Chapitre2 Methodologie Conception Réseaux PDF [PDF]

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ENSAM-Meknès. Cours : Réseaux électriques

Chapitre 2

Chapitre 2 : Méthodologie adoptée pour l’étude de l’électrification

Méthodologie adoptée pour l’étude d’électrification

Introduction La conception d'un réseau électrique a pour objectif de déterminer l'installation électrique satisfaisant les exigences au moindre coût d'investissement, d'exploitation et de défaillance. La méthodologie adoptée pour l’étude d’électrification d’une zone industrielle, touristique ou urbaine comporte six grandes étapes : Etape 1 Recueil des données. Etape 2 Elaboration du premier schéma unifilaire. Etape 3 Etudes techniques et validation du schéma unifilaire. Etape 4 Choix des équipements. Etape 5 Détermination du plan de protection. Etape 6 Estimation du coût de l’installation. Nous allons décrire brièvement, dans les paragraphes suivants, le contenu de chaque étape.

1. Recueil des données Il s'agit de l'identification des problèmes, des besoins à satisfaire et des contraintes imposées. Ensuite de recueillir les éléments nécessaires à la conception du réseau et à la définition des matériels.

2. Elaboration du premier schéma unifilaire Il s'agit d'élaborer un schéma unifilaire préliminaire basé sur des calculs estimatifs de la puissance. Ce schéma doit répondre aux besoins et aux contraintes, et doit tenir compte de l'ensemble des données du projet. Cette étape comprend trois sous étapes : Evaluation globale des besoins en énergie électrique Description du schéma de principe d’alimentation Estimation du coût des travaux

2.1 Evaluation globale des besoins en énergie électrique La première étape de l’électrification consiste à élaborer le bilan de puissance globale de l’installation. Nous rappelons, dans la suite de cette partie, les différentes formes de la puissance électrique.

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a. Puissance active consommée (kW) La puissance active est une forme de puissance consommée essentiellement par les récepteurs résistifs. L’énergie résultante de cette puissance se transforme intégralement en énergie mécanique, thermique ou lumineuse. b. Puissance réactive consommée (kVAR) L’énergie résultante de la puissance réactive sert à la magnétisation des circuits magnétiques des machines (transformateurs et moteurs). De plus, les lignes et les câbles consomment ou produisent de la puissance réactive suivant leur charge. c. Puissance apparente (kVA) Elle permet de déterminer la valeur du courant absorbé par un récepteur. Ces puissances se composent vectoriellement comme indiqué sur la figure suivante :

φ S (KVA)

Figure 1 .

Composition vectorielle des puissances active, réactive et apparente

S : puissance apparente S P : puissance active P Q : puissance réactive Q

P

jQ

3VI cos( ) 3VI sin( )

φ : déphasage entre la puissance apparente et la puissance active (égal au déphasage entre le courant et la tension). d. Le coefficient de foisonnement (simultanéité) Dans une installation électrique, les récepteurs alimentés par une même canalisation, ne fonctionnent pas simultanément dans tous les cas. Pour tenir compte de ce phénomène, qui reste lié aux conditions d'exploitation de l'installation, dans le dimensionnement des liaisons, on applique à la somme des puissances des récepteurs le facteur de foisonnement ou de simultanéité.

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La Puissance prise en compte : P0 Elle est la même que ce soit pour le calcul des participations ou le dimensionnement du réseau et est donnée par la formule suivante :

P0 Avec

P KS

P0 : La puissance prise en compte

P : La puissance du récepteur K S : Le coefficient de foisonnement Le tableau des Coefficients de Foisonnement Adoptés par la REDAL Nombre de lots ou d'appartements

Coefficient de foisonnement

1à3

1

4

0.86

5à8

0.78

9

0.7

10 à 12

0.63

13

0.59

14

0.56

15 à 18

0.53

19

0.51

20 à 23

0.49

24

0.47

25 à 28

0.46

29

0.45

30 à 33

0.44

34

0.43

35 à 39

0.42

40 à 48

0.41

49

0.405

50 et plus

0.4

e. Les ratios de calcul de puissance Les ratios de calcul de puissance sont des coefficients qui donnent la puissance consommée par chaque type d’usage par unité de surface.

