commande et d’affichage. 69 Figure 5.7 Configuration de canal de communication. 71 Figure 5.8 Arborescence des synoptiques. 72 Figure 5.9 Synoptique de démarrage. 72 Figure 5.10 Synoptique de l’atelier Centrale thermique. 73
  9. 9. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 9 Figure 5.11 Synoptique de l’atelier Sulfurique. 73 Figure 5.12 Synoptique de l’atelier TED. 73 Figure 5.13 Synoptique de comptage d’énergie. 74 Figure 5.14 Archivage des données de mesures. 75 Figure 5.15 Configuration de travail d’impression. 75 Figure 5.16 Analyse du cas de défaut par SICAM Recpro. 76 Figure 5.17 Affichage des grandeurs électriques du Moteur IP03A (SAP). 77 Figure 5.18 Présentation des mesures par SICAM Valpro. 77 Figure 5.19 Gestion d’utilisateurs sous SICAM PAS CC. 87
  10. 10. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 10 LISTE DES TABLEAUX TABLEAU TITRE PAGE Tab 2.1 Caractéristiques du Groupe Turbo Alternateur de l’usine BMP. 27 Tab 2.2 Caractéristiques du Transformateur HT/MT de l’usine BMP. 27 Tab 2.3 Les équipements MT de l’atelier Sulfurique. 31 Tab 2.4 Les équipements MT de l’atelier Centrale Thermique. 31 Tab 2.5 Les équipements MT de l’atelier Traitement d’Eau Douce. 32 Tab 2.6 Les équipements MT de l’atelier Phosphorique. 32 Tab 2.7 Les équipements MT de l’atelier Engrais. 33 Tab 4.1 Fonctions supportées par Modbus. 56
  11. 11. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 11 LISTE DES ABREVIATIONS SYMBOLE DESIGNATION OCP Office Chérifien des Phosphates ONE Office Nationale d’Electricité IMACID Indo Maroc phosphore PMP Pakistan Maroc Phosphore BMP Bunge Maroc Phosphore KV Kilo Volte MW Méga Watt EMAPHOS Euro Maroc PHOSphore GTA Groupe Turbo Alternateur MP Maroc Phosphore HT Haute Tension MT Moyen Tension TC Transformateur de Courant TT Transformateur de Tension DJDB Double Jeu De Barre CEI Commission Électrotechnique Internationale Mb/s Méga bite par seconde IP Internet Protocol TED Traitement d’Eau Douce SAP Sulfirique Acide Plant PAP Phosphorique Acide Plant PP Power Plant ODBC Open Database Connectivity IED Intelligent Electronic Device ICD IED Capability Description ASDU Unité de Données de Service d’Application OSI Open Systems Interconnection
  12. 12. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 79 SUJET DE STAGE Nom & Prénom de l’agent stagiaire : ……... ALAAJOURI Youssef Ecole : .......………………………………… Ecole Nationale des Sciences Appliquées Oujda Nom du parrain : …………………………... EZ-ZOUGARI Kacem Sujet de stage La société Bunge Maroc Phosphore est une nouvelle unité d’acide phosphorique et d’engrais au sein de la plate-forme industrielle du Groupe OCP à Jorf Lasfar. Elle a été réalisée par Maroc Phosphore (Projet de partenariat avec le groupe Brésilien BUNGE). Son démarrage a été au cours du premier trimestre 2009. A ce titre, et dans une vision proactive d’une meilleure exploitation des installations électriques, il est demandé à M. ALAAJOURI de mettre en place un système numérique de contrôle, de commande et de déclenchement des travaux de maintenance préventive et systématique des équipements électriques. Cette étude prendra comme base les obligations d’entretien systématique préconisées par les constructeurs ainsi que les retours d’expérience exploitables par ailleurs dans des unités similaires au Groupe OCP. Ce système doit permettre d’assurer des fonctions de supervision, de commande, de consignation d’état, de protection, de mesure, de signalisation de comptage et de déclenchement des travaux de maintenance préventive et systématique, il doit être raccordé aux relais numériques de protection, analyseurs de réseau via un réseau de communication et doit permettre les fonctionnalités avancées suivantes :  Supervision en temps réel du poste électrique avec animation de l’unifilaire et indication de la position des organes.  Zoom logique sur chaque tranche électrique.  Commande sécurisée des organes de coupure.  Mesures et affichage en temps réel des grandeurs électriques et énergétiques du poste.  Gestion des alarmes du poste  Gestion des séquences d’évènements datées.  Edition automatique des rapports.  Archivage de données.  Courbes en temps réel et en différé.  Accès opérateur  Déclenchement des travaux de maintenance préventive et systématique des équipements électriques Le Responsable du stage EZ-ZOUGARI Kacem
  13. 13. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 1313 SOMMAIRE Dédicaces REMERCIEMENT Résumé ABSTRACT ‫ملخص‬ Liste des figures Liste des tableaux Liste des abréviations Sujet de Stage .......................................................................................................12 Introduction Générale ........................................................................................16 Chapitre I : Présentation de l’Entreprise d’Accueil. I-1 Introduction ............................................................................................18 I-2 Présentation générale .............................................................................18 I-2-1 Présentation de l’OCP .......................................................................18 I-2-2 Présentation de Bunge Maroc Phosphore ..........................................19 I-2-2-1 L’organigramme de Bunge Maroc Phosphore ........................19 I-2-2-2 Structure de Bunge Maroc Phosphore .....................................19 I-3 Conclusion ...............................................................................................25 Chapitre II : Etude de la distribution électrique de l’usine BMP. II-1 Introduction ...........................................................................................27 II-2 Répartition de l’alimentation au niveau du poste MT........................27 II-3 Gestion de l’énergie ...............................................................................28 II-3-1 Introduction ......................................................................................28 II-3-2 Comptage d’énergie .........................................................................29 II-3-3 Surveillance ......................................................................................29 II-3-4 Contrôle Commande ........................................................................30 II-3-5 La qualité de l’énergie .....................................................................30 II-4 Répartition des équipements MT ........................................................31 II-5 Schéma électrique de découpage .........................................................33 II-6 Conclusion .............................................................................................34 Chapitre III : Etude des Relais de protection numériques (SIPROTEC). III-1 Introduction .........................................................................................36 III-2 Les relais numériques SIPROTEC installés ....................................36 III-2-1 Généralités ......................................................................................36
  14. 14. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 1414 III-2-2 Le relais SIPROTEC 7SA522 ........................................................38 III-2-2-1 Fonctions de SIPROTEC 7SA522 ...................................................38 III-2-2-1 Caractéristiques de SIPROTEC 7SA522 .........................................39 III-2-3 Le relais SIPROTEC 7SD52 ..........................................................40 III-2-3-1 Fonctions de SIPROTEC 7SD52 .....................................................41 III-2-3-1 Caractéristiques de SIPROTEC 7SD52 ...........................................41 III-2-4 Le relais SIPROTEC 7SJ63/64 ......................................................42 III-2-4-1 Fonctions de SIPROTEC 7SJ36/64 .................................................43 III-2-4-1 Caractéristiques de SIPROTEC 7SJ63/46 .......................................44 III-3 Le logiciel de configuration DIGSI 4 ................................................46 III-3-1 Introduction ....................................................................................46 III-3-2 Organisation de la base de données ................................................46 III-3-3 Modes de dialogue ..........................................................................47 III-3-4 Opérations effectuées grâce au logiciel DIGSI ..............................47 III-4 Solution proposée ................................................................................49 III-5 Conclusion ...........................................................................................50 Chapitre IV : L’architecture de Contrôle Commande. IV-1 Introduction. ........................................................................................52 IV-2 La communication industrielle ...........................................................52 IV-2-1 Contrôle Command .........................................................................52 IV-2-2 Les couches OSI .............................................................................52 IV-2-3 Les données transmises ..................................................................53 IV-2-4 Le support de communication ........................................................53 IV-2-5 Les protocoles de communication ..................................................53 IV-2-5-1 Le protocole MODBUS ...................................................................53 IV-2-5-2 Le protocole Ethernet ......................................................................55 IV-3 L’architecture de contrôle commande du poste MT .......................57 IV-3-1 Caractéristiques matérielles............................................................57 IV-3-1-1 Les Relais SIPROTEC4 SIEMENS ............................................... 57 IV-3-1-2 Le Switch Ethernet RuggedCom RS 1600T ...................................59 IV-3-1-3 SIMATIC Rack PC IL 43 ...............................................................59 IV-3-2 Environnement logiciel .................................................................61 IV-3-2-1 Le logiciel SICAM PAS .................................................................61 IV-3-2-2 Le logiciel SICAM PAS CC ...........................................................62 IV-4 Conclusion ..........................................................................................63 Chapitre V : La supervision du poste MT. V-1 Introduction ...........................................................................................65 V-2 Configuration de site (base de données) ..............................................65 V-2-1 Modification des paramètres de transmission pour les liaisons .......65 V-2-2 Filtrage des informations ..................................................................66 V-2-3 Création de la topologie du site ........................................................67 V-2-4 Définition des procédures de normalisation .....................................68 V-3 Supervision du poste MT ......................................................................70
  15. 15. Etude et Supervision du poste électrique moyenne tension ALAAJOURI Youssef 1515 V-3-1 Mise en œuvre d’un projet SICAM PAS CC ..................................70 V-3-2 Résultats de la mise en œuvre ..........................................................71 V-3-2-1 Menu Principale ................................................................................72 V-3-2-2 Comptage d’énergie ..........................................................................74 V-3-2-3 Impression des données d’archive ....................................................74 V-3-2-4 Perturbographie ................................................................................76 V-3-2-5 Mesures des grandeurs électriques ...................................................76 V-3-2-6 Courbes .............................................................................................77 V-3-2-7 Les autorisations ...............................................................................78 V-4 Conclusion .............................................................................................78 Conclusion Générale ..........................................................................................79 Bibliographie ........................................................................................................80 Annexes .................................................................................................................81
  16. 16. Etude et Supervision du réseau moyenne tension ALAAJOURI Youssef 16 Introduction générale Dans le cadre de la concurrence mondiale, et la grande compétitivité dans le monde industriel, les entreprises sont appelées à améliorer la qualité de leurs produits et services, elles doivent adopter une politique qui tient compte de l’évolution économique et technologique actuelle, afin de faire face efficacement aux impératifs du marché et des réglementations, aux besoins des clients mais aussi aux nécessités du développement durable. Face à ces contraintes et afin de consolider son rang de leader, le groupe OCP considère l’adoption des nouvelles technologies numériques en matière de protection des équipements électriques, d’automatisation, d’instrumentation et de supervision, comme étant un choix prioritaire dans sa stratégie concurrentielle. Ce choix, répondant aux exigences de la production, présente de nombreux avantages, dont on peut citer : la réduction du temps de coupure d’électricité, l’augmentation de la production, la détection et le diagnostic automatique des défauts, la limitation des interventions de la maintenance et donc de son coût, et finalement, la communication et la collecte en temps réel des données de production. C’est dans cette perspective, que le groupe OCP a proposé comme projet de fin d’étude au sein du Bunge Maroc Phosphore de Jorf Lasfar d’El-Jadida, de contribuer à l’automatisation et la supervision de son poste de distribution Moyenne Tension. Dans ce rapport, nous allons présenter les différentes étapes suivies pour réaliser notre étude et les travaux effectués. Dans le premier chapitre on va donner une présentation succincte de l’organisme d’accueil et ces différents ateliers. Le deuxième chapitre est consacré à l’étude de l’installation électrique de l’usine en vue d’identifier les consommateurs importants d’énergie électrique. Le troisième chapitre à pour but de présenter les relais de protection numériques installés dans le poste de distribution MT, Vous allez trouver dans ce chapitre une vue d’ensemble des domaines d’application, des caractéristiques et des différentes fonctions de chaque type de relais. Et dans le cadre de solution proposée, on va présenter les avantages de la supervision du poste MT. Dans le quatrième chapitre on va donner une description des différents outils et matériels utilisés dans l’architecture de contrôle commande. Une description succincte des principales caractéristiques matérielles ainsi que l’environnement logiciel adopté pour la configuration Soft qui sera donnée. Le cinquième chapitre est consacré à la mise en place d’un système de supervision permettra la supervision et la conduite à distance en temps réel du poste de distribution MT. Pour cela on va commencer par la configuration du site en utilisant le logiciel SICAM PAS UI-Configuration, ensuite on va créer notre projet WinCC par l’assistant SICAM PAS CC. Une conclusion générale achèvera notre rapport.
