Memoire Online - Analyse fonctionnelle d'un système de télégestion d'un transformateur électrique dans un réseau cpl (cas du quartier makomeno)

ANALYSE FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME DE TELEGESTION D'UN TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE DANS UN RESEAU CPL.

Travail présenté et défendu en vue de l'obtention du grade d'ingénieur en sciences informatiques

ANALYSE FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME DE TELEGESTION D'UN TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE DANS UN RESEAU CPL.

La Télécommunication vis a illustré un Ingénieur dans les recherche en vue des partager les informations

« A toute la communauté scientifique, plus particulièrement aux ingénieurs en réseaux et

A mon feu très cher père MATAMBA WA TSHIMANGA Chrispain dans l'au-delà, si vous étiez au monde de vivants, seriez fière de voir votre cher fils devenir homme utile à la société. Que ton âme repose en paix.

Au seuil de ce travail qui marque la fin de nos études du deuxième cycle, il nous incombe un

impérieux devoir moral d'exprimer notre profonde gratitude à tous ceux qui de loin ou de près ont contribué à son aboutissement.

Ainsi, nos remerciements s'adressent de prime abord à notre directeur monsieur Le Professeur, Ir Jean Marie KANDA et au Co-directeur Monsieur l'Assistant Ir BLAISE SABU, qui en dépit de leurs diverses occupations, ont bien voulu diriger ce travail.

Nous ne pouvons pas passer sous silence au corps professoral et toutes les autorités académiques de l'Université liberté en général et de la faculté de sciences informatique en particulier pour leur encadrement soutenue tout au long de notre formation du premier cycle.

A l'Eternel Dieu tout Puissant créateur du ciel et de la terre, lui qui donne le souffle de vie a permis que nous soyons ce que nous sommes aujourd'hui.

A ma très chère mère META KABEYA Thérèse qui en dépit des contraintes a permis que nous soyons élevés à ce titre.

A toi monsieur KABALA JADIKA Placide pour ton amour et ton soutient matériel et financier.

A mes frères et soeurs, BIBOMBA MATAMBA Bijou, MWANZA MATAMBA Nana, KABEYA KALU Berlin, MISENGA Mainel, KABOMBO Arcel, Ketia KALONGO, Glodie BANZE, Christavie META, Eunice NGUNDA, Yannel MATAMBA, life TSHIUNDA pour vos conseils fraternels.

A mes oncles et tantes : KAPIAMBA WA KAPIAMBA Toto, KAYOWA Therese, KALONJI BOMBO Timo, MUYA Aimé, MPUNGA Pierre, MUSAFIRI KALEMA Patrick, pour votre affection et attachement surtout pendant le moment difficile.

A vous mes compagnons et compagnes de lutte Rivelly BADJE BIABO, Etienne Mukonkole, Steve KITENGE, Etienne BUBEMDE, Tony MULUMDA, Esther Bangu, Cedrick MULUMBWA, Madras BUKASA, Teddy KAHITE, Cedrick MULUMBA, Gracia KALUNGA, Esther BANZA KISIMBA ; pour votre soutien moral.

Que tous ceux qui nous ont soutenus, de près ou de loin, puissent trouver ici l'expression de notre profonde gratitude.

Figure 1: Schéma bloc d'un capteur. .......................................................................................... 6

Figure 2: Schema de principe d'une bobine de Rogowski munie d'intégrateur. [6] ................... 7

Figure 3: Schema de principe d'un transformateur de courant. [6] ............................................ 8

Figure 4 Capteur de courant avec concentrateur magnétique .................................................... 9

Figure 5 Structure de blindage d'un câble triphasé. [5] ............................................................ 10

Figure 6: Schéma du capteur de température à résistance. [8] ................................................. 10

Figure 7: Schéma correspond aux thermistances. [8] .............................................................. 11

Figure 8: Capteur du type thermocouple. [8] ........................................................................... 11

Figure 9: Le schéma bloc d'une chaine de transmission. [9] .................................................... 12

Figure 10: Architecture matérielle d'un capteur intelligent. [11] ............................................. 14

Figure 11: Schéma sur le super positionnement du signal CPL. [16] ...................................... 16

Figure 12: Schéma d'une configuration de CPL en OUTDOOR. [16] .................................... 17

Figure 13: Schéma d'une configuration de CPL en INDOOR. [16] ........................................ 17

Figure 14: Constitution d'un transformateur. ........................................................................... 22

Figure 16: Schéma d'un flux magnétique. ................................................................................ 23

Figure 16: Topologie réseau électrique de la SNEL. ............................................................... 24 Figure 17: Représentation de pannes lies aux transformateurs de la SNEL le plus couramment

observé. .................................................................................................................................... 30 Figure 18: Architecture réseau proposé. .................................................................................. 31

Figure 19: Montage du transmetteur MMT330 dans la cabine N°104 .................................... 35

Figure 20: Architecture du réseau interne CPL. ....................................................................... 37

Figure 21: Kits d'adaptateurs CPL. .......................................................................................... 38

Figure 22: Diagramme de Gantt qui exprime le temps que prendra notre projet. .................... 39

Figure 23: Diagramme de cas d'utilisation système de télégestion. ......................................... 43

Figure 24: Diagramme de séquence du cas d'utilisation traiter l'info. ..................................... 44

Figure 25: Diagramme du cas d'utilisation gérer l'huile. .......................................................... 45

Figure 26: Composition d'une carte arduinouno. [32]............................................................. 47

Figure 27: Les possibilités d'alimenter la carte arduino. [32] .................................................. 47

Figure 28: Le capteur DHT11 pour d'humidité et la température. ........................................... 49

Figure 29: Présentation du programme sketch ......................................................................... 50 Figure 30: l'écran de bord du système simuler. ........................................................................ 51 LISTE DE TABLEAUX

INTRODUCTION GÉNÉRALE

Depuis plusieurs décennies, l'énergie électrique est considérée comme un des facteurs importants pour le développement d'un pays et aucune nation ne peut s'en passer. De la production à la distribution de l'énergie électrique, toutes les techniques doivent être mises en oeuvre pour assurer la qualité. Les bons résultats de gestion passent aussi par la mise en place des infrastructures constituées d'un ensemble des réseaux électriques permettant d'acheminer cette énergie jusqu'aux consommateurs. Le transport et la distribution s'appuient sur une architecture spécifique reposant sur deux réseaux de moyenne tension et basse tension.

Chacun de ces réseaux est constitué d'une infrastructure physique répondant aux normes universelles. Ces deux réseaux sont reliés par des transformateurs de puissance dimensionnés selon le besoin de fourniture des consommateurs en aval. À ce niveau aussi, la qualité de l'énergie distribuée aux consommateurs demande non seulement une bonne maintenance préventive et corrective des transformateurs mais aussi et surtout le suivi de certains paramètres clés telle que l'humidité de l'huile minérale ainsi que sa température.

Avec l'avènement de l'informatique dans le domaine de réseaux et télécommunications, il devient possible de faire la télégestion d'un transformateur électrique avec un centre de contrôle en utilisant des capteurs intelligents capables de relever les informations en temps réel. La transmission ces données peut utiliser plusieurs types de réseaux de transport parmi lesquels le réseau courant porteur en ligne CPL. Le transformateur électrique est considéré comme un équipement très important dans la desserte de l'énergie électrique ; sa gestion permanente est indispensable en fin d'assurer sa protection. En scrutant notre environnement, nous avons constaté que la durée de vie des transformateurs est trop faible et cela prive de temps en autres les consommateurs de l'énergie électrique. A la base de cette situation, nous avons découvert que la plupart de problèmes qui surgissent sur la gestion des transformateurs sont dus à la mauvaise gestion de l'huile minérale qui se détériore sans qu'on ne s'en rende compte. Dans l'objectif de palier à ce genre de problèmes, nous allons dans cette étude émettre notre raisonnement sur l'analyse fonctionnelle d'un système de télégestion d'un transformateur électrique dans un réseau CPL.

En effet, l'huile minérale est l'élément moteur dans la protection d'un transformateur électrique, car elle évacue la chaleur jusqu'aux parois de la cuve. Avec le temps, l'huile perd ces propriétés diélectriques suite à l'humidité et affecte la durée de vie du transformateur.

Dans ces conditions, la télégestion de la qualité de l'huile en fonction du teneur de l'humidité est nécessaire afin de garantir la qualité de service dans la desserte de l'énergie électrique.

Ainsi le choix et la motivation de notre sujet s'inscrivent dans le souci d'assurer le maintien des transformateurs exposés aux multiples pannes, surcharges. Etant d'abord un ingénieur de réseaux et télécommunication, ce sujet nous permettra d'améliorer notre connaissance et approfondir les notions en rapport avec le réseau intelligent et la transmission de données dans un réseau courant porteur en ligne CPL.