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Pour élaborer le bilan de puissance, on se base sur des ratios communiqués par les organismes de distribution de l’électricité (REDAL, RADEEJ, AMENDIS, ONE) et qui sont usuellement utilisés dans des projets similaires. Ces ratios sont des coefficients qui donnent la puissance consommée par chaque type d’usage par unité de surface. En se référant aux différents guides de distributeurs d’énergie, on aboutit généralement au choix des ratios suivants :

Usage habitation :  Immeubles comprenant : Immeuble avec rez-de-chaussée plus deux étages R+2 : P = 20 w/m2 Pour R+i ( i ≥ 3 ) : P = 30 w/m2 Coefficient de foisonnement sur le total des appartements d’immeuble du lotissement.  Villas :  Surface Unitaire utile = 400 m² P = 30 w/m2.

Autres : (équipements) TYPE D'USAGE

RATIOS MINIMUMS ADOPTES

Crèche & Garderie

50 w/m²

Ecole primaire

20 KVA/ Ecole

Collège

25 KVA/ Collège

Centre de santé

30 w/m²

Stade omnisports

30 w/m²

Terrain de jeux

min de 6,5 KVA

HOTEL

1,6kVA/lit

Cité administrative (plancher couvert)

30 w/m²

Foyers féminins (plancher couvert)

50 w/m²

Maison de jeunes

30 w/m²

Centres commerciaux (plancher couvert)

50 w/m²

Centre culturel

30 w/m²

Postes de polices

30 w/m²

Four & Hammam

20 w/m²

Mosquée

10 w/m²

Eclairage public des voies 5 w/ml(*) voie ≤ 12 m 10 w/ml voie entre 12 et 30m Climatisation et chauffage

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1,8 kw/log(**)

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Chapitre 2 : Méthodologie adoptée pour l’étude de l’électrification 1 KVA/cage jusqu'à 4 niveaux

Cage d'escalier

2 KVA/cage au-delà de 4 niveaux

Cage d'ascenseur

10 KVA/cage Tableau 1 .

*

**

Les Ratios utilisés dans les calculs

: Watt par mètre linéaire : Kilo watt par logement

Notons qu’il faut toujours valider ces ratios avec les responsables du distributeur officiel de l’électricité concerné. f. Puissance estimée (KVA) La puissance estimée est la puissance demandée ou utilisée par un ensemble de récepteurs. Elle est calculée comme suite :

S (m 2 ) R( w / m 2 ) Kf 1000 cos( ) : La puissance estimée. : La surface planchée. : Le ratio convenable. : Le coefficient de foisonnement. : Cosinus phi. P( KVA)

Avec

P S R Kf cos( )

(Eq.1)

La puissance installée est la somme des puissances maximales estimées et foisonnées pour chaque parcelle de l’installation. - Pour les usages habituels Pour calculer la puissance des usages habituels, nous allons utiliser l’équation (Eq.1). - Pour les équipements Pour calculer la puissance des équipements, nous allons utiliser l’équation (Eq.1) en adoptant un coefficient de foisonnement Kf =1 - Pour l’équipement Hôtelier La puissance est calculée en fonction de nombre des lits et la classe des hôtels. Pour calculer la puissance des hôtels, nous allons utiliser l’équation (Eq.1) Le tableau récapitulatif suivant, présente un exemple réel d’une estimation de la puissance installée par zone du projet d’aménagement de la zone de l’aérodrome d’EL JADIDA.