  17. 17. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 17 Sommaire : I-1 Introduction. I-2 Présentation générale. I-2-1 Présentation de l’OCP. I-2-2 Présentation de Bunge Maroc Phosphore. I-3 Conclusion. Chapitre I Présentation de l’Entreprise d’Accueil
  18. 18. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 18 I-1 Introduction Le but de ce chapitre est de présenter l’organisme au sein duquel j’ai effectué mon projet de fin d’études. Dans un premier temps, on va présenter le groupe OCP et plus précisément le complexe Bunge Maroc Phosphore, son organigramme et ses différents ateliers. I-2 Présentation générale I-2-1 Présentation de L'OCP Les ressources phosphatées que recèle le sous-sol marocain représentent les trois quarts des réserves mondiales. L’exploitation de cette richesse a fait du Maroc le 1er pays exportateur et le 3ème producteur mondial des phosphates et de leurs dérivés avec une capacité de 30 millions de tonnes par an. Pour l’exploitation de cet énorme potentiel, le Maroc a créé en 1920 l’Office Chérifien des Phosphates (OCP) qui est une entreprise publique à caractère industriel et commercial. L’OCP, ainsi dispose du monopole de l’extraction, du traitement, de la valorisation et de la commercialisation des phosphates ainsi que de leurs dérivés. Bien qu’ayant limité au départ ses activités à l’extraction et à la commercialisation du minerai, l’OCP a élargi, dès 1965, son domaine d’action par la construction à Safi du complexe Maroc-Chimie pour la valorisation des phosphates par la production de l’acide phosphorique et des engrais. L’OCP a ensuite consolidé cette tendance au début des années 70 par l’élargissement du complexe industriel de Safi par la construction des usines Maroc- Phosphore I et II, ce qui porta la capacité annuelle de production d’acide phosphorique à prés de 1.5 millions de tonnes d’anhydre phosphorique (P2O5), soit douze fois la capacité installée à Maroc-Chimie en 1965. Le leadership de l’OCP en matière de valorisation des phosphates se renforçât en 1986 par l’édification d’un nouveau pôle industriel à Jorf Lasfar par la construction de Maroc Phosphore III et IV à Jorf Lasfar. Des partenariats internationaux ont par ailleurs permis à l’OCP d’étendre ses activités au-delà des frontières nationales ainsi que de renforcer son potentiel de valorisation par la production d’acide phosphorique purifié. Poussé par le souci de décentralisation d’une part, et de subvention aux besoins du marché mondial en produits phosphatés d’autre part, le groupe OCP a installé un complexe chimique à Jorf Lasfar, pour traiter les phosphates en provenance de Khouribga. Cet ensemble s’étale sur une superficie d’environ 1700 ha et permet de produire annuellement environ deux millions de tonnes de P2O5 sous formes d’acide phosphorique. Une partie de cette production est transformée localement en engrais et en acide phosphorique purifié. L’autre partie est exportée en tant qu’acide phosphorique marchand. Le complexe industriel du groupe OCP à Jorf Lasfar comporte :  Les unités de production d’acide phosphorique et d’engrais Maroc Phosphore III et IV qui ont démarré en 1986 et qui appartiennent totalement à l’OCP.  L’unité de production d’acide phosphorique purifié Euro Maroc Phosphore (EMAPHOS), en partenariat avec le groupe Belge Prayon (40%) et le groupe allemand CF Budenheim (20%), qui a démarré en 1998.  l’unité de production d’acide phosphorique Indo Maroc Phosphore (IMACID), en partenariat avec le groupe Indien Birla (50%), qui a démarré en 1999.  L’unité de Pakistan Maroc Phosphore (PAKPHOS) pour la production d’acide phosphorique, qui a démarré en 2007.
  19. 19. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 19  l’unité de BUNGE Maroc Phosphore (BMP) en partenariat avec le Brésil pour la production d’acide phosphorique qui a démarré en 2009 sachant que l’unité d’engrais en cours de démarrage. I-2-1 Présentation du complexe Bunge Maroc Phosphore I-2-2-1 L’organigramme de Bunge Maroc Phosphore Cette figure montre l’organigramme des différents ateliers et services de Bunge Maroc Phosphore. Figure 1.1 : Organigramme de BMP. I-2-2-1 Structure de Bunge Maroc Phosphore Le complexe BUNGE MAROC PHOSPHORE (BMP) se compose de 5 unités :  Atelier traitement d’eau douce  Atelier acide sulfurique  Atelier acide phosphorique  Centrale thermoélectrique  Atelier engrais. Atelier traitement d’eau douce (TED) : L’eau brute parvient vers un bassin de stockage d’eau brute en béton. Cette eau est ensuite distribuée dans les limites de l’installation. Deux ensembles de pompes verticales sont immergés dans le bassin de stockage. Un ensemble est constitué des pompes d’alimentation de l’usine de phosphore qui assurent trois fonctions :  La distribution d’eau à l’usine de phosphore.  Le remplissage du stockage d’eau brute (réservoir d’eau pour incendie).  Le maintien d’une certaine pression dans le réseau d’eau pour incendie.
