La fin du 20éme et le début du 21éme est marqué par une consommation remarquable de toutes les énergies en particulier l’énergie électrique. Cette dernière trouve naissance dans des centrales génératrices où la production se base sur une transformation d’une énergie mécanique ou thermique à une énergie électrique, de nos jours même les réactions chimiques donnent une satisfaction.

L’énergie électrique se distingue des autres formes d’énergie par l’impossibilité de la stocker, d’où la nécessité d’ajuster la production à la consommation, la facilité de la transporter et la facilité de modifier à volonté ses caractéristiques, grâce aux transformateurs, pour l’adapter aux nécessités du transport ou de l’emploi.

Le classement de ces centrales électriques se fait selon leur mode de fonctionnement et la nature de l’énergie primaire : Energie chimique de liaison (le charbon, pétrole et ses dérives, gaz naturel), l’énergie atomique de liaison (la fusion utilisation des atomes, la fission utilisation de l’U235), l’énergie potentiel et cinétique (utilisation du potentiel, hydraulique, utilisation du potentiel éolien des vents) et l’énergie du rayonnement (rayonnement thermique solaire, rayonnement lumineux solaire).

La centrale de base qui fonctionne de façon continue à leur puissance optimale. Parmi ce fonctionnement on trouve (les centrales thermiques, les centrales hydrauliques et les centrales thermiques solaires). Ces centrale peuvent produire jusqu’à 80% de l’énergie totale consommée. Ce mode d’utilisation de centrale est possible à cause du prix abordable par rapport aux autres énergies. Les centrales mixtes qui sont prévues pour un fonctionnement périodique, le prix du combustible étant élevé. La courbe exprimant la demande énergétique détermine les moments de leur mise en service. Les centrales de pointes se sont des centrales dont le démarrage est très rapide et facile. Ce qui permet de palier vite au déficit énergétique. Ce sont des centrales à réservoir d’énergie comme les centrales hydrauliques, ou bien des centrales thermiques ayant un stockage de vapeur. Les centrales génératrices différent entre elles par l’origine de la force motrice et la nature de la machine motrice, d’où la classification suivante : Les centrales hydro électriques l’énergie est produite par une chute d’eau utilisée dans une turbine hydraulique. D’après la hauteur de la chute, on distingue les centrales à basse (inférieure à 30 m), moyenne chute (30 m < h < 200 m) et haute chute (supérieure à 200 m) à chacune de ces centrales correspond un type de turbine particulier (turbine PELTON pour hautes chutes, FRANCIS pour moyennes chutes, et KAPLAN pour basses chutes). Dans les centrales thermiques l’énergie produite par la combustion d’un combustible, est utilisée dans des turbines à vapeur, des turbines à gaz ou des moteurs diesel. Dans les centrales nucléaires l’énergie est produite par une réaction nucléaire. La chaleur produite par cette réaction est utilisée dans une turbine à vapeur. Dans les centrales solaires l’énergie est produite par le rayonnement solaire réfléchi par des héliostats entourant une tour solaire, la lumière réfléchie est collectée par un système optique de transmission, à travers l’atmosphère, vers un foyer (chaudière située sur la tour) ou l’énergie est concentrée. Une fois l’énergie produite, des lignes à haute tension l’acheminent vers les postes d’interconnexion servant de points d’alimentation pour les réseaux régionaux. Les compagnies d’électricité consentent des investissements considérables dans les réseaux électriques afin d’alimenter leurs clients aux meilleurs conditions de coût et de qualité de service. Cependant, il n’est pas possible de construire des réseaux électriques exemples de défauts de fonctionnement. Ils sont donc affectés de perturbations qui peuvent mettre en cause la pérennité du matériel et de la qualité du service rendu et dont il faut chercher à minimiser les conséquences. Pour cela, on doit mettre en euvre un ensemble de moyens destinés à éliminer la partie du réseau affectée, ce qui nécessite l’installation et le réglage de protections appropriées aux différents types d’éléments du réseau. Notre travail consiste à étudier les protections d’un jeu de barres de 6,3 KV et de la centrale thermique à vapeur de Ras-djinet.