L'intérêt de notre étude s'inscrit dans une perspective d'avenir afin de permettre aux gestionnaires de l'énergie électrique de procéder à la maintenance préventive et garantir le bon fonctionnement du transformateur en intervenant au bon moment en cas d'un disfonctionnement lié à la qualité de l'huile minérale. Sur le plan social, ce sujet intéressera la société nationale d'électricité SNEL qui l'utilisera comme soubassement pour améliorer la gestion des cabines électriques.

Afin de mieux pénétrer l'intelligence de notre sujet et trouver une solution adéquate à la gestion des cabines à distance, nous avons émis la problématique suivante :

Ø Comment acquérir les informations relatives à l'huile minérale sur un transformateur ?

Ø Face aux contraintes de coût, quel est le meilleur réseau de transport pour l'acheminement des informations vers le centre de supervision ?

Ø Quelle est la solution technologique qui nous permettra de traiter les informations reçues du transformateur ?

C'est autour de ces trois questions que nous allons devoir développer la suite de ce sujet sous examen. Ainsi, les questions posées dans la problématique nous amènent à répondre d'une manière provisoire sous forme des hypothèses.

Nous proposons de placer des capteurs dans la cuve à huile minérale pour permettre de prélever la valeur de l'humidité et de la température de l'huile du transformateur. Ceci nous permet de répondre efficacement au contrôle de la fluidité, la conductivité de l'huile et prévenir rapidement les pannes. Grâce au réseau de transport CPL, nous acheminerons ainsi les informations prélevées en les superposant sur la ligne électrique de 50 HZ et ceci est un gain par rapport à l'implantation d'un autre réseau de transport car nous utiliserons les infrastructures électriques existantes.

Le traitement des informations se fera par un microcontrôleur ARDUINO que nous programmerons en C⁺⁺ et qui nous permettra de générer deux types de signalisation dont le rouge pour déclarer qu'on est hors spécification avec l'humidité et la température de l'huile minérale et le vert en cas de bons paramètres. Pour être complet, nous allons intégrer un ordinateur comme interface Homme-Machine pour un pilotage efficace du procédé

Il serait très audacieux de prétendre être le premier à avoir abordé cette étude alors qu'il y'a des scientifiques qui nous ont déjà précède. Dans les lignes qui suivent nous allons évoquer quelques études réalisées :

ü Romain LEFORT, dans sa thèse intitulé « Contribution des technologies CPL et sans fil à la supervision des réseaux de distribution d'électricité ».

Pour l'auteur, il est normal pour un pays de remplir les normes dans le domaine électrique de déployer un système de comptage avancé permettant un pilotage à distance de ces nouveaux compteurs communicants. Ceci est possible grâce à une architecture de communication reposant sur la technologie filaire CPL (Courants porteurs en ligne) et les technologies radio issus des réseaux mobiles (2G, 3G et 4G) couplé à un système de supervision.

ü MADJIMBA KAWAYA Prince, dont le sujetest « Étude de mise en place d'un système de gestion d'énergie électrique à distance avec les smart grids, cas de la SNEL/ Lubumbashi ».

L'auteur a mis accent sur le traitement d'adaptation de la production en fonction de la demande en intégrant l'énergie renouvelable dans le réseau électrique fournit par la SNEL, de la lutte contre les fraudes et une facturation exacte grâce à l'utilisation des compteurs intelligents et l'intégration du système de stockage d'énergie électrique ;

Par rapport à ces travaux précités, notre originalité est le fait que nous voulons garantir la desserte de l'énergie électrique par une bonne gestion des transformateurs.

Ø Méthode de dimensionnement réseau : cette méthode va nous permettre de se baser sur la qualité du réseau existante, pour arriver à améliorer la qualité du service dans le nouveau réseau.

Ø Méthode d'agile du langage UML (UnifiedModelingLanguage) : c'est un langage qui nous permettra de modéliser graphiquement notre système de télégestion à base de pictogramme.

Ø Technique de conception de systèmes de télécommunication : qui nous a permis d'analyser, de spécifier et de concevoir notre système de télégestion.

Ø La technique de simulation qui désigne l'exécution d'un programme informatique sur un ordinateur ou sur un réseau en vue de simuler un phénomène physique réel et complexe. [1] Cette technique nous permet de rentre notre travail plus pratique que théorique.

Hormis l'introduction et la conclusion générale, notre travail sera subdivisé en quatre chapitres, dont le Premier parlera des généralités sur le système de télégestion. Le deuxième quand-à-lui sera consacré sur la distribution de l'énergie électrique dans le quartier MAKOMENO. Le troisième chapitre sera focalisé sur le cahier des charges du système de télégestion. Le quatrième chapitre sera consacré à la modélisation du système et contrôle par microcontrôleur.

CHAPITRE I. GÉNÉRALITÉS SUR LE SYSTÈME DE TELEGESTION

Dans ce chapitre, il sera question d'expliquer les principes théoriques sur la télégestion, le fonctionnement d'un transformateur électrique ainsi que du réseau CPL.

La télégestion est l'ensemble des produits qui mettent en oeuvre les technologies de

l'informatique, de l'électronique et des télécommunications afin de permettre un contrôle à distance d'installations techniques géographiquement reparties ou isolées. [2]

Le système de télégestion peut être découpé en trois blocs pour permettre d'accéder à l'information, on distingue :

Est une étape cruciale de l'automatisation des taches, dont l'action consiste d'avoir

accès à une grandeur physique. Cette connaissance permet de connaitre l'état physique d'un système et de pouvoir prendre des décisions dans le but de récolter les informations. Dans un système de télégestion les capteurs sont utilisés pour jouer cette fonction.

En fonction de la caractéristique électrique de la grandeur de sortie, les capteurs sont classés en deux grandes catégories [4]:

Un capteur actif fonctionne en générateur, un effet physique prend en charge la

conversion de l'énergie électrique de la forme d'énergie propre à la grandeur physique à prélever. Cette forme d'énergie peut être thermique, mécanique ou de rayonnement.

Il s'agit généralement de capteurs restrictifs sensibles à la grandeur à mesurer. Ils ont besoin d'être alimenté pour fonctionner. En fonction du mesurande, on utilise plusieurs effets pour réaliser la mesure.

Aujourd'hui avec l'évolution de la technologie, les capteurs sont devenus les éléments importants dans plusieurs domaines. De notre part, nous n'examinerons que les capteurs nécessaires à la réalisation de notre système.

Nous utiliserons des capteurs appropriés à la gestion du transformateur pour prélever les paramètres liés à son fonctionnement. Le courant est le plus important de tous car toutes sont infrastructure est dimensionnés en fonction du courant.

Ø Les bobines de Rogowski :sont des capteurs de courants alternatifs ne possédant pas de circuit magnétique. Ils ne sont donc pas soumis aux phénomènes de saturation ou d'aimantation rémanente, ce qui leur confère une excellente linéarité dans une large plage de courant et immunité vis-à-vis des chocs magnétiques. Ils sont constitués généralement d'enroulements primaire et secondaire, d'un support de bobinage secondaire formé par un matériau non ferromagnétique et d'un blindage magnétique

Figure 2: Schema de principe d'une bobine de Rogowski munie d'intégrateur. [6]

Ø Les transformateurs de courant : Le transformateur de courant traditionnel comprend des bobines primaire et secondaire enroulées sur un circuit magnétique. Il délivre un courant au secondaire proportionnellement au courant primaire. Le secondaire du transformateur est isolé galvaniquement du primaire. Il est généralement destiné à la mesure de courant alternatif à fréquence industrielle.

