Rapport de Stage 2008 HEDI ENIS

« STAGE TECHNICIEN »

Ecole d`Ingénieurs de Sfax

STAGEEffectue à : BRITISH GAS TUNISIA

Département engineering

Réalisé par :

NAIFAR FARES & BEN SLAMIA MOHAMED HEDI

Encadré par :

BELLALI FAYCAL

Du 14/01/2008 au 09/02/2008

Departement Electrique 2008/20091


REMERCIERMENT

J’adresse mes remerciements en

premier lieu à la société BG TUNISIA qui

m’a offert l’opportunité de faire un stage

dans son site de traitement de gaz

Hannibal Gas.

J’exprime mes profondes gratitudes à mon encadreur Mr BELLALI FAYCAL pour les conseils qu’il m’a prodigué et qui m’ont appréciablement aidé.

En deuxième lieu, à tous les membres de département INGENIERING spécialement

Mes sentiments de respect et de considération à la direction de mon établissement Ecole National d’Ingénieur de Sfax pour m’avoir donné l’occasion d’effectuer un stage qui s’avère très important, en égard de la formation qu’il assure et aux connaissances théoriques et pratiques qu’il permet d’acquérir.



PLAN

1. Présentation de la société:

British-Gaz-internationnal

British-Gaz-Tunisia

Les gisement acquis par BG-Tunisia

Description du site d`implantation Hannibal

2. Notion de Sécurité / Protection :

3. Description du processus de traitement de gaz :

Séparateur / Récupérateur des sphères de gaz

o Slug catcher

o Sphère réceptrice

Stabilisation et stockage du condensate

Traitement de gaz

o Unité d`amine

o Récupération du souffre

o Unité de Glycol

o Moles de déshydratation de passoires

o Unité de Nitrogène

4. Le système électrique :

5. Description des organes de génération d`électricité et chaleur :

6. Conclusion :



PRESENTATION DE LA SOCIETE :

British-Gas international :

British Gas est lùne des sociétés les plus importantes et les plus expérimentées au monde

en matière d`énergie produite á base de gaz.

Làctivité de BG repose essentiellement sur lèxportation le traitement la production puis le

stockage et enfin la distribution d`énergie entraînant ainsi le développement des marchés au

plan mondial.

Au titre de propriétaire et dèxportation du système de transport de gaz qui lùn des plus

importants du monde. BG joue au royaume et est le plus concurrentiel du monde. BG est

également lùn des plus grands détendeurs de réserves d`hydrocarbures du Royaume-Uni.

Leader dans la recherche et la technologie relative au gaz, la société fournit également des

services de conseil et dàssistance á travers le monde.

British Gas Tunisia :

British-Gaz Tunisia est une compagnie dòrigine Britannique qui a été installée en Tunisie en

1988 en vue de lèxploitation des ressources naturelles de la Tunisie pour la production des

hydrocarbures dans notre pays obéissant ainsi aux besoins nationales.



En effet, cette dernière fournit 80% de nos besoins á partir du gisement de Miskar .Ainsi la

Tunisie a pratiquement atteint l`autosuffisance en matière de gaz naturel, grâce á cette

compagnie.

BG_TUNISIA & MISKAR

Les gisements acquis par BG-Tunisia:

Gisement de Miskar



Ce gisement se situe á 125 km au large du Golf de Gabes á une profondeur environ 62

mètres au fond de la mer, ce dernier recouvre une superficie de 352 km^2, dont on estime

que pendant sa durée de vie, ce gisement de Miscar percistera á produire plus que 20

milliards de mètres cubes de gaz commercial, ce qui suffirait á couvrir les besoins de la

Tunisie pour une période dépassant 10 ans.

Lìnstallation des pièces de commutations de Miskar consistent en trois plateformes fixées :

d`habitation, de production et de torche. Le gaz acide produit á partir de 10 puits est renvoyé

par une conduite(pipeline) sous marine de 125 mètres de longueur pour subir les différents

étapes de traitement dans Hannibal-Plant, cette unité extrait l`hydrogène sulfureux(H2S), le

dioxyde de carbone (CO2) et làzote(N) á des températures arrivant jusqu`á (-180) degrés

Celsius.

Titre : La structure du gisement de Miskar

Description du site dìmplantation Hannibal :

« Hannibal gaz traitement plan » se situe à 20Km de la ville de Sfax et à 3 Km de

làrrivée du gaz de lòff-shore « Miscar ».

Une clôture de sécurité entoure environ 600 ares de superficie et contient le bâtiment

de làdministration, le restaurant, le magasin, lùsine de production, les espaces dùtilitaires,

lèspace de chargement du condensât.



Le système électrique de lùsine « Hannibal » se base sur deux turbines à gaz. La

puissance active produite est en moyenne égale à 18.75 KW par turbine a une température

ambiante de 38.9C. Ce système est doté de deux pièces commutateur ou on peut

contrôler le bon fonctionnement de l`équipement électrique. Le site d’implantation de l’usine

« Hannibal » dispose d’une installation de traitement d’eau provenant de la mer et des puits.

A fin d’assurer la fourniture en eau portable et la production de l’eau nécessaire au

processus de traitement de gaz.