introduction aux centrales thermiques :
Les centrales thermique produisent l’électricité à partir de chaleur qui se dégage de la combustion du charbon, du mazoute ou du gaz naturel .la plupart ont une capacité comprise entre 200 MW et 2000 MW afin de réaliser les économies d’une grosse installation.il suffit de visiter une telle centrale pour se rendre compte de sa complexité et de ses démentions imposantes. On la trouve souvent prés d’une rivière, d’un lac car d’énormes quantités d’eau sont requises pour refroidir et condenser la vapeur sortante des turbines. Comme dans la plupart des pays modernes les ressources hydrauliques sont déjà exploitées. On doit se fier sur les centrales thermiques pour produire l’énergie électrique supplémentaire requise, parallèlement à la croissance des centrales nucléaires.

Organisation théorique d’une centrale thermique

La combustion :
La combustion consiste à bruler un combustible dans une chaudière, pour dégager une chaleur qui transforme l’eau en vapeur, le combustible est de trois types, charbon, fuel et gaz. En étant le plus économique et le moins polluant, le gaz naturel paraît être le meilleur choix de combustible pour un centrale thermique.

La chaudière : 
Elle est immense et construite en hauteur, et dans laquelle on brule le combustible. La chaleur est absorbée par l’eau circulant dans une séries de tubes S1 qui entourent les flemmes. La circulation est forcée par une pompe P1 .

Ballon, ou réservoir : 
Contenant de l’eau et de la vapeur à haute pression. Il constitue à la fois le point de départ de la vapeur vers la turbine et le récepteur de l’eau d’alimentation de retour. La Vapeur se dirige vers la turbine haute pression(HP) en passant par le surchauffeur S2. . Ce dernier, formé d’une série de tube entourant le feu provoque une forte augmentation de la température de la vapeur (200 °C environ). Cela assure une vapeur qui est absolument sèche et donne un meilleur rendement thermique.

Les turbines :
Les turbines contiennent une série d’aubes disposées autour d’une roue solidaire de l’arbre.la vapeur déviée par ces aubes crée ainsi un couple mécanique puissant. Les aubes sont faites d’acier particulièrement dur pour résister à la haute température et aux forces centrifuges intenses. Bien que les turbines soient généralement couplées ensembles pour entrainer un seul alternateur, dans certaine centrales de grandes puissances la turbine HP entraine un alternateur tandis que les turbines MP et BP sont couplée s pour entrainer un deuxième alternateur de même puissance. Comme on vient de dire, on trouve trois types de turbines, la turbine haute pression(HP), moyenne pression(MP) et la turbine basse pression(BP).

Turbine haute pression (HP) :
Elle permet une première expansion de la vapeur durant laquelle une partie de l’énergie thermique est convertie en énergie Mécanique. La pression et la température à la sortir d’une turbine HP sont donc plus basses qu’a l’entrée. Afin d’augmenter le rendement thermique et pour éviter une condensation prématurée de la vapeur, on la fait passer par un réchauffeur S3 composé d’une troisième série de tubes.

Turbine moyenne pression :  
Elle est semblable à la turbine HP sauf qu’elle est plus grosse pour permettre à la vapeur de se détendre d’avantage.

Turbine basse pression :  
Elle est à double carter qui enlève le reste de l’énergie thermique disponible dans la vapeur, permettant à cette dernière de se détendre dans le vide presque complet à l’extérieur du condenseur.

Condenseur :  
Il provoque la condensation de la vapeur grâce à la circulation d’eau froide venant de l’extérieur et circulant dans des tubes S4. Une pompe d’extraction P2 enlève l’eau tiède condensée et la pousse à travers le réchauffeur (7) vers la pompe P3 alimentant la chaudière. Environ la moitié de la chaleur dégagée dans la chaudière doit être extraite de la vapeur qui arrive au condenseur. Il faut donc d’énormes quantités d’eau pour refroidir celui-ci, l’eau venant d’une source extérieure circule à travers les tubes du condenseur qui agit effectivement comme échangeur de chaleur. La température de l’eau de refroidissement augmente de 5°C à 10°C lors de son passage à travers le condenseur. L’eau provenant de la condensation de la vapeur a une température comprise entre 27°C et 33°C, la température de l’eau de refroidissement est de quelque dégrée plus basse.