D'autres types de capteurs sont utilisés, il s'agit des capteurs de courant par mesure de champ magnétique basés sur le principe de la détection du champ magnétique. Il existe deux grands types de capteurs de courant permettant de mesurer des champs magnétiques : les capteurs de courant utilisant des concentrateurs de flux magnétique c'est à dire la présence d'un circuit magnétique et les capteurs de courant sans concentrateur de flux magnétique. [5]

Ø Capteur de courant utilisant des concentrateurs de flux magnétique : Ces capteurs de courant sont composés d'un circuit ferromagnétique positionné autour d'un conducteur porteur du courant à mesurer et d'un capteur magnétique localisé dans un entrefer. L'objectif du circuit est d'augmenter l'induction générée par le courant à mesurer. Cette solution permet ainsi de maximiser le signal utile par rapport à celui généré par les sources électromagnétiques perturbatrices. Le capteur est placé dans l'entrefer du circuit magnétique et fournit une tension proportionnelle au champ magnétique qui est généré par le courant à mesurer. Cette tension délivrée par le capteur magnétique sera traitée et amplifiée avant d'être fournie en sortie du capteur de courant. [5]

Ø Capteur de courant sans utilisation de concentrateur de flux : Ces capteurs de courant sont formés uniquement par les conducteurs traversés par les courants à mesurer et par les capteurs de champ magnétique. Ces structures peuvent être d'une grande simplicité, par contre leur inconvénient principal est qu'ils sont excessivement sensibles aux champs magnétiques perturbateurs puisque le champ utile n'est pas maximisé. [6]

Ø Capteur n'utilisant pas des concentrateurs magnétiques : Ce sont des capteurs dont les flux magnétiques ne sont pas redirigés dans un circuit magnétique. Ces capteurs de courant sont formés uniquement par les conducteurs traversés par les courants à mesurer et par les capteurs de champ magnétique. Ces structures peuvent être d'une grande simplicité (un simple capteur au voisinage d'un conducteur), par contre leur inconvénient principal est qu'ils sont excessivement sensibles aux champs magnétiques perturbateurs puisque le champ utile n'est pas maximisé.

Ces deux capteurs à utilisation des flux magnétiques, présentent l'inconvénient de l'influence magnétique d'un conducteur voisin qui pourrait empiéter sur la fidélité et la précision du capteur. Pour pallier à cet inconvénient, les capteurs sont couplés à des blindages magnétiques très performants. Le nombre de couches du blindage magnétique ainsi que son épaisseur dépendent de l'environnement du capteur et donc de l'application. [5]

D'une manière générale, Il est possible de mesurer la température de plusieurs façons différentes qui se distinguent par le coût des équipements et la précision ainsi que le temps de réponse. [7]

On distingue les différents types de capteurs, le plus couramment utilisé sont :

Communément appelé les sondes RTD (ResistanceTemperature Detectors) présentent le signal le plus linéaire de tous les capteurs électroniques en matière de température. Toutefois, Ces types de sondes coûtent généralement plus cher que leurs équivalents à cause de leur construction plus délicate et le recours au platine.

Les RTD se caractérisent aussi par un temps de réponse lent et par une faible sensibilité. En outre, parce qu'ils nécessitent une excitation en courant, ils sont sujets à une élévation de température pouvant atteindre 850°C.

Les thermistances, comme les capteurs de température à résistance, sont des conducteurs thermosensibles dont la résistance varie avec la température très élevés au-delà de 200Ù/°C. Bien qu'elles présentent un taux de réponse de l'ordre de la seconde, les thermistances ne peuvent être utilisées que dans une gamme de températures ne dépassant pas 300 °C. [8]

Les thermocouples sont les capteurs les plus souvent utilisés pour la mesure de températures, car ils sont relativement peu onéreux, tout en étant précis, et peuvent fonctionner sur une large gamme de températures. Ils présentent un taux de réponse rapide de l'ordre de la milliseconde.

Les capteurs traditionnels fournissent un signal analogique de sortie et est intraitable par l'ordinateur. Une chaine de traitement est importante pour délivrer un signal numérique.

De nos jours, compte tenu des possibilités offertes par l'électronique et l'informatique, les capteurs délivrent un signal électrique et la quasi-totalité des chaines de mesure sont des chaines électroniques et informatiques. [9]

Figure 9: Le schéma bloc d'une chaine de transmission.[9]La chaine de transmission comprend :

ü Un capteur sensible aux variations d'une grandeur physique et qui, à partir de ces variations, délivre un signal électrique.

ü Circuit de mise en forme du signal dont le rôle principal est l'amplification du signal délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l'unité de numérisation ; cette étape peut parfois intégrer un filtre qui réduit les perturbations présentes sur le signal.

ü Une unité de numérisation qui va échantillonner le signal à intervalles réguliers et affecter un nombre à chaque point d'échantillonnage.

L'intelligence est un terme classique en informatique, qui désigne simplement la capacité de communiquer, de raisonner et de décider. L'évolution de la technologie a permis l'intégration de l'intelligence dans le capteur. [10]

De ce fait, les capteurs intelligents intègrent des fonctionnalités supplémentaires qui leurs permettent de relier le monde physique avec le monde numérique en capturant et en révélant des phénomènes physiques du monde réel et la conversion de ceux-ci dans une forme qui peut être traitée et stockée dans le but d'agir et de prendre une décision ainsi que de les communiquer via les interfaces de communication.

A l'inverse des capteurs classiques, les capteurs intelligents intègrent plusieurs éléments électroniques afin d'être intelligibles. Les compteurs intelligents sont constitués d' :

Ø Un capteur principal spécifique au mesurande avec ses dispositifs d'acquisition et de numérisation du signal de sortie du capteur : transducteur, conditionneur qui adapte le signal électrique en vue de sa transmission, multiplexeur, amplificateur, échantillonneur et convertisseur analogique/numérique ;

Ø Un organe de calcul numérique (microcontrôleur, microprocesseur) servant au calcul et à la gestion de l'acquisition, la correction des effets des grandeurs d'influence au moyen de paramètres stockés en mémoire PROM, la linéarisation, le diagnostic des capteurs ;

Ø Une interface de communication assurant la liaison du capteur à un calculateur central et permettant un dialogue bidirectionnel de données numériques avec le système d'automatisation. Cette interface radio ou filaire est caractérisée par :

Ø Une alimentation assurant une stabilisation des tensions, il est nécessaire à l'électronique de l'instrument. Une batterie peut être envisagée pour maintenir certaines activités en l'absence d'une source d'énergie extérieure.

Ø La possibilité d'une configuration à distance via un réseau sécurisé. Uniquement l'administrateur possède le droit de configuration ;

Ø La possibilité de ne transmettre que des informations importantes ce qui le rend moins gourmand en bande passante ainsi qu'en énergie ;

Ø La détection de défaut : cette faculté intègre le test l'hypothèse, calcul, comparaison avec les données réelles d'estimation ;

Ø Diagnostique : Capacité d'un capteur à effectuer l'évaluation les installations afin de déceler un éventuel dysfonctionnement.

En ceux qui concernent la réalisation de notre travail, nous avons proposé d'utiliser le capteur MMT330 généralement relié à un transmetteur pour son bon fonctionnement.

C'est un capteur d'humidité et de température de l'huile de la série Vaisala HUMICAP® utilisé dans les transformateurs. Le MMT330 permet de réaliser des mesures d'humidité et la température fiables dans une large gamme d'applications. Elle est utilisée pour contrôler à distance l'état de l'huile de protection de transformation dans chaque poste d'un transformateur électrique. [13]

C'est un réseau de communications qui a pour objectif l'acheminement les données analogique ou numérique entre différentes entités. [14]

- L'aspect matériel : l'infrastructure et les techniques de transmission de données ;

- L'aspect logiciel : les règles de communication entre les composants et les systèmes interconnectés. Ces règles sont appelées : protocoles de communication.

Dans ce travail nous allons utiliser un réseau courant porteur en ligne pour la transmission de nos informations en utilisant l'infrastructure électrique existante.

Une technologie d'accès à haut débit, qui utilise le réseau électrique moyen et basse tension pour fournir des services de télécommunications en utilisant les techniques de modulation avancées. Cette technologie offre aux utilisateurs une large diversité d'applications et de services comprenant l'internet haut débit, la voix sur IP, les services multimédias.

Sa consiste à superposer au signal électrique de 50 Hz délivré par les prises

électriques, un autre signal à plus haute fréquence. Généralement il est d'une bande de 1,6 à 30 MHz et de faible énergie. Ce deuxième signal se propage sur l'installation électrique peut être reçu et décoder à distance. Un coupleur intégré en entrée des récepteurs CPL élimine les composantes base fréquence avant le traitement du signal. [15]

Il s'agit d'un couplage qui se réalise au niveau du transformateur entre l'accès internet haut débit qui peut être la fibre optique ou une ligne spécialisée et le réseau de distribution basse tension.

Sa mise en oeuvre est réalisée entre un fournisseur d'aces internet et la coopération du distributeur d'électricité. Ainsi donc, toute la zone alimentée par c'est même transformateur peut bénéficier de cet accès distribué via le réseau électrique. Les équipements

CPL sont mis en oeuvre sur plusieurs sites connecte à l'internet via des lignes électriques moyenne tension. Dans cette infrastructure, chaque utilisateur accède à internet depuis sa ligne électrique. [15]

Ce type d'architecture est réalisé à l'intérieur d'une entreprise, au sein d'un réseau

local à l'accès haut débit de la connexion internet existant. De cette manière, il est possible d'étendre le réseau local et l'accès internet sur toutes les prises électriques de l'installation à partir d'un ordinateur.