Architecture

British Gaz international est composée d’une vaste administration, un restaurant, un

magasin, une salle de contrôle et un chantier de traitement de gaz composé de 18 zones.

Administration

Constituée d’un bâtiment de deux étages, il contient les départements suivants : le

département dàchat, le département de ressources humaines, le département de production

et le département informatique.

La salle de contrôle

Elle assure la distribution du système de contrôle, pour les différentes opérations de

production de l’usine ainsi que les opérations d’action en cas d’urgence.

usine de production :

01 : Gare racleur arrivé

02 : Stabilisation du condensat

03 : Système amine pour extraction du CO2

04 : Unité de soufre

05 : Unité de glycol

06 : Tamis moléculaire

07 : Unité dèxtraction de nitrogène et compresseur de gaz

18 : Torche et incinérateur



20 : Génération d`énergie

21 : Air instrument et nitrogène pour utilités

22 : Fuel gas

23 : Unité de traitement d`eau (Metitto)

Structure organisationnelle et fonctionnelle :

L’organisation au BGT est basée sur une structure hiérarchique rattachée à la

direction générale. Un système de communication basé sur une communication écrite,

soutenue par des réunions « interface meeting » est mis en place afin d’assurer une

meilleure transaction. Cette communication peut se faire dans tous les sens et tous les

niveaux. Les outils de communication sont : rapports, notes internes, E-mail…

Dans BGTL, les pouvoirs exercés sont partagés et décentralisés, ce qui revient à

permettre une grande souplesse et une autonomie d’action. Un système de contrôle est

présent dans chaque département.



NOTION DE SECURITE / PROTECTION :

La sécurité / protection est une responsabilité partagée par tout le monde, elle est

basée sur le bon déroulement du travail et lùtilisation dùn matériel spécifique et très

sophistiqué. En effet BGT se plie aux normes internationaux pour ce qui concerne les

questions de santé, d`hygiène, de sécurité et de gestion de lènvironnement. Toute personne

travaillant ou visitant lùsine á Gaz Hannibal doit assister aux cours de formation nécessaires

tels que : lìnduction, les appareils respiratoires autonomes.H2S.etc, pour mettre tous les

gens conscients des risques courus.

Ces risques peuvent être : feu ou explosion, échappement du gaz toxique H2S, fuite

du lubrifiant hydrocarbures ou bien des gazs flammables, blessures graves.

Caracterestiques du H2S :

Toxique

Incolore

Mauvaise odeur (pour les faibles concentrations)

Plus dense que làir

Corrosif

Flammable (43.000 ppm), se brûle en donnant un dégagement dùn gaz

toxique (SO2)

Soluble dans lèau

EFFETS PRODUITS PAR LE H2S :

Lèxposition au danger du H2S se fait par la voie respiratoire, ses effets toxique

dépendant de la concentration et la durée dèxposition

0.13 ppm : perception minimale de lòdeur

4.60 ppm : odeur facilement détectable

10 ppm : début dìrritation des yeux, TLV



100 ppm : tousser, irritation des yeux perte de sensation

200-300 ppm : inflammation des yeux, inflammation étendue des branches

respiratoires après une heure dèxposition

500-700 ppm : évanouissement, mort possible

1000-2000 ppm : cesse de respiration, mort

En accèdent á lùsine a Gaz Hannibal ou en la quittant le superviseur de production dans la

salle de contrôle doit être avisé de lìntention de la visite (sécurité).

Le système de permis de travail est utilisé pour toute opération dans lùsine á Gaz Hannibal.

Ce système doit être appliqué tout le temps.

Des équipements appropriés de protection doivent être utilisés (protection).

DESCRIPTION DU PROCESSUS DE TRAITEMENT DE GAZ :

Comme toute idée spécifique donnant naissance á une réalisation physique visant un

objectif bénéfique. BG Tunisia intervient dans la réalisation de lìdée mère en vue dàvoir

dùn gaz brut un autre gaz qui répond aux caractéréstiques demandées voire même exigées

par le consommateur (LA STEG).

Il convient de signaler que la plateforme de Miskar comporte 11 puits par lesquelles

lèffluent est produit. Il subira, tout dàbord une séparation dans la plateforme entre les

phases liquide/solide puis chaque phase á coté subit une déshydratation afin de connaître la

capacité de production finale, qui seront par la suite injectées dans la conduite (pipeline) vers

le fameux HANNIBAL-PLANT.


11


Il convient de signaler aussi quìl a été conclus qu`á la suite des analyses chimiques que le

gaz apporté de Miskar contient une quantité remarquable de condensat qui est de bonne

qualité dòú lìntérêt de sèn bénéficier.

Séparateur / Récupérateur des sphères de gaz :

Slug catcher : (D_0102) il assure la séparation du condensat (liquide) des phases du gaz, il

peut recueillir 7500 barils et 266 MMSCFD de gaz. Il a la forme dùn tube trés long ayant une

certaine inclinaison dont le niveau bas sera un point dàspiration du condensat par contre la

partie haute serait un local pour le gaz.

