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.......................................................................... Collection T echnique Cahier technique n° 184 Etudes de sûreté des installations électriques S. Logiaco Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : maîtrise de l’électricité Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » du groupe Schneider. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider n° (à préciser) ». n° 184 Etudes de sûreté des installations électriques CT 184 édition janvier 1999 Sylvie LOGIACO Ingénieur ISTG 1987 (Institut Scientifique et Technique de Grenoble) elle s’est d’abord consacrée à l’étude de risques dans l’industrie chimique ; Péchiney, puis Atochem. Chez Schneider depuis 1991, elle fait partie du pôle de compétence Sûreté de Fonctionnement et à ce titre a effectué de nombreuses études concernant la sûreté de fonctionnement des installations électriques et du contrôle-commande. Cahier Technique Schneider n° 184 / p.2 Lexique AMDE (Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets) : Elle permet d'étudier l'influence des défaillances des composants sur le système. Analyse dysfonctionnelle : A partir de l’analyse fonctionnelle, c’est l’analyse des dysfonctionnements d’un système (en pratique, synonyme de « étude de sûreté »). Disponibilité : Probabilité pour qu'une entité soit en état d'accomplir une fonction requise dans des conditions données à un instant donné t ; on la note A(t). Evénement redouté : Défaillance du système qu'il faut analyser pour prouver que l'utilisateur peut avoir une confiance justifiée du système. Cette défaillance du système est un métrique de la qualité de service. Fiabilité : Probabilité qu'une entité puisse accomplir une fonction requise, dans des conditions données, pendant un intervalle de temps donné [t1, t2] ; que l'on écrit R(t1, t2). Maintenabilité : Probabilité pour qu'une opération donnée de maintenance puisse être effectuée pendant un intervalle de temps donné [t1, t2]. MDT (Mean Down Time) : Temps moyen pendant lequel le système est indisponible. Il comprend le temps de détection de la panne, le temps de déplacement du service maintenance, le temps d'approvisionnement du matériel en panne, le temps de réparation. Modèle : Représentation graphique de la combinaison des défaillances trouvées lors de l'A.M.D.E. et de leur processus de maintenance. MTBF (Mean Time Between Failure) : Temps moyen entre deux défaillances d'un système réparable. MTTF (Mean Time To Failure) : Temps moyen de bon fonctionnement avant la première défaillance. MTTR (Mean Time To Repair) : Durée moyenne de réparation. MUT (Mean Up Time) : Temps moyen de bon fonctionnement entre deux défaillances d'un système réparable. Retour d’expérience : Données de fiabilité opérationnelle recueillies lors des défaillances du matériel en exploitation. Sécurité : Probabilité d'éviter un événement dont les conséquences sont dangereuses. Sûreté (de fonctionnement) : La sûreté de fonctionnement est une notion géné- rique qui mesure la qualité de service, délivrée par un système, de manière à ce que l'utilisateur ait en lui une confiance justifiée. La confiance justifiée s'obtient à travers les analyses qualitatives et quan- titatives des différentes propriétés du service délivré par le système. Ces différentes propriétés sont ba- sées sur les valeurs probabilistes définies ci-après. Taux de défaillance : Probabilité pour qu'une entité perde sa capacité à accomplir une fonction pendant l'intervalle [t, t+dt], sachant qu'elle n'a pas été défaillante entre [0, t] ; on le note λ. Taux de défaillance équivalent : Probabilité pour qu'un système perde sa capacité à accomplir une fonction pendant l'intervalle [t, t+dt], sachant qu'il n'a pas été en panne entre [0, t] ; on le note λeq. Taux de réparation : Inverse de la durée moyenne de réparation. Fig. 1 : relations entre les différentes grandeurs caractérisant la fiabilité, la maintenabilité et la disponibilité d'une machine. Bon fonctionnement Bon fonctionnement Réparation MTTR MDT MTTF MTBF MUT Attente Première défaillance Deuxième défaillance Début d'intervention Remise en marche Temps 0 Cahier Technique Schneider n° 184 / p.3 Etudes de sûreté des installations électriques Sommaire 1 Introduction 1.1 Généralités p. 4 1.2 Les études de sûreté p. 6 2 Déroulements des études 2.1 Les phases chronologiques p. 