L'accès à l'internet est réalisé par un serveur ou un routeur banché à un équipement CPL. Chaque poste client est branché sur un boitier CPL et relié à une prise électrique de l'établissement.

Les installations du réseau CPL doit être bien ajusté au niveau de l'injection du signal sur le réseau électrique. On distingue deux méthodes de couplage :

Est plus utilisé pour le CPL indoor dans les adaptateurs pour des réseaux monophasés. Le couplage capacitif consiste à faire coupler le signal CPL au réseau via une prise électrique, cette équipement est branché en parallèle sur le départ. Sur un tableau électrique on peut réaliser le couplage pour un réseau triphasé.

L'équipement est raccordé sur une ou plusieurs phases du réseau par le biais d'une bobine. Le signal a la possibilité de se propagé sur les autres phases et sur le réseau par effet magnétique. Ce type de couplage est utilisé quand on injecte sur un réseau triphasé, afin d'avoir la même qualité de signal sur les trois phases.

La transmission des données dans toute installation électrique connectée au réseau CPL. De cette manière, le capteur électrique peur constituer un élément d'insécurité. Ainsi donc, tout utilisateur non autorisé voulant se brancher sur la ligne sera considérait comme un espion.

Cette technologie nous offre un moyen pouvant permettre de renforcer la sécurité au niveau des équipements homologues, en effectuant le cryptage DES qui possède une clé de 56 bits. [15]

Est un système de chiffrement par blocs qui consiste à faire le cryptage à clef

secrète. La clef sert à la fois à crypter et décrypter les messages. Cette clef a une taille de 64 bits, c'est-à-dire 8 caractères mais seulement 56 bits sont utilisables.

télécommunication fiable. Le centre de supervision est la partie qui aide l'opérateur à visualiser tout ce qui se passe et de diagnostiquer le réseau. La communication peut être full duplex ou half duplex en fonction des équipements utilisés. La S.N.E.L possède plusieurs serveurs qui sont à Kinshasa dont chacun d'eux a un rôle spécifique dans l'administration de l'entreprise.

L'exploitation des données ne se fera pas directement, il sied d'être sauvegardé afin

d'avoir les archives. Le serveur que nous utiliserons est le serveur de base de données connecté sur intranet. Ce serveur utilise le système d'exploitation Windows serveur 2013.

Les protocoles qui tournent sur les serveurs ainsi que les équipements de supervision sont :

Simple Network Management Protocole, en sigle SNMP, est un protocole de communication qui permet aux administrateurs réseau de gérer les équipements du réseau, de superviser et de diagnostiquer des problèmes réseaux et matériels à distance. [17]

Terminal network est un protocole client/ serveur qui permet à un utilisateur de se connecter à distance sur un ordinateur, pourvu que cet utilisateur y dispose d'un accès autorisé. Il permet de prendre un contrôle partiel sur la machine distante. TELNET utilise le protocole TCP au port 23.

Le protocole HTTP (Hypertext Transfer Protocol) est le protocole d'application utilisé pour véhiculer les textes au format HTML. Le transport des fichiers est assuré au niveau transport par le protocole TCP au port 80. [17]

Le protocole SSH (Secure Shell) fournit une méthode alternative sécurisée pour

accéder au serveur. Ce protocole permet une connexion à distance sécurisée et d'autres services réseau. Il permet également une authentification plus forte qu'avec Telnet et prend en charge le transport des données de session à l'aide du chiffrement. [18]

Le protocole DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) est un protocole réseau

dont le rôle est d'assurer la configuration automatique des paramètres IP d'une machine. Il assure aussi l'attribution automatique une adresse IP et un masque de sous réseau.

Est un protocole de communication non propriétaire, utilisé pour des réseaux d'automates programmables. Opérant au niveau du 7éme couche du modèle OSI. Ce protocole est basé sur une structure hiérarchisée entre un client unique et plusieurs serveurs. [19]

Tout au long de ce chapitre, nous nous sommes étales sur les concepts de base qui

cadrent avec le système de télégestion. Ce développement nous a permis d'avoir une vision sur les types de capteurs utilisée pour la supervision de la température et de l'humidité en passant par un réseau CPL, jusqu'au centre de contrôle. Notre équipement à telegerer est un transformateur électrique N°104 du quartier MAKOMENO, qui va faire l'objet du second chapitre.

CHAPITRE II. DISTRIBUTION DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE DANS LE QUARTIER MAKOMENO

De nos jours, l'évolution de la technologie a rendu possible la gestion d'un transformateur électrique à distance pour satisfaire aux besoins de l'homme.

Dans ce chapitre, nous allons se focaliser sur le principe théorique du fonctionnement d'un transformateur électrique. Puis il sera question de décrire le transformateur N°104 du quartier MAKOMENO qui autrefois réalisées par la société G.C.M, gérée par les belges et actuellement par la S.N.E.L.

Un transformateur électrique est une machine permettant de modifier les valeurs de

tension et d'intensité de courant délivrées par une source d'énergie électrique alternative, en un système de tension et de courant de valeurs différents mais de même fréquence et de même forme. [20]

Ø Des bobines : sont des enroulements qui permettent de créer un champ magnétique. le nombre de spires est proportionnel à la tension supportée et sont généralement en bon conducteur, faite en cuivre ou aluminium. [21] Les enroulements constituent une partie primaire qui est celle connectée au secteur et la partie secondaire qui est celle connectée aux utilisateurs.

Ø Le circuit magnétique : est un circuit généralement réalisé en matériau ferromagnétique au travers duquel circule un flux de champ magnétique. Objectif ici est de palier aux problèmes de pertes par courant de Foucault qui stipule que tout masse métallique placer dans un champ magnétique variable est le siège de la propagation de la chaleur en d'autre terme se sont des courants électriques qui sont volontairement ou involontairement induits dans un conducteur. [22]

Ø L'isolation : Est la substance ou la partie qui sert à isoler les conducteurs entre eux afin d'éviter un court-circuit. Elle désigne l'ensemble des méthodes employées afin de limiter les transferts de la chaleur entre deux milieux ayant des températures différentes.

Dans un transformateur l'un des deux bobinages joue le rôle de primaire, il est alimenté par une tension variable et donne naissance à un flux magnétique variable dans le circuit magnétique. Le circuit magnétique conduit avec le moins de réluctance possible les lignes de champ magnétique créées par le primaire dans les spires de l'enroulement secondaire. D'après la loi de Faraday, ce flux magnétique variable induit une force électromotrice dans le deuxième bobinage appelé secondaire du transformateur. [23]

De par son principe, le transformateur ne peut pas fonctionner s'il est alimenté par une tension continue. Le flux doit être variable pour induire une f.é.m. au secondaire, il faut donc que la tension primaire soit variable c'est-à-dire alternatif.

Le transformateur est réversible, chaque bobinage peut jouer le rôle de primaire ou de secondaire. Le transformateur peut être abaisseur ou élévateur de tension. Voir même un isolant quand il crée un isolement électrique entre plusieurs circuits pour des raisons bien de sécurité ou de résolution de problèmes techniques.

En toute rigueur, il y a bien quelques pertes entre la puissance que consomme l'enroulement primaire et celle qui sort du secondaire mais en théorie nous pouvons dire que :

D'une manière générale, les transformateurs ont un très bon rendement de l'ordre de 99%

Les flux magnétiques produit par les courants primaires et secondaires s'annulent. Le flux généré par une bobine étant proportionnel au courant et au nombre de spires, on peut comprendre que :

N.B : Dans un transformateur la tension alternative est représentée par V et U pour celui de la tension continue.

Est un appareil électrique qui permet d'obtenir des niveaux de tension électrique. Dans son principe de fonctionnement, le courant alternatif qui traverse le primaire engendre un champ magnétique. [24]

Ce champ alternatif engendre à son tour un courant dans l'enroulement secondaire. La tension aux bornes de chaque spire est la même au primaire et au secondaire. Ainsi, la tension aux bornes d'une bobine est donc fonction du nombre de spires.

Il est plus utilisé dans le transport et la distribution de l'énergie électrique. Le principe de fonctionnement pour un transformateur triphasé est équivalent à trois transformateurs monophasés. La différence tient essentiellement aux modes de couplage des enroulements d'un transformateur triphasé.