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ENSAM-Meknès. Cours : Réseaux électriques Indice zone

Description

Chapitre 2 : Méthodologie adoptée pour l’étude de l’électrification Superficie planchée (m²)

Ratio

Puissan ce KVA

Coeff. defoison. KVA

Commentaires

V(V1..V6)

Zone villa à R+1

75 779

30 w/m²

1 057

kf=0.4

A(A1..A4)

Zone résiduelle à R+2 et R+3

65 798

20 w/m²

612

kf=0.4

B(B1..B16) Zone résidentielle à R+3 et R+4

263 979

30 w/m²

3 683

kf=0.4

immeuble

C(C1..C10) Zone résidentielle à R+4

231 193

30 w/m²

3 226

kf=0.4

immeuble

D(D1..D8)

175 997

30 w/m²

2 456

kf=0.4

immeuble

Zone résidentielle à R+5 et R+6

E0..EP

zona villa

5 868

E0

ESPACE DE LOISIR

32 736

30 w/m²

1 142

E1

COMPLEXE SPORTIF

2 289

50 w/m²

133

Scomplexe> 1000m²

E2

HOTEL

4 036

1,6kVA/lit

352

Hôtel de 4*

E3

ECOLE PRIMAIRE

3 342

20 KVA

20

E4

MAISON DE JEUNES

2 052

30 w/m²

119

E5

MOSQUEE

3 515

10w/m²

41

E6

ETABLISSEMENT PRIVE DE SANTE

4 343

30 w/m²

152

E7

ECOLE PRIMAIRE

4 547

20 KVA

20

E8

CENTRE DE SANTE

1 770

30 w/m²

62

E9

EQUIPEMENT DE PROXIMITE

454

50 W/m²

26

Hammam+four

E10

EQUIPEMENT DE PROXIMITE

289

50 W/m²

17

Hammam+four

E11

CENTRE SOCIO CULTUREL

2 150

30 w/m²

75

E12

COLLEGE

8 156

25 KVA

25

E13

CENTRE COMMERCIAL

3 527

50 w/m²

205

E14

ECOLE PRIMAIRE

3 624

20 KVA

20

E15

COLLEGE

8 414

25 KVA

25

E16

MOSQUEE

1 930

10 w/m²

22

E17

ECOLE PRIMAIRE

3 629

20 KVA

20

E18

EQUIPEMENT HOTELIER

9 153

1,6kVA/lit

587

E19

ECOLE PRIMAIRE

4 759

20 KVA

20

E20

POLE ADMINISTRATIF

79 115

30 w/m²

2 760

E21

ITA

10 023

25 KVA

25

9 000

10 w/ml

105

EP

EXISTANT

ECLAIRAGE PUBLIC

Hôtel de 4*

9 000ml des voies > 30m

Puissance totale

17 007

Puissance totale y compris l’ascenseur

18 807

Tableau 2 .

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Le besoin en électricité par zone

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2.2 Description du schéma de principe d’alimentation Dans cette étape on définit le réseau moyenne tension, réseau basse tension et le réseau d’éclairage public. 2.2.1 Réseau moyenne tension

a. Caractéristiques électrique

Le réseau moyenne tension aura les même caractéristiques que celles de l’ONE à savoir : La tension nominale 22KV La tension la plus élevée du réseau est de 24KV La fréquence 50Hz Distribution trois phases et un neutre mis à la terre et non distribué.

b. Structure d’alimentation ‘Du distributeur’ La zone à construire sera alimentée par les postes sources installées pour un ensemble de projets déjà existés ou par de nouveaux postes projetés.

c. Structure du réseau moyenne tension Selon le caractère du réseau, on a à choisir entre quatre situations possibles un réseau sous-terrain où aérien et une alimentation des poste en boucle où arborescent. La distribution moyenne tension pour l’ensemble du projet prendra son origine à partir des postes sources. Ces postes desserviront plusieurs départs qui vont servir l’alimentation des différents postes de transformation MT/BT répartis dans la zone logistique. Deux modes de raccordements électriques peuvent être préconisés pour l’alimentation des lots : Raccordement Moyenne tension : chaque lot est raccordé sur le réseau moyenne tension moyennant l’installation d’un poste MT/BT propre au lot. Raccordement basse tension : les lots sont raccordés en basse tension à partir d’un poste MT/BT qui dessert un groupe de lots.