Sphère réceptrice : (D_0101) elle sert pour recevoir la sphère venant de la plateforme á

travers la conduite apportant le gaz équilibré avec le condensat, lùtilité de cette sphère

consiste á faire une élimination des déchets qui peuvent sàccoler sur les parois intérieures

de la conduite reliant Miskar avec Hannibal_plant.

Lìntervalle de temps entre lènvoi de deux sphères est suivant les saisons, ceci retourne á

la température et le climat, en effet en été, lènvoie dùne sphère se fait tous les 48 heures

alors quèn hivers tous les 24 heures car la quantité de dépôt de condensat est plus

importante.

La capacité de la sphère réceptrice est de 6 sphères, le vidange de cette dernière sèffectue

en prenant des précautions intenses (une commande bien étudiée des vannes).

Stabilisation et stockage du condensat :

Le condensat passe de trois étapes de traitement : Séparation, Stabilisation, storage.



Le condensat liquide est apporté dans le Hannibal Plant par le biais du Slug catcher á

travers la conduite, ce liquide est ensuite chauffé tout en appliquant une pression négative

(détente) allant de 65 bar á 25 bar , cet accouplement donne lieu á un phénomène appelé

(Flashing) qui consiste á la transformation des hydrocarbures légers á l`état vapeur,tout ceci

se passe au sein du (Stabiliser Feed Drum D_0201) puis la vapeur due au (Flashing) est

renvoyée au système dàlimentation á haute pression qui passe ainsi dùn hydrocarbure á

un carburant, cèst le phénomène de Séparation. Puis ce condensat subit une deuxième

détente (de 25 bar á 7 bar) tout en faisant rencontrer le condensat chaud avec le condensat

froid, il se produit ainsi le phénomène de (Stripping). Le produit stabilisé est ensuite stocké.

Traitement du gaz :

Unité dÀmine : Làmine est une base faible qui incorpore dans sa molécule le H2S, donc

lùnité sert principalement á éliminer le H2S et le CO2.Cette élimination se fait suivant deux

trains identiques : (Amine contactor T_0301A/B) qui utilise une solution formée de 50%

dèau+50% de MDEA(Methyl Di Amine).

Avant de passer dans les trains, le gaz issu du Slug catcher subit une filtration et une autre

séparation pour enlever les parties du condensât pouvant former des résidus. Ensuite, ce

gaz passe dans un des deux trains (par sa partie inférieure) où il va rencontrer la solution

d’Amine.

Le gaz sort du train par sa partie supérieure vers l’unité 5 mais après avoir passer par un

système de « Water Wash » composé de 4 plateaux qui consiste à éliminer la solution

d’Amine qui peut passer avec le gaz.

Dans la partie inférieure du train, on récupère une solution qui contient de l’Amine, du H2S et

du CO2. Cette solution va être chauffer puis passer dans l’ « Amine Stripper » pour la

régénération de l’Amine. Le reste (les gaz acides) va être refroidit pour passer dans l’unité 4.

Récupération du soufre :

SRU «Sulfure Recovery Unit »



Le gaz qui arrive de l’ « Amine Stripper » passe par l’ « acide gaz Knock-out » (D-

0401) pour enlever la solution Amine qui peut s’introduire. Ensuite ce gaz passe dans le

réservoir (TK0406) qui est formé d’une partie d’absorption (pour absorber le H2S et l’oxyder

pour obtenir du S2-) et d’une partie d’oxydation (présence de produit chimique et d’un circuit

d’air pour empêcher l’apparition du dépôts). La solution obtenue passe dans le réservoir

(TK0407) puis à l’aide d’une pompe, elle passe dans le «Vacuum Bed Filter » (F0401) où la

phase liquide va être absorbée et on obtient de souffre à l’état solide.

Possibilités du traitement du H2S :

Le traitement du H2S se fait, normalement, à l’aide de la SRU mais il y a des

conditions à respecter. On trouve aussi d’autres unités de traitement tel que l’incinérateur et

la torche.

Unité de Glycol :

Le gaz qui arrive de l’unité3 est saturé en eau et contient aussi des produits

aromatiques (BETX : Benzène, Ethylbenzène, toluène et Xylène) qui peuvent causer des

problèmes de congélation et par suite former des bouchons dans l’unité de nitrogène. Ce

gaz passera dans un système de filtration pour enlever les parties d’Amine qui peuvent

s’introduire. Ensuite il passera dans le « glycol contacter » (T0501) où il va rencontrer la

solution d’Amine qui va capter les particules d’eau et du BETX. Le gaz qui on sort passera

dans l’unité 6.



Au fond du « glycol contacter », on récupère la solution d’Amine qui va être régénérée.

Cette solution va être chauffée jusqu’à 121°C grâce à des échangeurs de chaleur, ensuite

elle passe dans le « glycol stripper » (T0502) où on va récupérer au fond le glycol régénéré

qui va être refroidi puis stocké.

Les hydrocarbures aromatiques vont être récupérés et envoyés dans les bacs de

stockage du condensât. L’eau va être récupérée et stockée pour être ensuite traitée.



Moles de déshydratation de passoires :

Cette unité peut suppléer l’unité de glycol lors de son dysfonctionnement. Elle est

formée de trois gaz divers (D601A/B/C) qui sont une sorte de tamis moléculaire, dont deux

sont en fonctionnement et le troisième est au repos (chacun possède une durée de 72

heures de travail).