Dans la pratique, l'utilisation de transformateurs triphasés ou un seul appareil regroupe les 3 phases est généralisée. Cette solution permet la conception de transformateurs bien moins coûteux, avec en particulier des économies au niveau du circuit magnétique. Ces différentes connexions peuvent être en étoile, en triangle et en zigzag sont appelées couplage. 2.3. Architecture du réseau électrique existante

L'énergie fournie par le transformateur électrique dans nos habitations passe par plusieurs phases. Tel que :

L'énergie électrique est générée par une centrale électrique ; il en existe plusieurs

types. Notre transformateur est alimenté par l'énergie électrique provenant de la centrale hydroélectrique de MWADINGUSHA, ZILO et SEKE. Son objectif est de transformer l'énergie cinétique créée grâce à la pression d'eau en énergie mécanique par une turbine. Un alternateur est accouplé à une turbine dans l'objectif de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique.

Les centrales électriques rendent souvent service à des utilisateurs éloignés. La phase de transport est assurée par la ville de LIKASI. Cette phase est composée de deux parties :

La distribution comprend les lignes et les postes de transformation servant à alimenter les utilisateurs de la moyenne tension et de la basse tension. La ville de Lubumbashi possède un réseau de distribution qui est composé de deux grandes parties essentielles :

? La moyenne tension : Une ligne moyenne tension comprend une tension qui varie entre 2,4 KV à 69 KV. Elle relie les usagers de la M.T qui sont les industries et les hôpitaux du poste de transformation principal de la compagnie électrique.

? La basse tension : Une ligne basse tension possède une tension qui varie entre 120/220 V en monophasé et à 600 V en triphasé. Un poste de transformation alimente tous les abonnés bas tension. C'est ici se trouve notre transformateur électrique ou nous allons appliquer notre technologie.

Le tableau ci-dessus représente les différentes performances qui constituent le transformateur électrique N° 104 du quartier MAKOMENO.

DECRIPTION	DESIGNATON
Type	T0315/05043
Puissance	315 KVA
Phase	3
Impédance à 75 °C	4,01 %
Fréquence	50 HZ
Série No	6052010
Tension primaire	6600 Volt
Tension secondaire	400 Volt
Courant primaire	27,56 Ampère
Courant secondaire	454,7 Ampère
Volume d'huile	300 Litres
Masse totale	1100 Kg
Bobine ou enroulement maximal	65 Kg
Température ambiante maximal	40 °C
Noyau et masse d'enroulement	560 Kg
Elévation maximal de l'enroulement	65 Kg
Elévation supérieure de la température d'huile	60 Kg
Matériel d'enroulement	Cu
Année de fabrication	2005

Tableau 1: les éléments constitutif d'un transformateur.

Les incidents proviennent généralement de basse tension, moyenne tension et haut

tension ; ils sont à la base de panne et surcharge au sein du transformateur N°104 du quartier

Un transformateur se révèle être précieux dans une installation, voilà pourquoi il sied d'avoir une protection et un système de surveillance en son sein. Pendant le fonctionnement normal d'un transformateur, il s'échauffe par effet joule d'où la nécessité de le refroidir.

Généralement un transformateur est protégé par un disjoncteur et refroidis grâce à l'huile minérale.

Un disjoncteur est un organe électromécanique, dont la fonction est d'interrompre le

Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans un transformateur. Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramètres.

Dans le but d'empêcher la détérioration de l'isolant, un refroidissement efficace

contre l'échauffement exagéré est indispensable. L'huile est utilisée dans des transformateurs ayant une grande puissance.

L'huile sert à véhiculer la chaleur venant du noyau jusqu'aux parois de la cuve pour être ensuite récupérée par l'air extérieure. De plus, l'huile assure un isolement meilleur que l'air et protège les enroulements contre l'humidité de l'air. D'une manière générale, une bonne huile devra avoir une rigidité diélectrique élevée et devra être peu visqueuse pour circuler rapidement et refroidir efficacement le transformateur.

D'une manière générale, le transformateur est un appareil électrique qui a une durée de vie de plusieurs dizaines d'années. Cependant en fonction de son utilisation, sa maintenance, sa charge, les perturbations qu'il subit, etc. il peut être le sein de défaillances plus ou moins importantes.

Le transformateur est généralement équipé d'un disjoncteur qui possède une puissance supérieure à celle de la charge. Si celle-ci devient supérieure par rapport à celui du disjoncteur. Il va entrainer un temps de coupure réguliers causant ainsi une accélération de la dégradation de l'huile dû à l'effet de faire passer cette grande puissance vers le transformateur.

L'huile joue un rôle très important dans la protection d'un transformateur. Malgré son rôle et sa position, sa protection n'est pas absolue c'est ainsi que nous observons les différentes pannes dus à l'imperfection de l'huile. Il rencontre de problème suivant :

Est causée par l'humidité qui a pour action nocive sur la tenue diélectrique de

l'huile. Il est possible d'illustrer le danger présenté par l'accumulation d'humidité dans un diélectrique à l'aide des données ci-dessous qui indiquent une comparaison des limites de la solubilité de l'eau dans l'huile minérale à la pression atmosphérique.

Ø Baisse de la qualité diélectrique : l'huile devient un mauvais isolant et les bobines du transformateur sont exposés à une forte chaleur qui risquerai de les grillés.

Ø Vieillissement rapide : l'huile isolatrice a une durée de vie mais l'humidité l'accélère.

L'oxydation de l'huile peut être la cause d'une perte de la qualité ou des conséquences susmentionnées.

Température	Solubilité maximale de l'eau dans l'huile : (en ml/kg)
-20 degrés	10
0 degrés	25
20 degrés	40
40 degrés	100

Tableau 2: La quantité d'eau solidifiée en fonction de la température.

Tout conducteur traverse par un courant électrique entraine une dissipation de la chaleur. Au fur et à mesure qui a cet échauffement de la chaleur au sein des enroulements, provoque un court-circuit du a la diminution de l'huile qui joue le rôle d'un isolant dans un transformateur.

Le transformateur électrique est un équipement très capital dans toutes installations électrique. Après avoir effectuée nos investigations au sein de la société SNEL. Il nous a été démontré que les différentes pannes le plus couramment rencontrer dans les transformateurs et qui sont à la basse de défaillance dans la plupart de cas observé sont :

Ø L'humidité de l'huile : c'est un facteur le plus le plus couramment rencontré comme problème dans le transformateur électrique. Sa varie dans le 88% de cas observer.

Ø La température : l'échauffement de l'huile entraine élévation de la température. C'est un problème couramment rencontré dans les installations électriques, elle représente 84% de cas.

Ø La viscosité : c'est une grandeur physique qui caractérise la résistance dû à l'écoulement de l'huile variant dans le 37% de cas observé.

Ø La conductivité électrique : l'effet que l'huile perd ses qualités diélectriques, il devient mauvais conducteur de l'énergie électrique. Le problème lié à cette observation est de 23% dans la plupart de cas.

Ø Le niveau de l'huile : l'échauffement de la température, la viscosité et la conductivité. Elles sont à la base de la diminution du niveau de l'huile dans la cuve du transformateur a 13% de cas.

Le diagramme ici-bas représente la comparaison des pannes observé au courant d'un écart de 10 ans sur un ensemble de transformateurs de la SNEL.

Figure 17: Représentation de pannes lies aux transformateurs de la SNEL le plus couramment observé.

Les risque pour le transformateur sont la survenue de pannes liées à des points chauds, voir même des court-circuit qui peuvent lui être fatals. Pour prévenir ces genres de pannes, l'édifice humain utilise les dispositifs suivants pour sa sécurité :

Il est utilisé dans le transformateur comme un dispositif d'indication visuelle de la température de l'huile et de la température maximale atteinte.

C'est un dispositif qui permet de prélever le niveau de l'huile dans un transformateur.

Est un dispositif de sécurité monté sur le transformateur comme protecteur sensible aux évènements qui se produisent lors d'un défaut diélectrique à l'intérieur du transformateur.

Après avoir effectué une étude sur l'édifice existant. Nous nous sommes rendues

compte qu'il n'existe pas un système de télégestion d'un transformateur électrique passant par un support de transmission fiable et sécurisé.

? Un système de télésurveillance et la gestion automatique des signaux. Ce qui permettra aux techniciens d'être informés sur l'état du transformateur en temps réel ;

? La télémesure permettra de prélever à distance les paramètres sur le transformateur électrique ;

? Un système de protection et de gestion d'interruption à distance, dans l'objectif de procédé au déclanchement automatique du disjoncteur en cas d'un disfonctionnement dans le système.

? Le diagnostic est l'option qui permettra de vérifier la qualité de l'huile minérale dans le transformateur électrique.