2.2.2 Réseau basse tension Dans le cas d’un raccordement base tension, les raccordements des différents lots à partir des postes MT/BT consisteront le réseau basse tension. Ce réseau aura les caractéristiques suivantes : La tension nominale 380V La tension la plus élevée du réseau. La fréquence 50Hz 2.2.3 Réseau d’éclairage public L'éclairage des voies publiques, sera réalisé par des candélabres à simple ou double crosse et cela dépend de la quantité d’éclairement demandée. Ces candélabres sont implantés de manière unilatérale, opposée ou en quinconce équipés de luminaires simples (SHP : sodium haute pression) ou de projecteurs (Iodures Métalliques) Rachid ASKOUR 26 Filière Génie Electromécanique

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A la fin de cette partie, on donne une estimation globale du coût de l’installation en se basant sur le calcul préliminaire de la puissance demandée et du schéma unifilaire préliminaire.

3. Etudes techniques et validation du schéma unifilaire Il s'agit d'une étude de validation et d'optimisation technico-économique de l'architecture envisagée prenant en compte l'ensemble des données et hypothèses. Cette étude nécessite des calculs profonds de réseaux. Cette phase comprend les mêmes étapes que la phase précédente en élargissant les calculs et en détaillant la solution.

3.1 Evaluation détaillée des besoins en énergie électrique La première étape de l’étude technique sera d’élaborer le bilan de puissance détaillé de l’installation. Ces calculs tiendront en compte de tous les lots et tous les équipements. Le calcul des puissances élémentaires se base sur des ratios qui donnent une estimation de la puissance demandée par type d’usage et par unité de surface. Ces ratios sont communiqués par le distributeur d’énergie. Ils sont usuellement utilisés pour des études similaires.

3.2 Description du schéma de principe d’alimentation Réseau moyenne tension Après avoir choisi le mode de raccordement électrique du réseau moyenne tension, il est temps de valider notre choix et de faire un tracé définitif de la solution du réseau moyenne tension selon les résultats optimaux conclus des calculs précédents et ensuite calculer les sections des câbles de transmission moyenne tension. Réseau basse tension Dans cette escale on doit élaborer le tracé de la solution du réseau basse tension, calculer par la suite la puissance transmise pour chaque tronçon et calculer finalement les sections des câbles de transmission. Réseau éclairage public Les solutions d’implantation des candélabres sont à valider par des logiciels de calcul d’éclairement des voies et de luminance. Ces solutions prennent compte : Du nombre de crosses par luminaire ; Des distances entre luminaires ; Des puissances des lampes et projecteurs ; En effet, le niveau d'éclairement atteint est supérieur à une valeur minimale donnée pour chaque type de voirie pour toutes les voies intérieures de la zone logistique.

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4. Choix des équipements La structure du réseau étant choisie et validée, il s'agit dans cette étape de choisir et dimensionner les équipements à partir des résultats des calculs effectués et des données recueillies. Les matériels électriques prévus doivent satisfaire : Les normes en vigueur ; Les caractéristiques du réseau ; Les fonctions associées à chaque équipement ; Les exigences de la continuité de service ; Les qualifications du personnel ; Les exigences liées aux extensions futures ;

4.1 Les normes en vigueur Le matériel électrique prévu doit satisfaire les normes du distributeur d’énergie électrique.

4.2 Les caractéristiques du réseau Les matériels électriques prévus doivent satisfaire les caractéristiques du réseau, citant à titre d’exemple : des tensions de service qui doivent être compatibles avec la tension la plus élevée pour le matériel ; des surtensions susceptibles d'apparaître dans le réseau qui doivent être compatibles avec les tensions de tenue du matériel ; des courants nominaux des courants de court-circuit qui doivent être compatibles avec le pouvoir de coupure, le pouvoir de fermeture, la tenue thermique et électrodynamique du matériel.