Leur tâche consiste à absorber l’eau et si l’un d’eux est saturé alors le troisième prend

le relève et ainsi de suite. Le gaz obtenu aura une teneur en eau inférieure ou égale à 1ppm,

il passera ensuite dans l’unité 7.

Unité de nitrogène :

Le gaz d’alimentation contient assez de nitrogène pour être commercialisé. Pour cela, cet

excès sera supprimé dans l’unité de réinjections du nitrogène par fractionnement (T0701)

sous une température très basse –185°C. L’obtention de cette température se fait à l’aide

des échangeurs (E0705 et E0706). A –185°C, le gaz naturel se liquéfie alors que la

nitrogène reste à l’état gazeux. A partir de la phase liquide, on obtient le gaz

commercialisable qui va être compressé pour passer dans une conduite pour l’alimentation

de l’usine, d’une part, et l’export (vers STEG) d’une autre part.



Composition du gaz qui

arrive de Miskar

Composition du gas

commercialisable



N2 15.01% 5.9%

CO2 13.58% 0.044%

Methane 65.94% 87.05%

Ethane 3.62% 4.6%

Propane 1.3%

Iso Butane 1.02% 0.157%

Butane 0.2358% 0.3454%

IsoPentane 0.1123% 0.157%

Pentane 0.1059% 0.1127%

C6+ 0.129% 0.154%

BTU’S - 1095

H2S - 1.39ppm

COS - 0.313%

Total sulphur 0.113%

Composition du gaz avant et après traitement

LE SYSTEME ELECTRIQUE :

L’énergie électrique à « Hannibal » est générée par deux groupes de turbine à gaz qui

sont connectés en parallèle, reliée chacune à un alternateur. Ces derniers ont une capacité

de 30.44 MVA, 18.5MW, 11KV, 50Hz.



Au sein de l’usine, l’énergie est distribuée à des moteurs de puissance 3.7MW à

11KV,à des moteurs de 150 KW à 1.5MW et d’une tension de 6.6KV et finalement à des

moteurs de puissance inférieure à 150KW et de 400V, à l’exception des moteurs des

pompes immergées.

Tous les moteurs sont contrôlés par le DCS « Distributed Control System ». Pour les

moteurs de puissance égale ou inférieure à 1.5 MW, les câbles sont étendus à partir du

départ du centre de contrôle respectif de chaque moteur via les chemins et les conduites de

câbles, alors que pour les moteurs des compresseurs de 3.7MW, l’énergie est amenée à

partir du tableau de distribution 11KV à travers une conduite souterraine.

L’équipement d’éclairage de l’usine consiste principalement à l’utilisation des

projecteurs à sodium haute pression montée sur les principaux « pipe-racks ».

Tous les récipients, les colonnes des pipes-racks, les moteurs, les chemins des

câbles, les alternateurs et les tableaux de distribution sont connectés au système de mise à

la terre du réseau.

Le système électrique d’urgence consiste à un groupe électrogène diesel de

puissance 1MW et deux sources d’énergie ininterruption de puissance 50KVA chacune.

Lùne de ces deux ressources alimente les installations d`éclairage sélectionné pour

l’illumination de la sortie de l’usine, tandis que làutre alimente le système de contrôle DCS.

Lùne et làutre des deux sources d`énergie inépuisable sont rechargées par un jeu de

batteries.

Le groupe électrogène diesel alimente les charges critiques dans l’usine, y compris

les pompes à incendie et le bâtiment de l’administration si on est dans le cas d’une panne

de courant.

PROTECTION DE TRANSFORMATEUR :

Introduction :



L'importance des transformateurs de puissance en tant qu'unités principales dans des

systèmes de courant électrique et la diversité de leurs caractéristiques ont provoqué un

éventail de considérations en concevant la protection optima.

En général, la réparation des pannes principales est relativement coûteuse, donc la mesure

de la protection est importante.

Type de défaut :

D’'origine interne

1) Défaillance d'isolation de l'enroulement, de stratification de noyau boulon- des

dommages dans la construction, de qualité insatisfaisante ou de fragilité par le vieillissement

ou la surcharge ;

2) Détérioration d'huile à cause de la qualité inférieure, protection de l'humidité,

décomposition en raison de la surcharge ou de la formation du cambouis par oxydation,

surgissant contre de mauvais joints électriques. Perte d'huile ;

3) Incapacité de résister à des efforts graves de défaut ;

4) Filètent des défauts de changement ;

5) Défaut de système de refroidissement .

D'origine externe

1) Sur tension atmosphérique ;

2) Montées subites de changement: une montée subite de ligne qui peut avoir lieu

plusieurs fois que la tension de système évaluée tendra à se concentrer sur les tours de fin

de l'enroulement dû à la fréquence équivalente élevée de la montée subite avant et malgré le

renfort de l'isolation du tour de fin, le risque d'étincelle de rupture partielle d'enroulement

reste comparativement grande comparée à la panne à la terre ;

3) Surcharges ;

4) Défaut traversant lourd.