10 2.2 Expression et analyse du besoin p. 11 2.3 Analyse fonctionnelle du système p. 12 2.4 Analyse des modes de défaillances p. 13 2.5 Données de fiabilité p. 13 2.6 Modélisation p. 14 2.7 Calculs d’évaluation des critères de sûreté p. 17 3 Exemples d’études 3.1 Comparaison d’architecture entre deux réseaux p. 18 électriques d’usine 3.2 Intérêt d’un poste de contrôle-commande délocalisé p. 22 pour un poste THT 4 Les outils de la sûreté de fonctionnement 4.1 Outils d’aide à l’analyse dysfonctionnelle p. 24 4.2 Outils de modélisation p. 24 5 Conclusion p. 26 6 Bibliographie p. 27 Dans l’industrie, comme dans le tertiaire la qualité de l’alimentation électrique est de plus en plus importante. La qualité du produit électricité, outre les imperfections telles que variations de tension, distorsion harmonique, se caractérise essentiellement par la disponibilité de l’énergie électrique. La perte d’alimentation est toujours gênante, mais peut devenir très pénalisante par exemple pour les systèmes de traitement de l’information (informatique - contrôle-commande) ; elle peut même être catastrophique pour certains process et dans certains cas mettre en danger la vie de personnes. Les études de sûreté de fonctionnement permettent de réaliser l’adéquation entre les besoins en disponibilité électrique et le réseau à mettre en œuvre. Elles permettent également de comparer deux architectures d’installation... La plus coûteuse n’est pas toujours la meilleure... L’objet de ce Cahier Technique est de montrer comment se fait une étude de sûreté : méthodologie, outils. Deux exemples d’études sont présentés : réseau électrique d’usine et système de contrôle-commande d’un poste haute tension. Ces études sont de plus en plus facilitées par les « outils » informatiques. Cahier Technique Schneider n° 184 / p.4 1 Introduction 1.1 Généralités La tension aux bornes d'un récepteur est affectée par des phénomènes dont l'origine peut être le réseau du distributeur, l'installation électrique d'un abonné raccordé au même réseau de distribution, l'installation électrique de l'utilisateur perturbé. Les perturbations du produit électricité c Les caractéristiques principales de la tension fournie par un réseau public de distribution MT ou BT sont définies par la norme Européenne EN 50160. Elle précise les tolérances qui doivent être garanties pour la tension et la fréquence ainsi que les niveaux des perturbations habituellement rencontrées ; par exemple distorsion harmonique. Le tableau de la figure 2 précise les valeurs retenues par la norme. A tout instant la qualité de l'énergie délivrée aux récepteurs d'une installation peut donc être affectée par diverses perturbations, soit imposées par le réseau externe d'alimentation, soit auto-générées par le réseau interne de distribution. Le fonctionnement des récepteurs autonomes ou fédérés en systèmes est affecté par ces perturbations. c Les dysfonctionnements, la nature et le coût des dommages subis dépendent à la fois de la nature des récepteurs et du niveau de criticité de l'installation. Ainsi la coupure momentanée d'un récepteur critique peut avoir de graves consé- quences sur le fonctionnement de l'installation sans que celui-ci soit intrinsèquement affecté. c Dans tous les cas, une étude précise des effets des perturbations redoutées doit être effectuée. Des dispositions doivent être prises pour limiter leurs conséquences. c Le tableau de la figure 3 regroupe les perturbations usuellement rencontrées dans les réseaux électriques, leurs causes et les solutions possibles pour réduire leurs effets. c La réduction des effets des harmoniques, du Flicker, des déséquilibres de tension, des variations de fréquence et des surtensions est réalisée par la mise en place d'équipements adaptés à chaque cas. Leurs dimensionnements et le choix de leurs points de raccordement font l'objet d'études détaillées qui sortent du cadre de ce document (voir bibliographie). Les pertes d’alimentation Pour les procédés industriels et les systèmes courant faible, elles sont de moins en Norme EN 50160 Alimentation basse tension Fréquence 50 Hz ±1 % pendant 95 % d'une semaine 50 Hz +4 %,-6 % pendant 100 % d'une semaine Amplitude de la tension Pour chaque période d'une semaine 95 % des valeurs efficaces moyennes sur 10 minutes doivent être dans la plage Un ±10 % Variations rapides De 5 % à 10 % de Un de uploads/Industriel/ ct-184.pdf