  20. 20. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 20 Les pompes pour eau d’incendie qui aspirent l’eau brute stockée sont normalement arrêtées. Elles se mettent en marche une fois que la pression au sein du réseau d’eau pour incendie chute. La pompe principale est équipée d’un moteur électrique. Une pompe fonctionnant par un moteur Diesel est prévue pour prendre le relais de la pompe principal en cas de panne de courant de cette dernière. Les pompes pour eau d’incendie servent également de pompes d’urgence pour la station de traitement d’air. Les deux autres pompes verticales dans le bassin de stockage alimentent le filtre. Elles alimentent le prétraitement d’eau brute. Le prétraitement de l’eau brute est réalisé par des filtres bicouches qui éliminent les matières en suspension dans l’eau brute. L’eau est distribuée vers les filtres à charbon actif afin d’éliminer le Chlore ajouté à l’eau par le client et les hydrocarbures dissous. L’eau filtrée est ensuite stockée dans le réservoir de stockage d’eau filtrée. Deux ensembles de pompes centrifuges horizontales pompent à partir de ce stockage. Un ensemble est constitué de deux pompes pour le lavage à contre-courant des deux filtres bicouches et des filtres à charbon actif. Des orifices d’écoulement sont installés pour réduire le débit au niveau approprié pour le lavage à contre-courant des filtres à charbon actif pour le prétraitement de l’eau brute et de l’eau potable. Les pompes souvent mises hors service, sont utilisées de manière intermittente pour remplir le réservoir d’eau potable et qui ne demande pas une alimentation continue. L’autre ensemble de pompe alimente les deux trains de déminéralisation primaire qui sont indépendants. Une série de réactions chimiques s’effectue respectivement dans l’échangeur de cations et l’échangeur d’anions pour donner lieu à une eau déminéralisée. L’eau est stockée dans le réservoir de stockage d’eau déminéralisée. L’eau potable est préparée à partir de l’eau brute. Les pompes de lavage à contrecourant du filtre remplissent le stockage d’eau potable de manière intermittente. L’hypochlorite de sodium est injecté de temps en temps à ce courant entrant pour désinfecter l’eau. L’eau de stockage de l’eau potable est utilisée comme eau de dilution et le NaOCl concentré doit être ajouté manuellement. L’eau passe à travers un filtre à charbon actif pour éliminer le chlore de l’eau. L’eau est stockée dans un système où la pression du réseau est maintenue par le biais de l’air comprimé. L’unité de compression d’air contient deux compresseurs à air avec un refroidisseur suivi d’un réservoir d’air. Leur rôle est de maintenir la pression dans le réservoir. Une partie de cet air sert d’air de service aux différentes unités et l’autre partie est déshydratée et est utilisée pour les appareils des différentes unités. Atelier acide sulfurique (SAP) : L’atelier de l’acide sulfurique doit produire 3410 tonnes métriques de H2SO4 quotidiennement sous forme de 98.5% H2SO4. La fabrication de l’acide sulfurique consiste en 3 étapes : la combustion, la conversion et l’absorption (voir équations ci-dessous). Ces trois étapes sont qualifiées exothermiques. Les surplus de chaleur générés à chaque étape du procédé sont récupérés par la chaudière, par les surchauffeurs et par les économiseurs. Le procédé permet également un taux de conversion élevé de la chaleur en vapeur. Les principales étapes du procédé consistent en premier à brûler du soufre S2 avec de l’air afin de former du dioxyde de soufre SO2, en second lieu à combiner du dioxyde de soufre avec de l’oxygène pour former du trioxyde de soufre SO3 et à combiner ce trioxyde de soufre avec de l’eau pour obtenir une solution d’acide sulfurique H2SO4. Les réactions chimiques qui régissent ce procédé sont les suivantes :
  21. 21. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 21 L’air atmosphérique est aspiré à travers un filtre à air et une tour de séchage puis à travers le compresseur principal. La chaleur latente additionnée à celle de la compression de l’air dans le compresseur principal augmente la température de l’air du procédé soufflé par la turbosoufflante dans le four où a lieu la première réaction : la combustion. Cette réaction étant exothermique, la température de sortie du gaz augmente davantage. Le système de conversion requiert une température de gaz inférieure à celle de la sortie du four. C’est pour cela que le gaz est refroidi dans une chaudière. De la chaudière, le gaz passe à travers un filtre à gaz chaud puis est conduit à la première passe du convertisseur où le SO2 est converti partiellement en SO3 en présence du Vanadium qui joue le rôle d’un catalyseur de la réaction de conversion. Les SO2 gaz doivent être refroidi avant de passer dans la seconde passe du convertisseur. Les gaz quittant la première passe du convertisseur circulent vers un surchauffeur où ils sont refroidis puis vers la seconde passe du convertisseur où aura lieu une réaction supplémentaire de conversion de SO2 en SO3. Les gaz quittant la deuxième passe sont à nouveau refroidis, cette fois ci dans un échangeur de chaleur gaz à gaz avant de passer à la troisième passe pour une réaction supplémentaire de conversion. Dans la quatrième passe du convertisseur, une réaction finale de conversion a lieu. Les gaz quittant la passe passent dans un surchauffeur où ils sont refroidis avant d’entrer dans la tour d’absorption finale et sont ensuite relâchés à l’atmosphère par la cheminée. L’étape d’absorption a lieu respectivement dans la tour d’absorption intermédiaire et la tour finale où l’on produit de l’acide sulfurique. Atelier acide phosphorique (PAP) : L’atelier phosphorique prévoit la production de 1200 tonnes d’acide Phosphorique quotidiennement. Cet atelier contient six unités :  Manutention (Unité 310).  Broyage (Unité 302).  Attaque filtration (Unité 303).  Stockage acide 29% P2O5 (Unité 313).  Echelons de concentration (Unité 304).  Stockage acide 54% P2O5 (Unité 314).
  22. 22. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 22 Figure 1.2 : Processus de fabrication de l’acide phosphorique. Le procédé de fabrication de l’acide phosphorique par voie humide suit les étapes suivantes : Broyage du minerai et dosage des matières premières : Selon la nature du minerai, ce dernier subit ou non un broyage. Le dosage des matières premières consiste à contrôler simultanément le débit du phosphate sec et le débit de l’acide sulfurique alimentant la cuve d’attaque. Le rapport des deux débits est ajusté périodiquement en fonction des analyses de contrôle. Attaque du phosphate et séparation de l’acide produit : On procède au mélange du minéral de phosphate à la bouillie de gypse recyclée puis, on introduit l’acide sulfurique frais et de l’acide phosphorique de faible concentration qui provient du procédé lui-même. L’ensemble de la bouillie traverse une série de compartiments formant la cuve d’attaque. La séparation de l’acide phosphorique et du sulfate de calcium résiduaire est effectuée à l’aide d’un filtre sous vide avec lavage à contre-courant. Le gypse est évacué par le transport hydraulique ou par bande transporteuse, après avoir subi les différents lavages. Concentration de l’acide phosphorique : A la sortie du filtre, l’acide phosphorique préparé par les procédés classiques titre de 28% à 30% de P2O5. Dans la majorité des usages ultérieurs, on utilise de l’acide à 38%, 48% et 54%. Pour cela, on procède à sa concentration par trois procédés :  Evaporation directe par barbotage d’air chaud.  Chauffage indirect de l’acide suivi d’évaporation sous vide.  Evaporation par combustion immergée. Centrale Thermoélectrique : L’élément de base pour le fonctionnement de la centrale thermoélectrique est la vapeur. On distingue deux types de vapeur : la vapeur à haute pression (HP) et la vapeur à basse pression (BP).
  23. 23. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 23 La vapeur HP produite par les deux chaudières de récupération de l’atelier d’acide sulfurique est récupérée par la centrale thermoélectrique où elle subit une détente importante et se désurchauffe. L’énergie thermique reçue est transformée par le Groupe Turbo Alternateur (GTA) en énergie électrique qui sert à alimenter le réseau local de l’usine et à expédier l’excès vers le réseau national de l’Office National d’Electricité (ONE). La vapeur HP qui a subit cette détente devient une vapeur BP et sera utilisée par les différentes unités selon leurs besoins. La centrale est constituée des éléments suivants :  Réseau vapeur.  Groupe Turbo Alternateur GTA.  Système de condensation et de mise sous vide.  Système d’eau alimentaire.  Circuit NORIA. Le Réseau vapeur : La vapeur HP produite à partir de l’eau alimentaire par les deux chaudières de récupération installées à l’atelier d’acide sulfurique, est envoyée vers le réseau HP a une pression de 56 bar environ et une température de 490°C. Cette vapeur sert à :  Alimenter le groupe turbo alternateurs (GTA) et les boites d’étanchéité de la turbine.  Alimenter le barillet BP en contournant la vapeur HP en vapeur BP après sa détente et sa désurchauffe. La vapeur BP est prélevée à une pression entre 5.5 bar aux soutirages BP de la turbine, à l’aval du contournement de la vapeur HP et au refoulement de la turbosoufflante de l’atelier sulfurique. Elle est désurchauffée à environ 170°C, puis après son passage dans le barillet BP, est envoyée vers :  L’atelier d’acide phosphorique (CAP).  Le dégazeur de la bâche alimentaire.  Le groupe de mise sous vide.  Le réchauffeur condensats.  Le réchauffeur TED. Le Groupe Turbo Alternateur (GTA): La centrale thermoélectrique dispose d’un groupe turbo alternateur (GTA) d’une puissance de 41 MVA et d’une tension de 10 KV sachant qu’actuellement le complexe BMP ne consomme que 10 MVA. Il assure la détente de la vapeur HP produite par Les deux chaudières de Récupération de l’atelier sulfurique en transformant l’énergie thermique de cette vapeur en énergie électrique. Système de condensation et de mise sous vide :  Condenseur principal : Côté calandre, la vapeur est condensée puis collectée dans le puits installé à la partie inférieur, les condensats récupérés sont refoulés vers la bâche eau non traitée via les deux pompes d’extraction. Côté tubes, l’eau de mer (source froide) circule en deux passes permettant la condensation de vapeur. Le condenseur principal est doté d’un système de nettoyage automatique sans arrêt du groupe, il est équipé d’un groupe de mise sous vide alimenté par la vapeur BP de manière à créer le vide à l’intérieur du condenseur afin d'avancer la condensation.