Ainsi bien que le transformateur de puissance soit considéré comme article fiable de

relativité en raison de sa nature statique, certaine quantité d'inspection régulière et entretien

est essentielle.

PROTECTION DE MOTEUR :



Pendant plusieurs années, un système complet de protection de moteur a été

considéré comme essentiel pour des services essentiels et des processus industriels

protégeant des machines et leurs câbles des dommages dus aux surintensités.

Les surcharges mécaniques, la perte de vitesse, la mise en phase simple et les

courts-circuits sont par mis les risques qui peuvent affecter le moteur. Tous ces derniers

ont comme conséquence les surintensités qui peuvent être détectée par les relais retardés

et/ou instantanés de temps de surintensité.

La tendance actuelle doit utiliser des moteurs à la limite de leurs marges thermiques,

et pour couvrir ceci un relais avec une caractéristique de temps inverse minimum défini est

utilisé. Cette caractéristique est semblable dans la forme au temps thermique à la

caractéristique du moteur.

Le relais le plus répandu pour cette application est le relais de « P&b Gold’s » qui

se compose de trois réchauffeurs fournis par trois transformateurs de courant mesurant le

courant de redresseur. Les réchauffeurs sont dans la proximité des bandes bimétalliques

qui une fois chauffer produit un couple pour déplacer le relais entrant en contact avec aux

salles un contact fixe. Le débattement est proportionnel au carré du courant et donc un

moteur fonctionnant au chargement complet déplacerait le contact trois quarts du chemin

vers des salles que un contact final a placées à 115%. Par conséquent le délai de

fonctionnement serait seulement un quart du temps requis pour actionner le relais si le

moteur courait la lumière. Alors que c'est évidemment q’un dispositif souhaitable il devrait se

rappeler que les constantes thermiques de temps du bimétal et du moteur diffèrent

largement, et si la charge de moteur change le bimétal répondra en second lieu, tandis que

le changement de température de moteur prendra des minutes ou même des heures.

Une difficulté avec le relais de « P&b Gold’s » est rencontrée en raison de l'inertie

thermique qui cause le dépassement. Le délai de fonctionnement de relais doit être deux

fois le temps de point fixe de moteur.

C'est une erreur populaire que le courant de démarrage en direct sur le moteur se

réduit pendant que la machine fonctionne. Ce n'est pas non plus. Le courant de démarrage

est pratiquement constant au niveau de court-circuit pendant la majorité de la période de

point fixe.

Il n'y a donc aucun moyen de détecter un état calé par un seul niveau de courant. Le relais

thermique, naturellement se déclenchera, le moteur par la suite. Mais parce que le temps

est long en raison de l'inertie thermique qu'il peut être trop lent pour empêcher les

dommages. Dans ce cas, un relais simple de perte de vitesse d'élément est utilisé. Ce

relais, qui donne un bas dépassement, et donc le délai de fonctionnement peut être placé



près du maximum couru vers le haut du temps. Dans certains cas le temps de point fixe est

plus grand que le temps permis de stalle - ceci signifie que la condition peut seulement être

résolue par l'addition d'un relais de mesure de vitesse.

Le relais de « P&b Gold’s » a un arrangement de contact spécial, qui fournit le

déclenchement si les courants de phase diffèrent par plus que 12%.

La raison pour laquelle les courants non équilibrés de phase exigent le dé branchage de la

machine est que n'importe quel déséquilibre dans les résultats actuels dans un composant

négatif d'ordre de phase, qui produit un champ tournant dans la direction opposée au champ

tournant produit par la tension de système appliquée. Ce contre champ tournant causera les

courants induits dans le rotor presque deux fois de la fréquence normale de système, ayant

pour résultat la surchauffe locale et les dommages possibles.

3-1- La protection contre des courts-circuits est accomplie à l'aide des relais instantanés

de surintensité, mais leur réglage est nécessaire plus que le courant de démarrage du

moteur, pour ne pas user les enroulements et on le considère généralement comme

protection de câble et de boîte terminale seulement. Des défauts de la terre sont détectés

par un relais, qui a typiquement un arrangement 10%. Sur les commandes importantes, la

protection différentielle globale, qui fournit l'excédent à grande vitesse de protection de

l'enroulement entier, est employée.

Moteurs synchrones :

En plus de la protection ci-dessus un relais « out-of-step » est appliqué aux moteurs

synchrones qui pourraient être soumis aux surcharges soudaines. Si la surcharge excède le

couple à coulisse du moteur elle pourrait retirer de l'étape. Si l'excitation est maintenue le

moteur calera et dessinera un redresseur très haut courant et ne peut pas re-synchroniser

même si la charge disparaît.

Le relais « out-of-step » est arrangé pour déclencher le moteur dans ces circonstances, que

c'est préférable de déclencher le champ qui permettrait à la machine de fonctionner comme

moteur à induction parce que la surcharge peut persister et les dommages résulteraient.

Quand le moteur perd le synchronisme, le courant représente un facteur de très basse

puissance et le relais utilisé doit être sensible à ces conditions.

Si un moteur synchrone est interrompu pour plus que par exemple 0.3 secondes, il y a alors

un danger qui, si l'approvisionnement est reconstitué, le moteur peut être hors d'étape et

donc un relais devrait être inclus pour déclencher la machine. Il n'y a aucune solution

satisfaisante qui couvrent toutes les circonstances.