Pour y arriver nous avons songé à placer le capteur intelligent MMT330 qui est

équipé d'une sonde à plonger dans la cuve du transformateur électrique. Le but est de transformer l'état d'une grandeur physique observée dans l'huile minérale en une grandeur utilisable. Dans notre cas nous avons considéré la grandeur numérique qui sera transporter dans un réseau courant porteur en ligne, pour la transmission du signal jusqu'au centre de contrôle ou sera connecter les différents équipements pour assurer la télégestion.

Partant des solutions proposées ci-haut nous proposons l'architecture suivante :

Dans ce chapitre, nous avons expliqué le principe théorique du fonctionnement d'un transformateur. Puis il était question de montrer comment notre système existant fonctionne de la source de production de l'énergie électrique jusqu'au transformateur N°104. Objectif était d'arrive à détecter les causes de pannes et surcharge qui sont à la basse de défaisance au sein du transformateur électrique et même de délestages que les consommateurs subit de l'autre part. Nous avons proposé une suite de solution d'améliorations palliatives à ce type de problème, tout en élaborant un cahier de charge du système de télégestion qui fera objet de notre chapitre précédant.

CHAPITRE III. CAHIER DES CHARGES DU SYSTÈME DE

Dans ce chapitre, il sera question de concrétiser les notions comprise dans les chapitres précédant en mettant en place certaines techniques et méthodes pouvant permettre la télégestion du transformateur électrique N°104 du quartier MAKOMENO.

Pour la mise en oeuvre du dimensionnement nous nous sommes basés sur certaines recommandations techniques. Plusieurs entreprises entre autres :

Ils fournissent d'automates programmables industrielles. En ceux qui nous concerne

nous avons choisis d'utiliser les automates de Schneider Entreprise se caractérisent par leur qualité et leur fiabilité dans leurs utilisations.

Le système de télégestion ne sera réalisable qu'en installant les équipements adéquats au transformateur électrique mais aussi en une infrastructure fiable pour la transmission de ses informations jusqu'au centre de contrôle.

Le MMT330 intègre la toute dernière génération de capteurs capable d'effectuer des mesures d'humidité précises et fiables sur une plage de mesure étendue.

En raison du grand choix de sondes, le transmetteur peut s'utiliser dans les systèmes

des transformateurs électriques pour la mesure de l'humidité dans l'huile en termes d'activité de l'eau et de température. L'activité de l'eau indique directement la présence d'un risque de formation d'eau libre. De plus, la mesure n'est pas affectée par le type et l'âge de l'huile. [13] 1)Fonctionnements

Le transmetteur peut être équipé de trois sorties analogiques maximum ; une alimentation électrique à isolation galvanique et des sorties relais sont également disponibles. Pour une interface série, il est possible d'utiliser les ports USB RS232 et RS485.

Le MMT330 est également capable de communiquer en MODBUS et avec une connexion appropriée, d'assurer la communication MODBUS RTU (RS485) ou MODBUS TCP/IP. L'enregistreur de données, doté d'une horloge en temps réel et d'une batterie de secours, garantit un enregistrement fiable des données de mesure pendant plus de quatre ans.

Les données enregistrées peuvent être visionnées sur l'afficheur local ou transférées vers un

PC à l'aide d'un logiciel pour Microsoft Windows ®. Il est aussi possible de connecter le transmetteur à un réseau à l'aide de l'interface optionnelle WLAN, pour établir une connexion sans fil. Un câble USB de service permet de raccorder facilement le MMT330 à un PC via le port de service.

TYPE	CARACTERISTIQUE
Protocoles	MODBUS RTU, Mode ASCII
Poste	M.T/B.T
Sorties relais	0.5A, 250VCA, Potentiel flottant (en option). Interface Ethernet (en option).
Connecteur	RJ45
Attribution d'adresse IPv4	DHCP
Protocoles	Telnet, MODBUS TCP/IP, SSH
Authentification / Cryptage	Ouvert / sans cryptage

Tableau 3: Les caractéristiques de MMT330.

Le transmetteur MMT330 sera installé à l'intérieure de la cabine N°104 du quartier

MAKOMENO pour le contrôle de l'huile minéral au transformateur électrique. Pour mettre en place notre transmetteur, nous utiliserons une installation sur mât avec une plaque mural métallique. Cette installation s'effectuera de la manière suivante : [25]

ü Fixez le MMT330 sur la plaque de montage à l'aide de 4 vis de fixation M6 (fourniers) üNotez la position de la flèche lors du montage. Elle doit être orientée vers le haut.

C'est un équipement de protection et de gestion d'interrupteur à distance. Il est capable d'agir sur plusieurs éléments de coupure selon le besoin en fin d'assurer une protection fiable. [26]

Le Easergy T200I possède la possibilité de transmettre les informations en permanence dans une base de donnée à travers un réseau filaire, radios UHF et VHF numérique ou analogique, téléphone et GSM. Il possède les interfaces série RS232, RS485 et offre la possibilité d'effectuer une liaison CPL à partir d'une prise électrique.

Les équipements de la cabine électrique doivent être protégés efficacement pour assurer la sécurité et les risques d'incendie. Un relais de protection détecte l'existence de conditions anormales par la surveillance continue et agit rapidement afin d'assurer la protection. [27] Cependant, c'est système de protection doit avoir des qualités de rapidité et fiabilité pour empêcher les perturbations ; elle ne peut que limiter leurs effets et leur durée.

Easergy T200 nécessite une configuration à partir d'un ordinateur de configuration.

Celle-ci s'effectue à partir de la carte d'accès unique. Elle permet de configurer :

Les données récoltées par le capteur dans notre transformateur N°104 doivent être transmis jusque dans un centre de contrôle. La mise en place du réseau CPL sera réalisée à l'intérieur et à l'extérieur de la cabine électrique dans le but d'atteindre la destination.

La connexion internet est mise en place au niveau de la ligne électrique moyenne tension. Il sera nécessaire de placé des équipements CPL pour permettre l'accès à l'information fournis par le transformateur électrique. La transmission par câble CPL qui se situe en amont du compteur électrique se fait par une boucle locale. [28]

Cette boucle relie notre transformateur l'électrique N°104 du quartier MAKOMENO avec le centre de contrôle. La solution CPL de cette mise en place est gérée par un fournisseur d'accès.

Grâce au réseau de transport CPL, nous acheminerons ainsi les informations prélevées en les superposant sur la ligne électrique de 50 HZ et ceci est un gain par rapport à l'implantation d'un autre réseau de transport car nous utiliserons les infrastructures électriques existantes.

Concerne la partie ou le CPL sera utilisé c'est-à-dire dans le centre de contrôle et dans notre transformateur électrique. Ces endroits se situent en aval du compteur électrique et leur mise en place des équipements CPL sera faite par un administrateur.

Chacune prises de courant deviennent alors potentiellement un point d'accès à notre

réseau de télégestion et à l'internet. Pour créer un réseau CPL, nous avons simplement besoin d'adaptateurs spéciaux à brancher entre les équipements à connecter et les prises de courant.

Généralement les kits CPL fournissent deux adaptateurs permettant ainsi de créer une liaison sans fil entre notre box internet et nos équipements. Comme illustre la figure cidessus :

Quand les ondes des réseaux sans fil ne passent pas, l'électricité prend le relais. L'installation d'un réseau CPL est rapide et facile.

Disponible au grand public, le CPL utilise le réseau électrique d'un appartement pour créer un réseau local autonome ou complémentaire à un réseau déjà existant. Cette technologie promet à présent des débits très élevés : de 14 Mbit/s, on est en effet passé à 85 Mbit/s, puis à 200 Mbit/s, soit quatre fois plus qu'un réseau Wi-Fi 802.11g et l'équivalent d'un réseau Wi-Fi MiMo. Pour en profiter, il faut bien entendu un adaptateur par PC ou appareil (routeur, serveur...) à relier au réseau. Il faut également prévoir d'occuper une seconde prise de courant pour chaque appareil relié. Nous pouvons avoir besoin d'utiliser une multiprise, mais celle-ci devra être de bonne qualité, sous peine d'affaiblir le débit. Pour être plus explicite, nous avons illustré ci-dessus deux adaptateurs et les équipements de connexion.

Ils se branchent au PC via un câble Ethernet. Si vos adaptateurs se branchent sur une

prise USB, la procédure est quasi identique, la seule différence résidant dans l'installation d'un pilote spécifique. Avec ces produits, le montage et l'installation ne peut pas durer plus de quinze minutes.

Le transformateur est l'équipement très précieux dans le réseau électrique, suite à

son prix élevé d'où l'importance de maximiser sa protection. Grace à un capteur d'humidité plongé dans la cuve du transformateur, il est capable de mesurer la température et humidité qui est dû à l'échauffement de l'huile minérale. C'est informations prélevé son analysée et traité par un transducteur sous formant numérique pour être envoyer dans un réseau CPL.