  24. 24. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 24  Groupe de mise sous vide : L’éjecteur de démarrage permet la mise sous vide rapide du condenseur principal à partir de la pression atmosphérique jusqu’à une pression voisine de 300 mbar abs. Le fluide moteur est la vapeur BP. L’eau de refroidissement (les condensats du condenseur principal) circule à l’intérieur des tubes. Le mélange d’air et de vapeur extrait à partir du condenseur principal arrive dans la boite de mélange de l’éjecteur 1er étage où il est entraîné puis comprimé dans le diffuseur par la vapeur motrice. À la sortie de l’éjecteur, le mélange air+vapeur, ajouté à la vapeur motrice de l’éjecteur pénètre dans le corps du condenseur intermédiaire et se condense au contact des tubes froids. Les condensats sont évacués par le bas de l’appareil vers le condenseur principal tandis que la partie incondensable du mélange est aspirée par l’éjecteur 2eme étage où elle est comprimée jusqu’à la pression atmosphérique. De la même façon, la vapeur se condense dans le condenseur final.  Système d’eau alimentaire : Ce système est destiné à assurer le conditionnement des condensats avant d’être retournées vers les chaudières de récupération par leur réchauffage et leur dégazage, et d’avoir une réserve d’eau alimentaire afin de garantir une marche stable des équipements. Circuit NORIA : Le circuit d’eau NORIA a pour mission la réfrigération des auxiliaires centrales :  Les pompes alimentaires.  L’alternateur.  L’huile de graissage du GTA.  L’huile de régulation de la turbine.  Les compresseurs d’air de l’atelier TED.  La turbosoufflante de l’atelier sulfurique.  Le broyeur du phosphate.  Les échantillons d’analyses Atelier engrais : Le principe de fabrication des engrais est basé sur la réaction entre l'acide phosphorique et l'ammoniac (pour les DAP, ASP, MAP et NPK) et sur l'attaque du phosphate par de l'acide phosphorique (pour le TSP). L'usine fabrique trois sortes d'engrais:  Le triple super phosphate (TSP).  Duo Ammoniac phosphaté (DAP).  Mono Ammoniac phosphaté (MAP). La fabrication de TSP : La fabrication du TSP est basée sur la réaction du phosphate broyé avec l’acide phosphorique à 42% P2O5. L’attaque est ensuite complétée par un séchage progressif de la bouillie. Après granulation, le produit subit une sélection dans des tamis vibrants, des broyeurs et des concasseurs. La fabrication du MAP et du DAP : Pour les engrais DAP et MAP, la méthode consiste d’abord à neutraliser l’acide phosphorique par l’ammoniac en présence de l’acide sulfurique. Il se forme alors une bouillie
  25. 25. Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise d’Accueil ALAAJOURI Youssef 25 qui sera expédiée vers un granulateur. Le produit granulé ainsi récupéré est introduit dans un sécheur chauffé par les gaz provenant d’une chambre à combustion. À la sortie du sécheur, le produit subit alors une sélection par tamisage à travers un crible. Le produit marchand ainsi obtenu est refroidi, puis enrobé par le fuel afin d’éviter les prises en masse au moment du stockage. Figure 1.3 : L’échange entre les différents ateliers de BMP. I-3 Conclusion Apres cette présentation générale du complexe chimique de Bunge Maroc Phosphore, on a pu comprendre le processus de la production, dans les différentes unités. On s’est familiarisés avec le langage technique de l’usine. Le chapitre qui suit comporte une description détaillée du réseau électrique MT de BMP.
  26. 26. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 26 Sommaire : II-1 Introduction II-2 Répartition de l’alimentation au niveau du poste MT II-3 Gestion de l’énergie II-4 Répartition des équipements MT II-5 Schéma électrique de découpage II-6 Conclusion Chapitre II Etude de la distribution électrique de l’usine BMP
  27. 27. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 27 II-1 Introduction Un réseau électrique est un ensemble d’infrastructures permettant d’acheminer l’énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d’électricité. Il’ est constitué de lignes électriques exploitées à différents niveaux de tension, connectées entre elles dans des postes électriques. D’autre part le réseau électrique doit assurer la gestion dynamique de l’ensemble production-transport-consommation, mettant en œuvre des réglages ayant pour but d’assurer la stabilité de l’ensemble. Alors pour comprendre tous ces aspects dans l’usine BUNGE MAROC PHOSPHORE, nous avons commencé par des visites à l’ensemble des postes électriques du site. Nous avons pu découvrir les différents équipements et visualiser le réseau de distribution de l’électricité. II-2 Répartition de l’alimentation au niveau du poste MT Le réseau électrique à BMP est alimenté par le Groupe Turbo Alternateur (GTA) de capacité de 31Mw, ce dernier fournis l’énergie nécessaire à l’ensemble des ateliers de l’usine, et le reste de l’énergie est délivrée à l’ONE. Puissance Active Puissance Apparente Tension de sortie Intensité Vitesse Groupe Turbo Alternateur 34.85MW 41MVA 10.5KV 2254A 1500Tr/min Tab 2.1 : Caractéristiques du Groupe Turbo Alternateur de l’usine BMP. Dans le cas de défaut sur le groupe turbo alternateur, le réseau ONE alimente l’usine via un transformateur réversible 60/10KV pour assurer la continuité du service. Puissance Apparente Tensions assignées Courant Fréquence Transformateur 60/10KV 30KVA 68.1KV 60KV 51.9KV 254A 289A 334A 50Hz Tab 2.2 : Caractéristiques du Transformateur HT/MT de l’usine BMP. D’autre part l’usine possède d’un Groupe Electrogène de capacité de 1MW utilisé parallèlement comme secours de deux réseaux électriques (GTA et ONE), il travail automatiquement lors de la coupure du courant afin d’assurer l’alimentation de circuit d’éclairage et la centrale thermoélectrique. Comme le montre le schéma ci-dessous, les deux réseaux électriques (ONE et GTA) alimentent la ligne MT (Tableau 323 EM11).
  28. 28. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 28 Cette ligne contient des départs vers les différents ateliers de l’usine : SAP (Tableau 323 EM12), PAP, Départs Engrais, TED (Tableau 323 EM13), PP (Tableau 323 EM15). Figure 2.1 : Réseau électrique MT à BMP II-3 Gestion de l’énergie électrique II-3-1 Introduction Les impératifs sociaux et économiques sous jacents aux solutions de gestion des données sur l’énergie visant à diminuer les couts et à respecter les meilleures pratiques environnementales. En effet, les coûts d’énergie ont augmenté de façon considérable et ont un impact direct sur le prix de revient des produits et des frais de fonctionnement. Cette nouvelle démarche impose une connaissance approfondie des processus, de l’organisation du travail dans l’entreprise et la maitrise des coûts d’énergie calculés à partir d’une tarification. Celle-ci permettra le calcul du coût de l’énergie en fonction de la puissance de l’installation. Pour apporter un maximum d’informations nécessaires à la maitrise des consommations, il devra mettre aux endroits stratégiques de l’installation électrique des instruments de mesure intégrés aux relais numériques (type SIPROTEC4-SIEMENS, SEPAM-SHNEIDER). Ces équipements seront de type communicant et raccordés pour centraliser et gérer les consommations via un logiciel de supervision. Dans tous les cas, ces équipements s’adapteront parfaitement à des applications industrielles. De leur qualité dépendra leur précision de mesure des courants et des tensions et du calcul des énergies.
  29. 29. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 29 Figure 2.2 : Equipements raccordées pour la maitrise de la consommation électrique. La gestion efficace de l’énergie repose sur les quatre paramètres suivants: Le comptage de l’énergie, la surveillance, le contrôle commande et la qualité de l’énergie. II-3-2 Comptage d’énergie Tout système électrique utilisant le courant alternatif sinusoïdal met en jeu deux formes d’énergie : l’énergie active (Wh) et l’énergie réactive (VARh). Dans les processus industriels utilisant l’énergie électrique, seule l’énergie active est transformée au sein de l’outil de production en énergie mécanique, thermique ou lumineuse. Elle peut être positive ou négative si l’installation est capable de produire des KWh (Groupe Turbo Alternateur). L’autre, l’énergie réactive, sert notamment à l’alimentation des circuits magnétiques des machines électriques (moteurs, autotransformateurs, etc.).Par ailleurs, certains constituants des réseaux électriques de transport et de distribution (transformateurs, lignes, etc.) consomment également dans certains cas de l'énergie réactive. II-3-3 Surveillance Cette fonction permet de surveiller les principales grandeurs électriques pour :  La protection des machines.  Détection des coupures de tension.  Détection des surcharges anormales des transformateurs, des départs…  Détection de court-circuit.
  30. 30. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 30 Pour chaque alarme, on doit programmer :  Le seuil haut de déclenchement.  Le seuil bas de déclenchement.  La temporisation à l’enclenchement du relais. Figure 2.3 : Exemple de surveillance du relais. II-3-4 Contrôle commande Les installations industrielles nécessitent une gestion optimale de leur réseau électrique afin de garantir la disponibilité de l'énergie et réduire la facture d'énergie. Un système de contrôle-commande permet l'optimisation de cette gestion grâce aux fonctions d'automatismes telles que :  transfert de sources.  reconfiguration de boucle.  délestage/relestage.  programmation horaire ou tarifaire  gestion des groupes de production interne ... Il permet de plus de surveiller l'état du réseau électrique, de commander les équipements à distance et de prévoir les opérations de maintenance. Figure 2.4 : Surveillance d’un moteur par un relais de type SIPROTEC II-3-5 La qualité de l’énergie. La qualité de l’énergie électrique est devenue un sujet stratégique pour les compagnies d’électricité, les personnels d’exploitation, de maintenance ou de gestion de sites tertiaires ou industriels, et les constructeurs d’équipements, essentiellement pour les raisons suivantes :  La nécessité économique d’accroitre la compétitivité pour les entreprises.  La généralisation d‘équipements sensibles aux perturbations de la tension et/ou eux- mêmes générateur de perturbations.
  31. 31. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 31  L’ouverture du marché d’électricité. Cependant, les perturbations ne doivent pas être subies comme une fatalité car des solutions existent. Leur définition et leur mise en œuvre dans le respect des règles de l’art, ainsi que leur maintenance par des spécialistes permettent une qualité d’alimentation personnalisée adaptée aux besoins de l’utilisateur. II-4 Répartition des équipements MT Au totale, l’usine dispose de 5 ateliers, chaque atelier comporte des équipements MT (Moteur, Transformateur..) nécessaires à la production. Les tableaux suivants regroupent tous les équipements MT installés à BMP : ATELIER SULFURIQUE (323EM12) Equipement Puissance Relais de protection Transformateur MT/BT (323EC21) 3150KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC22) 3150KVA SIPROTEC 7SJ63 Moteur (323IP03A) 765KW SIPROTEC 7SJ63 Moteur (323IP03B) 765KW SIPROTEC 7SJ63 Booster (Turbo soufflante) 600KW SIPROTEC 7SJ63 Tab 2.3 : Les équipements MT de l’atelier Sulfurique. CENTRALE THERMIQUE (323EM15) Equipement Puissance Relais de protection Transformateur MT/BT (323EC51) 2500KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC52) 2500KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC25) 630KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC35) 630KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC55) 630KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT Eclairage PAP 630KVA SIPROTEC 7SJ63 Tab 2.4 : Les équipements MT de l’atelier Centrale Thermique.