Etude Harmoniques

1. Définition

L’analyse de Fourier permet de quantifier la distorsion harmonique d’un signal. Un signal

périodique (de tension ou de courant) de forme quelconque et de fréquence f 0 se

décompose en une somme de signaux sinusoïdaux dont chacun a une fréquence — dite

harmonique — qui est un multiple entier de la fréquence fondamentale f 0 .

Ce multiple est appelé rang harmonique. L’amplitude d’une composante harmonique est

généralement exprimée en pourcentage de la grandeur fondamentale correspondante —

c’est le taux d’harmoniques.

2. Origine des distorsions

Les appareils électroniques sont les principaux responsables de la pollution harmonique,

mais les autres charges du réseau peuvent également y contribuer.

2.1 Émission en tension

Les machines synchrones et les transformateurs saturés sont des sources de tensions

harmoniques. Les niveaux harmoniques produits par ces sources restent toujours inférieurs

au pour-cent.

Certains équipements destinés à la compensation des creux de tension (alimentations sans

interruption – ASI – de conception rudimentaire) produisent également des harmoniques de

tension sur leur réseau aval.

2.2 Émission en courant

Les charges non linéaires se comportent comme des sources de courants harmoniques, en

ce sens que les courants émis ne dépendent pas de l’impédance du réseau auquel l’appareil

est raccordé. C’est le cas de la plupart des appareils à base d’électronique de puissance

mais aussi des appareils à arc électrique (fours à arc, machines à souder), des petits

moteurs asynchrones et de certains moyens d’éclairage (lampes fluorescentes et à vapeur



haute pression). Chaque source d’harmoniques est caractérisée par le spectre du courant

qu’elle absorbe.

Les redresseurs triphasés à 6 thyristors (ponts de Graëtz) produisent des courants

harmoniques de rangs h = 6k ±1 (k en entier).

Pour un filtrage inductif de la charge, l’amplitude des courants harmoniques est donnée par

(Ih – I1)/h (où I1 est le courant fondamental).

Les ponts à 12 thyristors produisent les rangs de la forme

h = 12k ± 1 (k entier).

Les courants harmoniques émis par les convertisseurs à filtrage capacitif sont généralement

beaucoup plus intenses. Pour plus d’information à ce sujet, on se reportera à l’article traitant

des convertisseurs statiques .

3. Effets

En présence d’harmoniques, la valeur efficace vraie du signal est supérieure à la valeur

efficace du seul fondamental . Les appareils (comme les disjoncteurs ) dimensionnés pour

un courant fondamental donné peuvent alors être soumis à de sévères contraintes

supplémentaires.

L’effet le plus connu des harmoniques est la destruction de condensateurs ou de

disjoncteurs en cas de résonance. Un autre phénomène fréquent dans les réseaux à basse

tension est l’échauffement des conducteurs de neutre sous l’effet des courants harmoniques

de rang 3. Les harmoniques peuvent aussi avoir des effets moins visibles, mais tout aussi

réels, qui se traduisent par une fatigue accélérée du matériel. On distingue donc les effets

instantanés et les effets à terme.

3.1 Effets instantanés

Les effets instantanés concernent principalement les appareils produisant une image

(téléviseur, moniteur) ou un son (téléphone, chaîne hi-fi) électronique. La précision de

certains équipements de mesure peut être altérée. Des vibrations peuvent apparaître dans

les appareils électromagnétiques (transformateur, inductance). Les harmoniques peuvent

également entraîner le mauvais fonctionnement de systèmes électroniques.

3.2 Effets à terme



Les effets à terme se manifestent après une exposition plus ou moins longue aux

harmoniques. Ils sont essentiellement liés à l’échauffement des conducteurs et des

composants traversés par des courants déformés et au vieillissement accéléré des isolants

soumis à des surtensions. Ces effets concernent essentiellement les condensateurs de

compensation d’énergie réactive et les conducteurs de neutre. Il faut également citer les

effets à long terme qui se traduisent par un vieillissement prématuré du matériel. Les

harmoniques occasionnent enfin des pertes fer et des pertes par effet Joule supplémentaires

dans les équipements.

Chaque équipement est caractérisé par son immunité aux perturbations harmoniques, c’est-

à-dire le niveau maximal qu’il peut supporter sans perte de fonction ni vieillissement

accéléré. En présence de forts taux de distorsion, un déclassement des matériels peut être

envisagé.

6. Solutions

La solution la plus couramment adoptée pour protéger une installation ou un réseau des

perturbations harmoniques est la mise en oeuvre d’un filtre. Cette méthode est efficace mais

souvent onéreuse. Toutefois, ce n’est pas la seule solution.

En pratique, il existe trois manières de réduire le niveau de pollution harmonique sur un

réseau :

— éliminer les harmoniques à l’aide de filtres ;

— limiter l’émission de courants harmoniques par les appareils pollueurs ;

— modifier la structure du réseau pour agir sur la propagation des perturbations.