La transmission de ces données par dans un réseau CPL permet de palier au problème des interférences. En terme de la sécurité grâce au système de cryptage à clef secrète nous avons la possibilité de faire transmettre l'information du transformateur jusqu'au centre de contrôle en toute sécurité. L'avantage est qu'on va juste utilisée l'infrastructure électrique existant pour passer la connexion internet en plaçant les équipements CPL. Le centre de contrôle a la possibilité d'assurer la télégestion à l'aide des ordinateurs et d'unEasergy T200I qui est l'équipement de gestion d'interruption à distance. Ce mécanisme permet aux techniciens de connaitre l'état du transformateur à temps périodique et d'interagir directement pour remplacer l'huile avant qu'il perd ses propriétés.

A l'aide d'une basse de données retrouver au sein de l'équipement d'interruption Easergy T200I. L'administrateur sera capable de connaitre l'état du transformateur et procédé à la coupure ou à l'allumage d'un disjoncteur.

Le diagramme de Grantt nous aidera à avoir une estimation sur le temps que prendra notre mise en place. Le diagramme de Grantt permet de simplifier le

Figure 22: Diagramme de Gantt qui exprime le temps que prendra notre projet.

Il n'existe pas de projet sans budget, nous donnerons les chiffres approximatifs sur le prix total des équipements.

NOM DE L'EQUIPEMENT	PRIX UNITAIRE	PRIX TOTAL
Le kit du sonde MMT330	500 USD	500 USD
Le kit complet des équipements CPL en indoor	170 USD	340 USD
Injecteur CPL en outdoor	185 USD	185 USD
Automate Easergy T200I	2000 USD	2000 USD
Total		3.025 USD

Tableau 4: Evaluation financier des équipements à utilisées.

réseaux qui nous permettrons de concrétiser notre projet de télégestion d'un transformateur dans un réseau courant porteur en ligne. Nous avons élaboré un cahier de charge des équipements et leurs fonctionnements, qui nous permettrons de réaliser notre système de télégestion. Les équipements de Schneider entreprise seront utilisés pour la mise en place grâce à leur efficacité. Dans le but de rendre notre travail plus pratique que théorique nous allons appliquer une modélisation avec UML tout en simulant une partie de notre travail avec le microcontrôleur Arduino qui fera l'objet du chapitre précédant.

CHAPITRE IV. MODELISATION DU SYSTEME ET CONTROLE PAR

L'huile minérale est le meilleur conducteur thermique et un bon isolateur, avec le temps elle fait perdre ses qualités et accélère sa détérioration. Ceci a des répercussions sur le maintien du transformateur.

Au cours de ce chapitre qui constitue le coeur de notre mémoire, nous nous appliquerons d'abord à modéliser le système de télégestion du transformateur par UML et à la simulation d'une partie du fonctionnement de notre travail consacré à la télégestion de l'humidité et de la température de l'huile du transformateur électrique. Et pour y arriver nous allons utiliser un microcontrôleur de la famille ARDUINO.

La construction d'un système d'information, d'un réseau, d'un logiciel complexe, de taille importante oblige à modéliser.

La modélisation étant le processus qui débouche par une représentation d'un modèle compréhensible d'un système. Le modèle lui-même étant une représentation abstraite d'un objet du monde réel. Parmi tant d'autres, méthodes comme SADT, Sysmel, Algèbre de processus et autres, pour modéliser notre système de télégestion nous avons optés pour UML dont quelques diagrammes seulement seront utilisés ceux de captures de besoins.

En fait, nous commencerons à déterminer les besoins fonctionnels en considérant le

système comme une boîte noire, afin d'étudier sa place dans le système métier plus global de l'entreprise. Après avoir identifié les acteursqui interagiront avec le système, nous développerons un premier modèle UML de niveau cas d'utilisation, pour pouvoir établir précisément les frontières du système, puis nous allons expliquer dynamiquement son fonctionnement via des diagrammes de séquences.

L'avantage de modéliser un système informatique c'est en l'occurrence de servir de document d'échange entre clients et concepteur d'un système, d'outil de référence pour la maintenance et d'évolution d'un système.

Ø Gérer huile : l'administrateur aura la possibilité de gérer les informations déjà traité provenant du transformateur, tel que l'humidité et la température.

Ø Traiter l'information : le système aura la possibilité de traiter les informations provenant du transformateur. Puis de procédé à la gestion de l'huile du transformateur.

Ø Prélever le seuil : le capteur DHT11 aura la possibilité de prélever le niveau de l'humidité et de la température.

Notre apport est basé sur un système de télégestion d'un transformateur en utilisant un microcontrôleur Arduino. Ceux-ci permettra de contrôler en temps réel l'état de l'huile à l'aide d'un capteur DHT11. Les informations prélever et envoyer à notre microcontrôleur Arduino serons sauvegarder dans une base de données ou l'administrateur aura l'accès.

Cette phase a pour objectif de décrire le comportement attendu de l'application. Pour cela, l'utilisateur du digramme de cas d'utilisation qui représente un élément essentiel de la modélisation orientée objet, assure de bons résultats. Il permet de modéliser les fonctionnalités de l'application du point de vue des besoins utilisateur. Elle sert aussi à définir et à modéliser le produit à développer.

Un diagramme de cas d'utilisation est un moyen simple d'exprimer des besoins. Il montre le comportement d'un composant, une classe ou un système, tel qu'un utilisateur extérieur le voit. [31] Il correspond à un ensemble de transactions effectuées au cours d'une interaction entre l'acteur et le système. Ci-après le diagramme de cas d'utilisation :

Pour décrire le comportement dynamique de l'utilisation du système de télégestion, nous utilisons des diagrammes de séquences systèmes des cas d'utilisations traiter l'information et gérer l'huile.

Ø L'administrateur consulte l'état de l'humidité et de la température dans Arduino.

La carte arduino est un outil qui permet à une certaine catégorie de personnes de

crée des systèmes électroniques plus ou moins complexes. Dans l'informatique embarquée, il est plus utilisé en programmant les composants électroniques programmables. La carte Arduino repose sur un circuit intégré associée à des entrées et sorties qui permettent à l'utilisateur de brancher différents types d'élément s'externes : [32]

ü . Côté entrées, des capteurs qui collectent des informations sur leur environnement comme la variation de température via une sonde thermique, le mouvement via un détecteur de présence ou un accéléromètre, le contact via un bouton-poussoir, etc.

ü Côté sorties, des actionneurs qui agissent sur le monde physique telle une petite lampe qui produit de la lumière, un moteur qui actionne un bras articulé, etc.

Nous utiliserons la carte aduinoUno pour simuler une partie du fonctionnement de notre travail.

C'est le cerveau de notre carte. C'est lui qui va recevoir le programme que vous aurez créé et qui va le stocker dans sa mémoire puis l'exécuter. Il est subdivisé en trois parties :

ü L'unité centrale (CPU) : c'est l'élément le plus important du microcontrôleur. Sa fonction principale consiste à décoder et à exécuter des instructions. Elle peut adresser des mémoires, gérer des entrées ou sorties et réagir à des interruptions ;

ü Les mémoires (ROM et RAM) : sont des zones où l'on sauvegarde les informations ;

Les ports d'entrée et de sortie : Permet de relier le microcontrôleur au monde extérieure.

La carte arduino a besoin d'une alimentation pour fonctionner. Elle peut être alimentée via un câble USB sous une tension de 5V ou un port jack toujours à la même tension.

Les trois "points blancs" entourés en rouge sont en fait des LED dont la taille est de l'ordre du millimètre.

La carte Arduino ne possédant pas de composants qui peuvent être utilisés pour un programme, mis à part la LED connectée à la broche du microcontrôleur, il est nécessaire de les rajouter. Mais pour ce faire, il faut les connecter à la carte. C'est là qu'intervient la connectique de la carte et sa servira la connexion de modules apportera d'autres fonctionnalités à la carte.

L'humidité est la cause principale de la perte de propriété de l'huile. Pour simuler la

supervision de la qualité de l'huile, nous utiliserons un capteur humidité et de température DHT11 qui va nous permettre d'obtenir des données numériques. [33]

ü Efficace pour 20-80 pour-cent d'humidité, avec une précision de 5 pour-cent ;

ü Efficace sur la plage 0 à 50 degrés Celsius avec une précision de 2 degrés Celsius ;

ü Fréquence maximale d'échantillonnage : 1Hz ; üDimensions : 15.5 mm x 12 mm x 5.5 mm.