  32. 32. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 32 ATELIER TRAITMENT D’EAU DOUCE (323EM13) Equipement Puissance Relais de protection Transformateur MT/BT (323EC31) 1600KVA SIPROTEC 7SJ63 Transformateur MT/BT (323EC32) 1600KVA SIPROTEC 7SJ63 Moteur (326IP09A) Reprise eau de mer 680KVA SIPROTEC 7SJ63 Moteur (326IP09B) Reprise eau de mer 680KVA SIPROTEC 7SJ63 Moteur (326IP09C) Reprise eau de mer 680KVA SIPROTEC 7SJ63 Tab 2.5 : Les équipements MT de l’atelier Traitement d’Eau Douce. ATELIERPHOSPHORIQUE 323EM14-1et323EM14-2 Equipement Puissance Relais de protection Transfo (303EC20-001) Broyage+Filtration 4000KVA MC20 Transfo (303EC20-002) Attaque+Digestion 4000KVA MC20 Transfo (303EC20-003) Stockage concentration 4000KVA MC20 Moteur (302AB01) Broyeur 450KW MM30 Moteur (303AC01) Pompe à Vide 450KW MM30 Moteur (303AC02) Pompe à Vide réserve 450KW MM30 Transfo (303EC20-005) Manutention Phosphate 4000KVA MC20 Transfo (303EC21-001) Secoure 4000KVA MC20 Transformateur MT/BT Eclairage 630KVA SIPROTEC 7SJ63 Tab 2.6 : Les équipements MT de l’atelier Phosphorique.
  33. 33. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 33 ATELIERENGRAIS 323EM16-1et323EM16-2 Equipement Puissance Relais de protection Transformateur (300EC20) 4000KVA SEPAM 80 Transformateur (307EC21) 4000KVA SEPAM 80 Transformateur (300EC23) 800KVA SEPAM 80 Moteur (306M02M01) Sécheur 450KW SEPAM 80 Moteur (306C07M01) Ventilateur 506KW SEPAM 80 Moteur (306C08M01) Ventilateur 506KW SEPAM 80 Transformateur (306EC20) 4000KVA SEPAM 80 Transformateur (307EC20) 4000KVA SEPAM 80 Transformateur (300EC22) 800KVA SEPAM 80 Moteur (307M02M01) Sécheur 450KW SEPAM 80 Moteur (307C07M01) Ventilateur 506KW SEPAM 80 Moteur (307C08M01) Ventilateur 506KW SEPAM 80 Moteur (308B01M01) Broyeur 630KW SEPAM 80 Tab 2.7 : Les équipements MT de l’atelier Engrais. L’usine dispose d’autres équipements MT qui ne figurent pas dans les tableaux comme le transformateur 60/10KV, le groupe turbo alternateur et le groupe électrogène. Dans la partie suivante on va donner un schéma explicatif de la répartition de ces équipements électriques. II-5 Schéma électrique de découpage Le schéma ci-dessous, montre le découpage des ateliers MT, ainsi la position des relais numériques de protection et de mesures sélectionnées suivant l’emplacement dans le réseau électrique.
  34. 34. Chapitre 2 : Etude de la distribution électrique de l’usine ALAAJOURI Youssef 34 Figure 2.5 : Schéma de découpage du réseau MT de BMP. II-6 Conclusion Le réseau électrique MT de BMP comporte trois parties :  Sources d’énergie électrique à savoir l’arrivée ONE, Groupe Turbo Alternateur et le Groupe Electrogène, chargés de fournir l’énergie nécessaire.  Poste de distribution à moyenne tension, chargé de livrer l’énergie aux auxiliaires.  Les équipements MT à savoir les Transformateurs MT/BT et les Moteur. Chaque partie de ce réseau peut être l’objet d’incidents, tel que panne, court-circuit, fonctionnement aberrant. C’est pourquoi toute une panoplie d’appareils est installée pour éviter que ces incidents ne détruisent l’ouvrage, ou ne compromettent la qualité de fourniture de l’énergie, et pour une gestion efficace de l’énergie. Parmi eux on trouve les relais de protection numériques, leur étude fera l’objet du chapitre suivant.
  35. 35. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 35 Sommaire : III-1 Introduction III-2 Les relais numériques SIPROTEC installés III-3 Le logiciel de configuration DIGSI 4. III-4 Solution proposée. III-5 Conclusion. Chapitre III Etude des Relais de protection numériques (SIPROTEC)
  36. 36. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 36 III-1 Introduction Les dispositifs de protection surveillent en permanence l’état électrique des éléments d’un réseau et provoquent leur mise hors tension (par exemple l’ouverture d’un disjoncteur), lorsque ces éléments sont le siège d’une perturbation indésirable : court-circuit, défaut d’isolement… Le choix d’un dispositif de protection n’est pas le fruit d’une réflexion isolée, mais une des étapes les plus importantes de la conception d’un réseau électrique. Ce choix est fait par l’analyse du comportement des matériels électriques (moteurs, transformateurs...) sur défauts et des phénomènes qui en découlent. Le présent chapitre à pour but de présenter les relais de protection numériques de type SIPROTEC-SIEMENS installés dans le poste de distribution MT, où vous trouverez une vue d’ensemble des domaines d’application, des caractéristiques et des différentes fonctions de chaque type de relais. Et dans le cadre de solution proposée, on va présenter les avantages de la supervision de poste MT. III-2 Les relais numériques SIPROTEC installés Pendant la visite du poste de distribution MT de l’usine BMP, on a constaté qu’il existe différents types de relais numériques à savoir :  6 relais de protection différentielle SIPROTEC 7SD52.  29 relais de protection multifonctionnelle à commande SIPROTEC 7SJ63.  7 relais de protection multifonctionnelle à commande SIPROTEC 7SJ 64. III-2-1 Généralités La protection numérique SIPROTEC4 est équipée d'un système à microprocesseur performant. Toutes les opérations effectuées par cet appareil, telles que l'acquisition des valeurs de mesure et l'émission des commandes destinées aux disjoncteurs et autres appareillages haute tension sont traitées de façon complètement numérique.
  37. 37. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 37 Figure 3.1 : Architecture matérielle de Relais SIPROTEC4. Les entrées de mesure EM transforment les courants et tensions issus des réducteurs de courant et tension associés et les convertissent en niveaux d’amplitude appropriés pour le traitement interne de l’appareil. Cet appareil dispose de 4 entrées de courants et de 4 entrées de tension. Trois entrées de courant sont prévues pour l'acquisition des courants de phase, une quatrième (I4) peut être configurée pour le courant de terre. L’appareil dispose d’une entrée de tension pour chaque tension phase-terre, et une quatrième entrée de tension peut être utilisée pour la tension de décalage ou pour une tension quelconque Ux (pour protection de surtension). Les grandeurs analogiques sont transmises au module d’amplification des entrées AE. L’amplificateur des entrées AE assure la terminaison à haute impédance des grandeurs d'entrée et comporte des filtres pour le traitement des valeurs mesurées optimisés au niveau de la bande passante et de la vitesse. Le module de conversion analogique-numérique AD est constitué d’un multiplexeur, d’un convertisseur analogique/numérique et d’éléments mémoire pour la transmission des données au microprocesseur. Le microprocesseur assure, outre le contrôle de l'acquisition des mesures, les fonctions de protection et de contrôle-commande proprement dites. Il s’agit en particulier des tâches suivantes :  Filtrage et préparation des grandeurs de mesure.  Surveillance continue des grandeurs de mesure.  Interrogation de seuils et de temporisations.  Décision au sujet des commandes de déclenchement et d'enclenchement.  Enregistrement des signalisations, messages de défaut et des enregistrements perturbographiques pour l’analyse des défauts.  Horloge en temps réel, communication, interfaces etc. Les informations sont mises à disposition par l’amplificateur des sorties AS.
  38. 38. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 38 La communication est assurée via l'interface de commande série pour une manipulation aisée de toutes les fonctions de l’appareil. Il est également possible de communiquer avec l'appareil via l'interface de service série, ceci convient particulièrement bien dans le cas d'une connexion fixe des appareils à l’ordinateur ou pour une commande via un modem. Toutes les données de l’appareil peuvent être transmises via l'interface système série vers un système de contrôle-commande. En fonction de l’utilisation, cette interface peut être équipée de différents protocoles et procédures physiques de transfert. Une autre interface est prévue pour la synchronisation de l’horloge interne via des sources externes de synchronisation. En fonction de la version, une ou deux interfaces de télé protection peuvent être présentes. Les données de télé action et d'autres informations, comme p.ex. l’enclenchement du disjoncteur local ainsi que d'autres commandes et informations binaires couplées par un moyen externe sont transmises aux autres extrémités via ces interfaces. III-2-2 Le relais SIPROTEC 7SA522. La protection de distance numérique SIPROTEC 7SA522 est un appareil de protection sélectif et rapide pour les lignes aériennes ou les liaisons souterraines (câbles) alimentées par de multiples sources dans des réseaux de structure radiale, bouclée ou maillée. Le régime de neutre du réseau peut être de type à la terre, compensé ou isolé. L'appareil comprend les fonctions nécessaires pour protéger une travée ligne et peut donc être utilisé de manière universelle. De plus, il peut être mis en œuvre en tant que protection de réserve échelonnée en temporisation avec des systèmes de protection différentiels de tout type pour les lignes, Figure 3.2 : Relais SIPROTEC 7SA522. transformateurs, générateurs, moteurs et jeu de barres de tous niveaux de tension. III-2-2-1 Fonctions de SIPROTEC 7SA522. L'appareil 7SA522 dispose d'un ensemble de fonctions de protection et de fonctions complémentaires. Les propriétés du matériel sont adaptées à ces fonctions. En outre, les fonctions de commande peuvent être ajustées en fonction du mode d'exploitation du poste. Fonction de protection : La fonction de base est la détermination de l'éloignement du défaut à l'aide d'une mesure de distance. De plus, l'appareil assure la protection homopolaire complémentaire pour la détection des défauts terre résistants. En cas d’absence de tension de mesure à cause d’un défaut dans le circuit secondaire, l’appareil peut activer la protection de surintensité, cette protection peut être utilisée comme protection de réserve, c-à-d. de manière indépendante et en parallèle à la protection de distance. D'autres fonctions sont disponibles comme la protection à minimum et à maximum de tension, la protection contre les défaillances disjoncteur. Enfin, le localisateur de défaut intégré à l'équipement permet de trouver rapidement l'endroit du défaut. Fonction de commande : L'appareil est équipé de fonctions de commande qui permettent d'enclencher ou de déclencher différents organes de manœuvre via des touches du clavier, via l'interface système, via des entrées binaires et au moyen d'un ordinateur et du logiciel DIGSI.