On distingue d’une part les selfs antiharmoniques et les filtres comportant uniquement des

éléments passifs (inductances, condensateurs,

6.1 Surdimensionnement

ou déclassement de l'installation électrique.L'objectif n'est pas d'éliminer les courants

harmoniques circulant dans l'installation électrique, mais plutôt de "faire avec", en évitant

leurs conséquences.

Au moment de la conception d'une installation nouvelle, l'idée consiste à surdimensionner

tous les éléments de l'installation susceptibles de véhiculer des courants harmoniques, à

savoir les transformateurs, les câbles, les disjoncteurs, les groupes électrogènes et les



tableaux de distribution. La solution la plus largement utilisée est le surdimensionnement du

conducteur neutre.

La conséquence est un accroissement important du coût de l'installation. Dans des

installations existantes, la solution la plus répandue consiste à déclasser

les équipements de distribution électrique soumis aux courants harmoniques. La

conséquence est l'impossibilité de tirer profit du potentiel réel de l'installation.

Cette solution empêche la propagation des courants harmoniques de rang 3 et de leurs

multiples. Il s'agit d'une solution centralisée pour un ensemble de charges monophasées.

6.2 Transformateurs à couplage spécial

Elle n'a cependant aucun effet sur les autres rangs d'harmoniques (H5, H7, etc...).

Cette solution limite, au contraire, la puissance disponible de la source et augmente

l'impédance de ligne. Il en résulte une augmentation de la distorsion en tension due aux

autres rangs harmoniques.

6.3 Inductances (selfs) série

Cette solution, utilisée pour les entraînements à vitesse réglable (variateurs de vitesse) et les

redresseurs triphasés, consiste à introduire une inductance série en amont d'une charge non

linéaire. Peu onéreuse, la self a cependant efficacité limitée. Il faut en installer une par

charge non linéaire. La distorsion en courant est divisée approximativement par deux.

6.4 Selfs antiharmoniques et filtres

passifs

6.4.1 Selfs antiharmoniques

Ce dispositif a pour objectif essentiel de protéger les batteries de Condensateurs d’une

surintensité due aux harmoniques. Il consiste à installer, sur chaque phase du réseau, une

inductance en série avec les condensateurs de compensation (figure10). Ce type de

montage se comporte comme un court-circuit à sa fréquence d’accord. Il est capacitif en

deçà et inductif au-delà.

On accorde cet ensemble sur une fréquence inférieure à celle de la première injection de

courant harmonique (250 Hz en général).



En effet, ces dispositifs présentent une résonance parallèle (antirésonance) avec

l’inductance du réseau sur lequel ils sont raccordés. L’impédance du réseau augmente donc

aux fréquences

inférieures à la fréquence d’accord. Une self antiharmonique ne devra pas être accordée à

215 Hz s’il y a injection de courant harmonique à une fréquence inférieure.

6.4.2 Filtres résonants

À l’inverse d’une self antiharmonique, le principe d’un filtre résonant est d’abaisser

localement l’impédance du réseau de manière à court-circuiter les courants harmoniques. De

ce fait, il diminue également les tensions harmoniques. Le comportement d’un filtre résonant

est semblable à celui d’un ensemble self antiharmonique plus condensateur de

compensation ). Trois différences existent cependant :

— le facteur de qualité d’un filtre résonant est élevé, l’accord du

filtre est donc très pointu ;

— on installe souvent plusieurs filtres résonants en parallèle, correspondant aux différents

rangs harmoniques à filtrer ;

— un filtre est calculé à l’unité alors qu’une self antiharmonique

est un élément standard.



La puissance réactive nécessaire pour l’installation est répartie entre les condensateurs des

différentes branches de filtres. Lorsque l’on veut filtrer un rang harmonique élevé, il faut

toujours prendre garde à ce que l’antirésonance n’amplifie pas les rangs inférieurs. C’est

pourquoi, lorsque l’on utilise des filtres.

accordés, par exemple, sur les rangs 5, 7 et 11, la mise en service doit se faire dans l’ordre

des rangs harmoniques croissants, et inversement pour la mise hors service.

6.4.3 Filtres amortis

Un filtre amorti se compose d’une capacité en série avec un ensemble constitué de la mise

en parallèle d’une inductance et d’une résistance, appelé résistance d’amortissement

(figure12). Il est utilisé lorsque les performances demandées au système de filtrage ne sont

pas trop élevées. Il permet de filtrer simultanément les plus hautes fréquences du spectre, et

non une fréquence particulière. C’est un filtre passe-haut d’ordre 2. La fréquence d’accord fr

et la fréquence d’antirésonance far d’un filtre amorti sont données par :

6.5 Filtres actifs

Un filtre actif compense les perturbations présentes sur le réseau en injectant des

harmoniques de même intensité mais en opposition de phase (figure13). Pour cela, il met en



oeuvre des convertisseurs de puissance asservis aux niveaux harmoniques mesurés sur le

réseau. La commande d’un filtre actif s’adapte donc en permanence aux variations des

harmoniques à compenser.

Il existe deux types de filtres actifs : lesfiltres série et les filtres shunt (connectés en série ou

en parallèle avec la charge). Leur fonction est de dépolluer respectivement la charge ou le

réseau.