4.3 Les fonctions associées à chaque équipement Les matériels électriques prévus doivent satisfaire coupure sur court-circuit (disjoncteur, fusible) ; manœuvre en régime nominal (interrupteur) ; manœuvre fréquentes (contacteurs...) ; hors charge (sectionneurs) ;

4.4 Les exigences de la continuité de service Les exigences de la continuité de service déterminent le choix du type de matériel à savoir: Appareil fixe ; Appareil débranchement pour faciliter l'entretien ou le remplacement.

4.4 Les qualifications du personnel Le niveau de qualification des agents d'exploitation et de maintenance détermine : La nécessité ou non de verrouillage et d'asservissement pour éviter les fausses manœuvres ; Rachid ASKOUR Filière Génie Electromécanique

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Le choix d'un matériel avec ou sans entretien.

4.5 Les exigences liées aux extensions futures Cela détermine les réserves à prévoir et peut conduire au choix de matériels modulaires.

5. Détermination du plan de protection Le rôle fondamental des protections d’un réseau électrique est d’assurer la sécurité des personnes et des biens et d’améliorer la continuité d’alimentation des récepteurs. Le fonctionnement normal d’une installation peut être perturbé par un certain nombre d’incidents dus aux : Surcharges. Courts-circuits. Fausses manœuvres. Détérioration des isolants. Le rôle de protection est d’éviter les conséquences de ces incidents, permettant : de limiter les contraintes thermiques, et mécaniques auxquelles est soumis le matériel de préserver la stabilité du réseau de réduire la durée des perturbations électromagnétiques causées aux circuits voisins. Le système de protection est un ensemble cohérent qui dépend de la structure du réseau et du schéma de liaison à la terre. Il doit assurer une sélectivité en isolant le plus rapidement possible la partie du réseau en défaut, tout en préservant les parties saines

6. Estimation du coût de l’installation Durant cette étape on doit fournir une estimation globale du coût de l’installation électrique y comprit le coût du géni civil des postes, des buses et des tranchés MT-BT. Cette étape peut être faite après chaque une des étapes de la conception précédente. Elle consiste en effet à donner une estimation du coût de la réalisation de l’étape.

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Conclusion Concrètement la méthodologie de travail adoptée par la majorité des bureaux d’études se divise en trois étapes essentielles : - Première étape : APS (Avant Projet Sommaire) Dans ce dossier on doit élaborer : - le bilan de puissance totale de l’installation ; - le bilan de puissance de chaque zone de l’installation ; - le nombre de poste de transformateurs MT/BT ; - le circuit MT qui va alimenter tout le pôle ; - une estimation des charges (coût total de l’installation). Ce dossier est discuté avec le client pour valider le projet et avoir une idée sur la charge totale du projet. L’admission de cet avant projet lance la deuxième étape du processus du travail qui est l’APD. - Deuxième étape : APD (avant projet détaillé) Cette étape comprend : - une présentation détaillée de la solution proposée ; - le calcul des sections des câbles de transmission ; - le calcul de l’éclairement ; - la détermination des schémas synoptiques. - Troisième étape : Dossier d’exécution et DCE On établit un dossier d’exécution qui comprend : - la présentation détaillée de la canalisation des câbles sous-terrain - le choix des postes de distribution. - les étapes détaillées et exactes que l’exécuteur doit suivre pour la mise en place de l’installation. A la fin, on élabore un dossier consultation des entreprises DCE qui contient une présentation de la fiche détaillée des composants, matériels et équipements qu’on doit acquérir pour l’implantation du projet.

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