  39. 39. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 39 Signalisations et valeurs de mesure perturbographie : Les messages d'exploitation donnent des informations concernant les états du poste et de l'appareil lui-même. Et en cas de défaut, les événements importants et les changements d'état sont consignés au sein de protocoles de défaut. Les grandeurs analogiques mesurées ainsi que les traces binaires des événements associés sont sauvegardées dans l'appareil sous la forme d'enregistrements de perturbographie. Ces données sont ensuite disponibles pour l'analyse du cas de défaut. Communication : Des interfaces série assurent la communication avec des systèmes externes de supervision, de commande et de consignation. Un connecteur 9 pôles SUBD supporte la communication sur place avec un micro-ordinateur personnel. A l'aide du logiciel DIGSI, et via l'interface de commande, toutes les procédures de dialogue et d'analyse peuvent être effectuées. Ceci comprend p.ex. le réglage et la configuration, la programmation des fonctions logiques définissables par l'utilisateur, la lecture des messages d'exploitation et de défaut ainsi que des valeurs de mesure, la visualisation des enregistrements perturbographiques, l'exécution de commandes. L'appareil peut être équipé d'autres interfaces, ceci afin d'élargir les possibilités de communication. L'interface de service peut être utilisée via des lignes de transmission de données et permet également une communication via modem. L'interface système supporte la communication entre l'appareil et un système central de contrôle-commande. Elle peut être utilisée via des lignes de transmission de données ou des fibres optiques. Plusieurs protocoles standardisés sont à disposition pour la réalisation de la transmission des données. Ce profil permet également l'intégration des appareils dans les systèmes de conduite. III-2-2-2 Caractéristiques de SIPROTEC 7SA522. Caractéristiques générales :  Puissant système à microprocesseur 32 bits  Traitement des mesures et commandes intégralement numériques  Insensibilisation aux perturbations par séparation galvanique des circuits de traitement internes  Enregistrement des messages de défaut ainsi que des valeurs instantanées dans le cadre de la perturbographie. Protection de distance :  Protection pour tous les types de défauts dans les réseaux avec régime de neutre mis à la terre, compensé ou isolé.  6 systèmes de mesure pour chaque zone de déclenchement.  6 zones de déclenchement, au choix dirigées en aval, en amont ou non- directionnelles.  9 échelons temporels pour les zones de déclenchement.  Insensible à la saturation des réducteurs de courant.  Déclenchement instantané possible en cas d'enclenchement sur un défaut. Fonction d’antipompage :  Détection de pompage par mesure dZ/dt avec 3 systèmes de mesure.  Détection de fréquence de pompage jusqu'à 7 Hz.  Inhibition du déclenchement de la protection de distance sur pompage. Protection homopolaire :  Protection de surintensité avec au maximum 3 échelons à temps constant et un échelon à temps dépendant.  Stabilisation par courant de phase contre les mesures erronées.  Stabilisation à l’enclenchement avec 2ème harmonique.  Déclenchement monophasé possible à l'aide d'un sélecteur de phase intégré.
  40. 40. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 40 Protection de surintensité :  Au choix utilisable comme fonction de secours en cas de perte de la tension de mesure ou comme fonction de réserve indépendamment de la tension de mesure.  Au maximum deux échelons à temps constant et un échelon à temps dépendant pour le courant de phase et pour le courant de terre.  Déclenchement instantané possible en cas d'enclenchement sur un défaut avec chaque échelon. Protection voltmétrique :  Détection à minimum et à maximum de tension  Deux échelons à minimum et à maximum de tension exploitant les tensions phase-terre, chacun avec temporisation par phase commune. Même chose pour les tensions phase-phase, composante directe des tensions, composante inverse des tensions et composante homopolaire des tensions. Protection fréquencemétrique :  Surveillance à minimum de fréquence (f<) et/ou à maximum de fréquence (f>) avec 4 seuils de fréquence et temporisations réglables séparément.  Particulièrement insensible aux sauts de phase.  Plage de fréquence très large (env. 25 Hz à 70 Hz). Localisateur de défaut :  Calcul de la distance du défaut avec mémorisation propre des grandeurs mesurées.  Indication de la position de défaut en Ohm, kilomètres ou miles et % de la longueur de ligne. Protection contre défaillance disjoncteur :  Echelons de courant à temps indépendant pour la surveillance du courant circulant au travers de chaque pôle du disjoncteur.  Temps de retombée et d'inertie courts. III-2-3 Le relais SIPROTEC 7SD52. L’appareil numérique de protection différentielle SIPROTEC 7SD52 est une protection hautement sélective contre les courts-circuits. Elle est idéale pour la protection des lignes et câbles à deux ou plusieurs extrémités. Elle s’applique à toute topologie de réseau: radial ou maillé de n’importe quel niveau de tension. Le régime du neutre de l’installation ne joue aucun rôle au niveau de la protection différentielle puisque celle-ci est basée sur une comparaison de mesure phase par phase. Le déclenchement instantané de tout défaut situé dans la zone de protection (quelle que soit sa position) constitue un avantage majeur de la fonction de Protection Figure 3.3 : Relais SIPROTEC 7SD52. différentielle. Les limites de zone de protection sont fixées par les emplacements des transformateurs de courant situés aux extrémités de l’installation à protéger. Ces limites de zone rigides sont la raison de la sélectivité idéale de la fonction de protection différentielle.
  41. 41. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 41 III-2-3-1 Fonctions de SIPROTEC 7SD52. L'appareil 7SD52 dispose de toute une série de fonctions de protection et de fonctions additionnelles. En outre, les fonctions qui génèrent les ordres de commande sont adaptées aux types d'engins commandés. Différentes fonctions peuvent être mises hors service par programmation et l'interaction entre les différentes fonctions peut être modifiée. Les fonctions de la 7SD52 qui ne sont pas nécessaires et qui ne sont pas utilisées peuvent ainsi être cachées. Fonction de protection : La fonction de base de l'appareil consiste à identifier de manière sûre tout courts-circuits — même faibles ou à haute impédance — qui pourrait se produire dans la zone de protection. La protection est stabilisée contre les courants de magnétisation à l'enclenchement des transformateurs de puissance. L'appareil permet le déclenchement instantané de l’installation en cas d'enclenchement sur défaut, quelle que soit la position du défaut sur l'élément protégé. En cas de perte de la communication, l’appareil utilise la fonction de protection de surintensité temporisée interne. Cette fonction de protection de surintensité dispose de trois seuils de déclenchement à temps constant et d'un seuil de déclenchement à temps dépendant. Elle peut également être utilisée comme protection de réserve. Dans ce cas, elle est opérationnelle en permanence, travaille en parallèle avec la fonction de Protection différentielle. Outre les fonctions de protection mentionnées ci-dessus, l'appareil dispose d'une protection de surcharge thermique intégrée permettant la protection des câbles et transformateurs de puissance contre les surchauffes inadmissibles provoquées par les surcharges. Une fonction de protection contre la défaillance du disjoncteur supervise la réaction du disjoncteur après une émission d'un ordre de déclenchement. Communication : Des interfaces série assurent la communication avec des systèmes externes de supervision, de commande et de consignation. Un connecteur 9 pôles SUBD supporte la communication sur place avec un micro-ordinateur personnel. A l'aide du logiciel DIGSI, et via l'interface de commande, toutes les procédures de dialogue et d'analyse peuvent être effectuées. Ceci comprend p.ex. le réglage et la configuration, la programmation des fonctions logiques définissables par l'utilisateur, la lecture des messages d'exploitation et de défaut ainsi que des valeurs de mesure, la visualisation des enregistrements perturbographiques, l'exécution de commandes. L'appareil peut être équipé d'autres interfaces, ceci afin d'élargir les possibilités de communication. L'interface de service peut être utilisée via des lignes de transmission de données et permet également une communication via modem. L'interface système supporte la communication entre l'appareil et un système central de contrôle-commande. Elle peut être utilisée via des lignes de transmission de données ou des fibres optiques. Plusieurs protocoles standardisés sont à disposition pour la réalisation de la transmission des données, conformément à la norme IEC 60870-5-103. Ce profil permet également l'intégration des appareils dans les systèmes d'automatisation SINAUT LSA et SICAM. III-2-3-2 Caractéristiques de SIPROTEC 7SD52. Caractéristiques générales :  Système à microprocesseur 32 bits.  Surveillance des grandeurs de mesure et traitement numérique complet.  Insensibilisation aux perturbations par séparation galvanique des circuits de traitement internes.  Système de protection pour les lignes ayant jusqu'à 6 extrémités avec prise en compte de la présence éventuelle d'un transformateur de puissance dans la zone de protection.