Ce dispositif ne nécessite pas de précaution d’emploi particulière. Il se présente sous la

forme de modules à connecter. Les filtres actifs. .

absorbent les courants harmoniques émis par les charges perturbatrices pour une gamme

de fréquences qui varie avec la puissance du filtre.

Les filtres actifs, qui ne sont apparus sur le marché français que vers 1995, constituent une

solution d’avenir. Ils présentent de nombreux avantages :

— ils ne modifient pas l’impédance du réseau ; il suppriment ainsi le risque d’atténuation des

signaux de télécommande à 175 Hz ;

— ils ne nécessitent pas d’étude poussée pour leur installation et s’utilisent pour compenser

les harmoniques de la même façon que les onduleurs dans le domaine des microcoupures.

Cependant :

— leur mise hors service peut provoquer une contrainte sur les filtres passifs présents sur le

même réseau ;



— ils ne suppriment pas les résonances lorsqu’elles existent, ce qui peut dans certains cas

réduire leur efficacité ;

— ils ne permettent pas de compenser facilement les courants harmoniques pour un

ensemble d’usages en parallèle sur un même tableau ;

— ils ne permettent pas une compensation de l’énergie réactive à un coût modéré.

Le filtrage passif conserve l’avantage du prix et d’une robustesse éprouvée. En revanche, il

nécessite toujours une étude préalable soignée. Pour bénéficier des avantages de chacune

des solutions, un nouveau type de filtres est en train de voir le jour. Il s’agit du filtrage

hybride , qui associe un filtre passif et un filtre actif.

6.6 Convertisseurs propres

Plutôt que d’éliminer les harmoniques présents sur le réseau, il peut être intéressant de

chercher à ne pas les produire. En effet, toutes les alimentations électroniques génératrices

de courants déformés possèdent des équivalents non polluants. Le principe de ces

appareils, dénommés convertisseurs propres , est de contrôler les interrupteurs

Electroniques qu’ils contiennent de façon à ce qu’ils absorbent un courant à 50 Hz

rigoureusement sinusoïdal.

Ces équipements tendent à se développer sous la pression des normes limitant la pollution

harmonique. En raison de leur prix, ils sont toutefois peu répandus dans les appareils de

grande diffusion.

7. Comparaison entre le compensateur actif d’harmoniques

et un filtre passif accordé



8. Autres méthodes

En fonction de la structure du réseau et de la nature des charges génératrices

d’harmoniques, il est parfois possible de mettre en place d’autres techniques pour remédier

à un cas de pollution harmonique. Cependant, il ne s’agit jamais de solutions toutes faites.

Celles-ci consistent le plus souvent à modifier au cas par cas les conditions de propagation

des harmoniques de façon à les atténuer plus rapidement (augmentation de la puissance de

court-circuit, changement du couplage de certains transformateurs, séparation

des sources harmoniques et des condensateurs, modification des points de fonctionnement,

etc.).

Il est cependant difficile de prévoir toutes les conséquences de telles interventions, comme

par exemple le déplacement des résonances.Il faut alors utiliser des outils de calcul

spécifiques.



7. Niveaux admissibles sur les réseaux

Le tableau 2indique les niveaux de compatibilité pour les tensions harmoniques dans les

réseaux basse et moyenne tension issus des normes CEI 61000-2-2 et 61000-2-12. Le

niveau de compatibilité et le niveau de perturbation susceptible d’apparaître dans

l’environnement considéré, avec une faible probabilité de dépassement (5 %).

Ces chiffres n’ont pas d’équivalents sur les réseaux haute tension.

Le fonctionnement correct des réseaux électriques et des équipements qui y sont raccordés

sous-entend la recherche d’un compromis entre les perturbations émises par les appareils

perturbateurs et l’immunité des appareils sensibles à ces perturbations.

Les niveaux de compatibilité doivent servir de base à ce compromis.



CONCLUSIONS :

Dans le domaine de la technologie, si vaste et illimité, que lòn doit nous futurs

ingénieurs, avoir un bien fondus en ce qui concerne làcquisition des connaissances dùn

domaine tel que le domaine pétrolier, mais au-delà de la compréhension cohérente et

complète de lènvironnement matériel et humain mis en considération.

Cèst pour cela quòn doit avoir une idée sur lèntreprise et ses composantes, pour

cette raison on doit entreprendre des stages de formations de qualification : ouvriers,

techniciens, ingénieurs afin de satisfaire ce besoin tant sollicité, permettant ainsi làcquisition

du savoir faire technologique et scientifique, une approche relationnelle reliant ingénieur á

son supérieur, veillant á accroître ces relations vers le meilleur.

Nous avons lèxtrême honneur dàdresser nos salutations les plus distinguées á toute

personne ayant contribuée á la réussite de cette expérience de stage qui nous était

destinées. NOS remerciements sont adresses á notre encadreur Mr Bellali Faisal, aussi Mr

Anis et Mr Bouzid Mohsen de cette courte mais excellente expérience au sein de la vie

professionnelle, une expérience á travers laquelle un éveil technologique et social s`était

enraciné promouvant ainsi un avenir meilleur dans la vie active….


Rapport de Stage 2008 HEDI ENIS

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