Le capteur DHT11 comprend trois broches dont leurs fonctions sont les suivantes :

ü La broche DATA est la broche de communication qui permet le transfert de données jusqu'à la carte arduino.

Pour commencer notre programmation, nous devons avoir un environnement de développement appelé également IDE (lntegratedDevelopmentEnvironment) qui mettra en liaison notre programme avec la carte. L'environnement de programmation Arduino (IDE en anglais) est une application écrite en Java inspirée du langage Processing.

L'IDE permet d'écrire, de modifier un programme et de le convertir en une série d'instructions compréhensibles pour la carte. [32] La partie en haut contient les options de configuration du logiciel, les boutons qui serviront de tester et compiler notre code. Le bloc du milieu contiendra les lignes de code et la partie en bas nous aidera à déceler les erreurs de notre code et de les réparer.

Le PLX-DAQ est un programme qui nous servira de simuler le centre de contrôle de notre system de télégestion.

Le PLX-DAQ communique avec arduino via notre COM série de l'ordinateur à une vitesse des données bien déterminé. Nous avons les informations en temps réel sur la température en degrés, l'humidité de l'huile en pourcentage et l'état de la lampe.

Pour réaliser le fonctionnement de notre système, nous avons tapé le code suivant :

#include<dht11.h> dht11 DHT11; #define DHT11PIN 6 int temps = 1000; constintled_rouge = 2; constintled_verte = 5; voidsetup()

pinMode(led_rouge,OUTPUT); // definie comme broche de sortie pour la led rouge pinMode(led_vert,OUTPUT);// definie comme broche de sortie pour la led verte

Serial.println("LABEL,Time,Temperature,Humidité"); Serial.print("Statut du capteur: "); switch (chk)

{ case 0: Serial.println("OK"); break; case -1: Serial.println("Erreur de checksum"); break; case -2: Serial.println("Temps d'attente depasse"); break; case -3: Serial.println("The sensorisbusy"); break; default: Serial.println("Unknownerror"); break;

Serial.print("Temperature (C): "); Serial.println(DHT11.temperature, DEC); if (DHT11.humidity <30) {digitalWrite(led_rouge,LOW);digitalWrite(led_verte,HIGH);} //la lampe rouge est eteinteelse

{digitalWrite(led_rouge,HIGH);digitalWrite(led_verte,LOW);} //la lampe verte est allumée delay(temps);

Dans ce chapitre, il était question de modéliser notre système de télégestion avec UML. Puis de démontrer une partie du fonctionnement de notre travail en utilisant la carte arduino qui est l'outil maitresse de notre simulation pragmatique. Puis il était question de parler sur le capteur DHT11 qui nous sera utile pour le prélèvement de l'humidité et de la température dans le transformateur.

CONCLUSION GÉNÉRALE

La qualité de l'énergie électrique dans la desserte passe non seulement par une bonne maintenance préventive et corrective mais aussi un bon suivi des transformateurs. Ainsi, à travers ce présent mémoire, il a été question d'implémenter un système de télégestion d'un transformateur via un réseau courants porteur en ligne CPL. Face au déclassement précoce des transformateurs et aux pannes répétitives. L'objectif de ce travail scientifique est de mettre sur pied un système d'acquisition des paramètres clés qui sont à l'origine, s'ils ne sont pas contrôlés, aux pannes et mauvais fonctionnement du transformateur.

Il s'agit principalement de l'humidité et de la température de l'huile minérale utilisée pour le refroidissement du transformateur. Une fois ces informations acquises, elles sont converties en un signal électrique dont la fréquence est comprise entre 1.6 MHZ à 30 MHZ afin de se propager sur un réseau CPL outdoor vers un système de supervision qui comprend au niveau terrain un microcontrôleur ARDUINO programmé en langage C++ afin de générer en sortie une signalisation en cas de paramètres (humidité et température) hors spécification et au niveau cellule une interface homme machine sera prévue pour contrôler en temps réel les paramètres de l'huile.

Hors mis l'introduction générale, le premier chapitre est consacré aux généralités sur le système de télégestion. Le deuxième chapitre quant à lui nous l'avons intitulé la distribution de l'énergie électrique dans le quartier MAKOMENO ou nous avons prédécédé a l'analyse et description du transformateur existant. Dans le troisième chapitre qui parler sur le cahier des charges du système de télégestion, il était question de concrétiser les notions comprise dans les chapitres précédant en mettant en place certaines techniques et méthodes pouvant permettre la télégestion du transformateur N°104. En fin, le quatrième chapitre qui était considérer comme le coeur de notre mémoire dans lequel nous avons d'abord modéliser notre système de télégestion du transformateur avec UML. Pour rendre notre travail plus pratique que théorique, nous avons simulé une partie du fonctionnement de notre travail avec un microcontrôleur de la famille ARDUINO.

Ainsi nous ne prétendons pas avoir épuisé toutes les notions en rapport avec le système de télégestion des transformateurs électrique dans un réseau CPL. Voilà pourquoi nous laissons une ouverture aux futures chercheurs d'améliore tout ce qu'ils vont détecter dans cette étude car toute oeuvre humaine ne peut aucunement manquer les imperfections.

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[16] B. Sabu., Cours de Génie des Réseaux, Lubumbashi: Université Liberté, 2017-2018.

[17] P. K., Cours de Gestion des Reseaux Grade 2 RT, Lubumbashi: Université Liberté, 2016-2017.

[19] «fr.m.wikipedia.org/wiki/Modbus.,» [En ligne]. [Accès le 28 Avril 2018].

[20] Encyclopedie/transformateur-electrique, «www.universalis.fr,» [En ligne]. [Accès le 04 Mai 2018].

[22] Fr/wikipedia/149/courant-de-foucault, «www.goudsmitmagnets.com,» [En ligne]. [Accès le 19 Mai 2018].

[23] ILUNGA BUKASA Madras, Mise en place d'un systeme de telegestion dans un reseauelectrique,, Lubumbashi: ESIS, 2016-2017.

[24] «fr.m.wikibooks.org/wiki/Electricité/Le_transformateur_monophasé,» [En ligne]. [Accès le 19 Mai 2018].

[25] Vaisala O., Transmetteur d'humidité et de temperature de l'huile., Paris: Vaisala, 2015.

[27] «www.synergrid.be/ relais_de_protection,» [En ligne]. [Accès le 24 juin 2018].

[30] Gestion de projets informatiques, Ecole Superieure d'Informatique Salama, 2016-2017.

[31] «fr.wikipedia.org/wiki/Unified_Modeling_language,» [En ligne]. [Accès le 08 Juillet 2018].

[33] «nagashur.com/blog/lire-la-valeur-dune-sonde-de-temperature,,» 18 06 2013. [En ligne]. [Accès le 13 Juin 2018].

[34] MERAH H., E-diagnostic de processus physique à base des methodes de haute resolution Application: machines eoliennes, THESE, Ministere de l' EnseignementSuperieur Universitaire Abdelmalek Eaaadi Faculté des Science-Tétouan?, 2015.

[35] «fr.m.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Host_Configuration_Protocol.,» [En ligne]. [Accès le 28 Avril 2018].

EPIGRAPHE ............................................................................................................................................ 1

DEDICACE .............................................................................................................................................. II

IN MEMORIAM ..................................................................................................................................... III

AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................... IV

LISTE DES FIGURES .......................................................................................................................... V

LISTE DE TABLEAUX ...................................................................................................................... VI

LISTE DES ABREVIATIONS ........................................................................................................... VII

INTRODUCTION GÉNÉRALE .......................................................................................................... 1

CHAPITRE I. GÉNÉRALITÉS SUR LE SYSTÈME DE TELEGESTION ................................... 5

CHAPITRE II. DISTRIBUTION DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE DANS LE QUARTIER

MAKOMENO ...................................................................................................................................... 21

1) Transformateur monophasé ............................................................................................... 24

2.3. Architecture du réseau électrique existante ........................................................................... 24

2.3. CONCLUSION ......................................................................................................................... 32

CHAPITRE III. CAHIER DES CHARGES DU SYSTÈME DE TELEGESTION ...................... 33

3.4. Conclusion ................................................................................................................................. 40

CHAPITRE IV. MODELISATION DU SYSTEME ET CONTROLE PAR

MICROCOTROLEUR ....................................................................................................................... 41

4.3. Simulation avec arduino .......................................................................................................... 46

4.3.1. Environnement matériel ................................................................................................... 46

4.3.1.1. Composition de la carte arduinouno ............................................................................ 46

4.4. Conclusion ................................................................................................................................. 53

CONCLUSION GÉNÉRALE ............................................................................................................ 54

Bibliographie ........................................................................................................................................ 55