  42. 42. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 42  Utilisation aisée de l’appareil au travers d’un panneau de commande intégré ou au moyen d'un ordinateur individuel. Protection différentielle :  Protection contre tous les types de défauts, quel que soit le type de mise à la terre du réseau.  Sensibilité élevée en cas d'exploitation sur charge faible, très grande stabilité contre des sauts de charges et les oscillations de puissance.  Les mesures sont effectuées phase par phase. La sensibilité de la fonction de protection différentielle est donc indépendante du type de défaut.  Immunité contre les courants d'enclenchement et les courants de charge.  Faible dépendance à la fréquence grâce à un système d'ajustement de fréquence.  Déclenchement rapide et sélectif en phase des extrémités passives ou faiblement alimentées de l'objet à protéger. Transfert d’informations :  Transfert des grandeurs mesurées vers toutes les extrémités de l'objet à protéger.  Transfert de jusqu'à 4 commandes rapides vers toutes les extrémités de l'objet à protéger.  Transfert de 24 informations binaires complémentaires vers toutes les extrémités de l'objet à protéger. Protection de surintensité :  Utilisable en tant que protection de secours en cas de perte de la communication comme protection de réserve (réserve permanente) en parallèle avec la fonction différentielle principale ou les deux simultanément.  Maximum trois seuils de déclenchement à temps constant et un seuil de déclenchement à temps dépendant à la fois sur les courants de phase et le courant de neutre.  Possibilités de blocage dynamique de la fonction.  Possibilité de déclenchement instantané de n’importe quel seuil en cas d’enclenchement sur défaut. Protection contre défaillance disjoncteur :  Démarrage par ordre de déclenchement de chaque fonction de protection intégrée.  Possibilité de démarrage par fonction de déclenchement externe.  Temps de retombée extrêmement court. Protection de surcharge thermique :  Image thermique liée à la circulation de courant au travers de l'objet à protéger.  Mesures en valeurs efficaces réelles sur chacune des phases de l'objet à protéger.  Seuils d'alarmes réglables pour les niveaux thermiques et les niveaux de courant. Protection instantanée d'enclenchement sur défaut :  Déclenchement instantané pour tous les défauts situés sur l'élément protégé.  Reconnaissance d'enclenchement intégrée. III-2-4 Le relais SIPROTEC 7SJ63/64. Les appareils numériques de protection multifonctionnelle SIPROTEC 7SJ63/64 sont utilisés comme appareils de protection, de commande et de surveillance pour des travées du jeu de barres. En tant que protection de lignes, les appareils sont utilisables dans des réseaux avec régime de neutre mis à la terre, mis à la terre à faible impédance, isolé ou compensé. Ils conviennent pour des réseaux arborescents alimentés par une source unique, pour des réseaux bouclés à fonctionnement ouvert ou fermé ainsi que pour des lignes à double source. En tant
  43. 43. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 43 que protection de moteur, les appareils sont adaptés pour des machines asynchrones de toute taille. Les appareils comprennent les fonctions qui sont habituellement requises pour la protection, la surveillance des positions du disjoncteur et la commande des cavaliers sur les jeux de barres simples ou doubles. Ils peuvent donc être utilisés de façon universelle. De plus, ils peuvent être utilisés en tant que protection de réserve échelonnée en temporisation avec des systèmes de protection différentiels de tout type pour les lignes, barres de tous niveaux de tension. III-2-4-1 Fonctions de SIPROTEC 7SJ63/64. L'appareil 7SJ63/64 dispose d'un ensemble de fonctions de protection et de fonctions complémentaires. Les propriétés du matériel sont adaptées à ces fonctions. En outre, les fonctions de commande peuvent être ajustées en fonction du mode d'exploitation du poste. Fonction de protection : La fonction de base est une protection de surintensité temporisée non directionnelle. Elle dispose au maximum de deux échelons à temps constant et d'un Echelon à temps dépendant pour les courants de phase et pour le courant de terre. Selon la version d’appareil commandé, la protection de surintensité peut être complétée par une fonction de protection de surintensité directionnelle, de protection contre les défaillances du disjoncteur et par une fonction de détection de défaut à la terre pour réseaux fortement impédants, qui peut fonctionner de manière directionnelle ou non-directionnelle. D’autres fonctions de protection sont disponibles à avoir la protection fréquencemétrique, la protection à minimum de tension et à maximum de tension et la protection contre les déséquilibres et contre les surcharges. La température du fluide de refroidissement et la température ambiante peuvent être surveillées via des capteurs externes (à l’aide d’un Thermobox externe). Pour la 7SJ64, suite à un déclenchement triphasé, l'admissibilité du réenclenchement peut être vérifiée à l'aide du contrôle de tension et/ou de la vérification de synchronisme. La fonction de synchronisation peut également être commandée de façon externe. Fonction de commande : L'appareil est équipé de fonctions de commande qui permettent d'enclencher ou de déclencher différents organes de manœuvre via des touches du clavier, via l'interface système, via des entrées binaires et au moyen d'un ordinateur et du logiciel DIGSI. Signalisations et valeurs de mesure perturbographie : Les messages d'exploitation donnent des informations concernant les états du poste et de l'appareil lui-même. Et en cas de défaut, les événements importants et les changements d'état sont consignés au sein de protocoles de défaut. Les grandeurs analogiques mesurées ainsi que les traces binaires des événements associés sont sauvegardées dans l'appareil sous la forme d'enregistrements de perturbographie. Ces données sont ensuite disponibles pour l'analyse du cas de défaut. Communication : Des interfaces série assurent la communication avec des systèmes externes de supervision, de commande et de consignation. Via l'interface de service, toutes les procédures de dialogue et d'analyse peuvent être effectuées. Ceci comprend p.ex. le réglage et la configuration, la programmation des fonctions logiques définissables par l'utilisateur, la lecture des messages d'exploitation ainsi que des valeurs de mesure, et l'exécution de commandes. L'interface de service peut être utilisée via des lignes de transmission de données ou des fibres optiques et permet également une communication via modem. Figure 3.4 : Relais SIPROTEC 7SJ63/64.
  44. 44. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 44 L'interface supplémentaire (uniquement pour 7SJ64) est prévue exclusivement pour le raccordement d'un Thermobox pour la saisie de températures externes. Elle peut également être utilisée via des lignes de transmission de données ou des fibres optiques. L'interface système supporte la communication entre l'appareil et un système central de contrôle-commande. Elle peut être utilisée via des lignes de transmission de données ou des fibres optiques. Plusieurs protocoles standardisés sont à disposition pour la réalisation de la transmission des données, conformément à la norme IEC 60870-5-103. Ce profil permet également l'intégration des appareils dans les systèmes d'automatisation SINAUT LSA et SICAM. L'intégration des appareils dans le réseau de communication Ethernet 100-Mbit de la technique de contrôle de processus et d’automatisation peut être effectuée via un module EN100 avec des protocoles conformes à la norme CEI 61850. Comme alternative, la 7SJ63/64 peut être connectée à un bus du terrain de type PROFIBUS FMS. Le PROFIBUS FMS, réalisé conformément à la norme DIN 19245, est un standard de communications ouvert à haute performance qui jouit d’une acceptation particulièrement large dans les domaines du contrôle de processus et de l’automatisation. Il existe d'autres alternatives à la connexion au bus de terrain PROFIBUS FMS, comme la connexion au PROFIBUS DP et aux protocoles DNP3.0 et MODBUS. III-2-4-2 Caractéristiques de SIPROTEC 7SJ63/64. Caractéristiques générales :  Système à microprocesseur 32 bits.  Surveillance des grandeurs de mesure et traitement numérique complet.  Insensibilisation aux perturbations par séparation galvanique des circuits de traitement internes.  Enregistrement des statistiques de manœuvre du disjoncteur y compris le nombre d’ordres de déclenchement émis. Protection à maximum de courant :  Deux échelons de surintensité à temps constant et un Echelon de surintensité à temps dépendant, pour les courants de phase et les courants de terre IT ou courant résiduel 3I0.  Fonctionnement biphasé de la protection de surintensité (IL1, IL3) possible.  Stabilisation à l’enclenchement avec 2ème harmonique. Protection homopolaire complémentaire :  Protection de surintensité avec deux échelons à temps constant et un Echelon à temps dépendant pour les défauts terre dans les réseaux avec neutre mis à la terre.  Stabilisation à l’enclenchement avec 2ème harmonique.  Déclenchement instantané possible en cas d'enclenchement sur un défaut avec chaque Echelon. Protection de surintensité directionnelle :  3 échelons pour la phase et 3 échelons pour la Terre fonctionnent parallèlement aux échelons à maximum de courant non-directionnels.  Détermination directionnelle à partir des tensions saines et mémoire de tension, ce qui assure une sensibilité directionnelle dynamiquement illimitée. Protection à maximum de courant monophasée :  Evaluation du courant mesuré via un transformateur de courant de terre sensible ou normal.
  45. 45. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 45  comme protection de cuve contre les courants de fuite non admissibles utilisable entre carter de transformateur et prise de terre. Protection voltmétrique :  Détection de minimum de tension à deux échelons des composantes directes des tensions ou de la plus petite des tensions raccordées.  En cas de raccordement monophasé, la tension monophasée phase-Terre ou phase-phase est évaluée. Protection contre les déséquilibres :  Evaluation du système inverse des courants.  Caractéristique indépendante de déclenchement à deux niveaux. Surveillance du temps de démarrage du moteur :  Caractéristique de déclenchement à temps dépendant par évaluation du courant de démarrage.  Temporisation à temps constant en cas de blocage du rotor. Blocage de redémarrage pour moteurs :  La température du rotor est calculée sur base des courants de stator  Le démarrage n’est autorisé que si le rotor dispose des réserves thermiques suffisantes pour réaliser un démarrage complet. Protection fréquencemétrique :  Surveillance à minimum de fréquence (f<) et/ou à maximum de fréquence (f>) avec 4 seuils de fréquence et temporisations réglables séparément.  Particulièrement insensible aux sauts de phase. Protection de surcharge thermique :  Image thermique des pertes thermiques liées au courant.  Calcul de la valeur efficace.  Seuil d’alarme thermique réglable.  Intégration de la température du fluide de refroidissement ou de la température ambiante à l’aide de capteurs externes et d’un Thermobox. Détection des défauts terre :  Détection de la tension de déplacement par mesure ou par calcul à partir des tensions de phases.  Détection du courant de terre à deux échelons : échelons de surintensité ITT>> et ITT>.  Grande sensibilité (réglage possible à partir de 1 mA).  Peut être utilisée au choix comme protection homopolaire complémentaire. Localisateur de défaut :  Démarrage par ordre de déclenchement ou par ordre externe ou en cas de retombée de l'excitation.  Indication de la position de défaut en Ohm, kilomètres ou miles et % de la longueur de ligne. Protection contre défaillance disjoncteur :  Par vérification du courant et/ou évaluation des contacts auxiliaires du disjoncteur.  Démarrage par ordre de déclenchement de chaque fonction de protection intégrée.  Possibilité de démarrage par fonction de déclenchement externe. Fonction de synchronisation (uniquement 7SJ64) :  Contrôle des conditions de synchronisme sur réenclenchement suite à un déclenchement triphasé.
  46. 46. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 46  Mesure rapide de la différence d'amplitude ΔU, de la différence d'angle de phase ΔØ et de la différence de fréquence Δf.  Tensions minimum et maximum de couplage configurables.  tensions de mesure au choix phase-phase ou phase-Terre. III-3 Le logiciel de configuration DIGSI 4 III-3-1 Introduction La technologie numérique autorise l’emploi d’applications logicielles de dialogue. Le recours au logiciel permet ainsi de bénéficier pleinement des nombreuses évolutions du secteur micro-informatique constatées ces dernières années comme :  L’existence d’une famille de matériels standard accessible au grand public et très largement répandue, pour l’exécution des programmes.  L’accès à toutes les ressources informatiques de l’environnement PC  La puissance et la souplesse croissantes des logiciels. Le logiciel DIGSI a été conçu de manière à tirer partie au maximum de ces avantages pour le bénéfice des différents utilisateurs de protection : exploitants, services techniques, ingénieurs d’étude, personnel de mise en service. Il est fondé sur 2 grands principes :  Le dialogue (échange de données) avec les équipements de protection.  La gestion sur support informatique d’une base de données correspondant aux données présentes sur les différents équipements de protection de l’installation. III-3-2 Organisation de la base de données Les informations stockées dans la base de données DIGSI sont principalement :  Les paramètres de chaque équipement répartis dans 3 classes :  Paramètres de configuration (langue de dialogue supportée, les paramètres de choix des interfaces de communication, l’adresse de l’équipement, etc…).  Paramètres d’affectation des entrées/sorties  Paramètres de réglage (seuils, temporisations, etc…) permettent d’ajuster les fonctions de protections activées.  Les signalisations générées par chaque équipement avec principalement :  Les signalisations d’exploitation.  Les signalisations liées à la détection de défauts.  Les signalisations spontanées.  Les statistiques de déclenchement (le cas échéant).  La liste des fonctions de protection actives.  Les enregistrements de perturbographie.  Les mesures effectuées par l’équipement et sauvegardées sur PC sous DIGSI. Ces informations représentent un volume de données important. Les postes électriques pouvant de plus comporter de nombreux équipements de protection, il est nécessaire de trouver un mode de classement de toutes ces informations. Le modèle de classement adopté par DIGSI est la reproduction de la structure du poste électrique en distinguant trois niveaux poste/départs/protections.
  47. 47. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 47 III-3-3 Modes de dialogue Dialogue en mode fichier : La base de données DIGSI, est stockée physiquement sur le support informatique de travail du PC (généralement le disque dur). Cette base de données coexiste donc avec la base de données répartie des protections (répartie sur la base matérielle de toutes les protections de l’installation client). DIGSI offre la possibilité de fonctionner en mode autonome (mode de dialogue fichier) c’est à dire en accédant aux informations stockées sur les supports informatiques. Dialogue direct avec la protection en local : Ce mode de fonctionnement suppose l’existence d’une liaison physique entre le PC supportant DIGSI et la protection. Dialogue direct avec la protection à distance : Ce mode de fonctionnement suppose l’existence d’une liaison physique entre le PC supportant DIGSI et la protection transitant par un ou plusieurs équipements complémentaires. Ces équipements complémentaires sont :  Les modems.  Le commutateur de canal pour le raccordement aux équipements de protection V2.  L’étoile optique pour le raccordement aux équipements de protection V3 et V4. Figure 3.5 : Dialogue à distance à travers modem/commutateur de canal/coupleur étoile. III-3-4 Opérations effectuées grâce au logiciel DIGSI Gestion de la base de données : DIGSI permet de créer sur un support informatique l’image d’un poste électrique selon la structure poste/départs/équipements de protection. L’utilisateur :  définit la structure poste/départs.  crée les images des équipements de protection destinés à être implantés physiquement dans l’installation réelle.  place dans la structure poste/départs les images les équipements de protections.
  48. 48. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 48 La création d’un équipement de protection par DIGSI signifie la génération de sous- ensembles de données correspondant aux paramètres de la protection et aux données générées par la protection. Modification des paramètres : DIGSI permet de modifier l’ensemble des paramètres correspondant aux équipements de protection il s’agit de :  Modification des paramètres de configuration.  Modification des paramètres d’affectation des entrées/sorties.  Modification des paramètres de réglage. Création des fonctions logiques : Les appareils SIPROTEC 4 se distinguent des autres parce qu'ils ont un PLC (Programmable Logic Controller) à bord pour :  Modifier des logiques de verrouillage existantes ou en créer de nouvelles.  Former des regroupements de signalisations.  Déduire des nouvelles valeurs de mesures et de comptages.  Créer des messages d'alarme. Cela est réalisé par la méthode CFC, il s'agit d'un fichier contenant des entrées appelées Plans-CFC. Chaque plan-CFC contient au moins une fonction logique, qui relie des valeurs d'entrée et livre un résultat de cette connexion en sortie. Traitement de l’image de base et de commande : Quant à l'image de base et de commande il s'agit de représentations, qui peuvent être affichées à l'écran de l’appareil SIPROTEC 4. A condition naturellement que l’appareil SIPROTEC 4 dispose d'un grand écran. L'image affichée sur l'écran de l'appareil en fonctionnement normal est appelée image de base. L'image de base affiche les mesures d'exploitation de façon dynamique et comporte un synoptique avec également la représentation dynamique des positions actuelles des organes de manœuvre. L'image de commande sert quant à elle à la réalisation de manœuvres. Grâce au DIGSI Display Editor il’ est possible de modifier des images de base et de commande existantes ou de créer de nouvelles. Voici quelques exemples : Figure 3.6 : Exemple de multiples possibilités de DIGSI Display Editor. Visualisation des informations : Les informations suivantes sont visualisables sur un PC connecté à un équipement de protection et sur lequel est exécuté le programme DIGSI:  affichage de l’ensemble des paramètres de réglage.
  49. 49. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 49  affichage de l’ensemble des paramètres d’affectation d’Entrées/Sorties.  affichage de l’ensemble des paramètres de configuration.  affichage de l’ensemble des valeurs de mesure.  affichage des messages d’exploitation avec datation.  affichage des signalisations générées sur cas de défaut avec datation.  affichage des statistiques de manœuvre.  affichage des fonctions de protection actuellement en service sur l’équipement  affichage des enregistrements de perturbographie. III-4 Solution proposée Un défaut au niveau du secondaire du transformateur de mesure JDB2 a provoqué le dégagement d’une quantité importante de fumée rendant l’air à l’intérieur de la cellule ionisé et par la suite conducteur, ce qui a court-circuité les trois phases et engendrer une explosion au niveau du poste MT de la centrale thermique provoquant la mise hors tension des ateliers de BMP (blackout). Cet accident a empêché par la suite les électriciens de relever chaque jour à 7h00 le comptage d'énergie. Pour remède à ce problème, et afin de contrôler et commander les disjoncteurs à distance, un système de supervision de poste MT sera installé. Le système de supervision permet le contrôle et la conduite du poste de distribution MT équipé des relais de protection de gamme SIPROTEC4 de fabrication SIEMENS. Il fonctionne sur calculateur type PC et sous environnement Windows XP. Il trouve ses principales utilisations dans les applications suivantes:  Mise en place d'un contrôle commande numérique.  Conduite et supervision du réseau électrique depuis un poste de contrôle.  Consignation d'état Le système de supervision enregistre les évènements dans des fichiers ou les envoie sur une imprimante, par mail, vers des tableaux et vers des bases de données. Le système surveille les conditions de fonctionnement anormales et génère des alarmes. Il comprend 3 sous-ensembles fonctionnels: La commande, La surveillance et la supervision. Le système de supervision assure les fonctionnalités suivantes:  Synoptique animé.  Télécommande des organes de coupure.  Affichage des grandeurs électriques du réseau.  Analyse des défauts.  Archivage des données.  Comptage d'énergie. Remarque: Les fonctions protections sont totalement indépendantes de la supervision. Les relais de protection remplissent leur rôle en permanence indépendamment de l'état de fonctionnement de la supervision.
  50. 50. Chapitre 3 : Etude des relais de protection numérique ALAAJOURI Youssef 50 III-5 Conclusion Dans ce chapitre on a pu faire une présentation des fonctions et des caractéristiques des relais de protection installés afin de montrer les avantages que présente le système de protection numériques. Pour remède aux problèmes de comptage et de commande à distance et pour assurer la sécurité des personnes, la solution choisit était la supervision du poste de distribution MT. La mise en place d'une solution de supervision nécessite l'utilisation des outils matériels et logiciels dans une architecture de contrôle commande. La description de ces différents outils sera le but du chapitre suivant.
  51. 51. Chapitre 4 : L’architecture de Contrôle Commande ALAAJOURI Youssef 51 Sommaire : IV-1 Introduction IV-2 La communication industrielle IV-3 L’architecture de contrôle commande du poste MT. IV-4 Conclusion. Chapitre IV L’architecture de Contrôle Commande

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