ÉPREUVE E2 Étude d un ouvrage

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1 Baccalauréat professionnel Électrotechnique, énergie, équipements communicants SESSION 2007 ÉPREUVE E2 Étude d un ouvrage Cette épreuve est composée de 2 parties : 1 ère partie : un sujet «tronc commun», composé par tous les candidats Et 2 ème partie : deux sujets «approfondissement dans le champ d application», dont un seul sera traité par le candidat. Le candidat devra remplir le tableau ci-dessous correspondant au sujet «approfondissement dans le champ d application» qu il a traité. Sujet composé Sujet «approfondissement dans le champ d application habitat tertiaire» Mettre une croix dans la case du sujet traité Sujet «approfondissement dans le champ d application industriel» ATTENTION : Dans tous les cas, ne sera corrigé et noté que le seul sujet «approfondissement dans le champ d application» traité. Baccalauréat professionnel Electrotechnique, énergie, équipements communicants Durée : 5 heures Epreuve : E2 SUJET Coefficient : 5 Page :11

2 PARTIE A BARÈME DE CORRECTION PARTIE B Questions Pages Notes Questions Pages Notes A B /4 A B A /11 B A B A B A B A B /8 A B /12 A TOTAL PARTIE B 5 A PARTIE C A /4 C A /4 C /10 A C A C A C A C /1 A C /1 A C /1 A C A C A C A C /4 A TOTAL PARTIE C 5 TOTAL PARTIE A /70 TOTAL TRONC COMMUN /140 PARTIE D PARTIE E D /4 E /4 D /5 E D E D E D E /4 D E /4 D /12 E /6 D E D E D /12 E D /12 E /1 TOTAL PARTIE D /60 E E TRONC COMMUN + HABITAT-TERTIARE 00 TRONC COMMUN + INDUSTRIEL 00 E E E /8 E /8 TOTAL PARTIE E /60 Baccalauréat professionnel Electrotechnique, énergie, équipements communicants Durée : 5 heures Epreuve : E2 SUJET Coefficient : 5 Page :21

3 TRONC COMMUN DOMAINE TRAITÉS LORS DE CETTE ÉPREUVE - Partie A : Distribution d énergie électrique Notation : /7 Temps conseillé : 1h 30 mn - Partie B : Régulation de la température et de l humidité Notation :,5 Temps conseillé : 1h 00 mn - Partie C : Ventilation de l armoire électrique Notation :,5 Temps conseillé : 1h 00 mn APPROFONDISSEMENT DANS LE CHAMP D APPLICATION HABITAT-TERTIAIRE : - Partie D : Eclairage centralisé des cabines de peinture Notation : /6 Temps conseillé : 1h 30 mn APPROFONDISSEMENT DANS LE CHAMP D APPLICATION INDUSTRIEL: - Partie E : Ventilateurs des conditionneurs Notation : /6 Temps conseillé : 1h 30 mn Baccalauréat professionnel Electrotechnique, énergie, équipements communicants Durée : 5 heures Epreuve : E2 SUJET Coefficient : 5 Page :31

4 CHAÎNE DE PEINTURE AUTOMOBILE Présentation : L installation industrielle servant de support à cette épreuve est présentée dans le dossier technique (voir DT1 et DT2). Objectifs de cette étude : Premièrement : Suite au décret du 23/02003 concernant les équipements électriques contenant des PCB (Poly- Chloro-Biphényles), le service technique de l entreprise envisage de remplacer les transformateurs et les batteries des condensateurs qui contiennent du pyralène afin d être conforme à la réglementation en vigueur. Pour cela on souhaite : - Remplacer le transformateur et la batterie des condensateurs du poste 24 ainsi que leurs protections (T.C.) Deuxièmement : Suite à un contrôle de la qualité de la peinture faite par les experts, une amélioration doit être portée dans les cabines de peinture des laques. Pour cela on souhaite : - Remplacer les régulateurs de température et d humidité existants (T.C.). - Améliorer la protection et la commande des moteurs des conditionneurs afin d éviter des arrêts intempestifs (A.I.). Troisièmement : Suite à l arrêt de production due au remplacement du transformateur HTA/BT du poste 24. Le service technique envisage de réaliser des modifications de l éclairage des cabines afin de réaliser des économies. Il envisage également d améliorer la ventilation de l armoire électrique des ventilateurs et des extracteurs des conditionneurs. Pour cela on souhaite : - Centraliser et améliorer la commande de l éclairage des cabines de peinture (A.H.T.). - Installer une ventilation des armoires électriques des conditionneurs (T.C.). Nota : T.C. Traité dans la partie : Tronc commun A.H.T. Traité dans la partie : Approfondissement dans le champ d application habitat-tertiaire. A.I. Traité dans la partie : Approfondissement dans le champ d application industriel Baccalauréat professionnel Electrotechnique, énergie, équipements communicants Durée : 5 heures Epreuve : E2 SUJET Coefficient : 5 Page :41

5 Baccalauréat professionnel Électrotechnique, énergie, équipements communicants ÉPREUVE E2 Étude d un ouvrage Sujet : Tronc commun Partie A : DISTRIBUTION DE L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE - Sujet (documents à compléter)..page 61 à 111 Partie B : RÉGULATION DE LA TEMPÉRATURE ET DE L HUMIDITÉ - Sujet (documents à compléter)..page 121 à 151 Partie C : VENTILATION DE L ARMOIRE ÉLECTRIQUE - Sujet (documents à compléter)..page 161 à 181 Baccalauréat professionnel Electrotechnique, énergie, équipements communicants Durée : 5 heures Epreuve : E2 SUJET Coefficient : 5 Page :51

6 PARTIE A DISTRIBUTION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE On souhaite : - Remplacer le transformateur et la batterie des condensateurs de compensation du poste 24 ainsi que leurs protections afin d être conforme à la réglementation en vigueur concernant les PCB (PolyChloroBiphényles). - Proposer une planification de remplacement de ces équipements. A1) Remplacement du transformateur HTA/BT du poste 24 : Pour remédier aux problèmes des PCB, d une part, et pour pouvoir envisager une augmentation de puissance pour une utilisation future d autre part (installation de deux armoires auxiliaires 1 et 2), on vous propose d étudier le bilan de puissance pour déterminer les caractéristiques du nouveau transformateur à l aide des documents techniques DT3, DT4, DT5, DT13, DT14 et DT15. A1-1) Expliquer pourquoi l utilisation des PCB est interdite dans les transformateurs HTA/BT. A1-2) Donner, pour l entreprise, la date limite de remplacement du transformateur et les batteries de condensateurs qui contiennent des PCB. A1-3) Compléter le tableau suivant permettant de réaliser le bilan des puissances électriques de la zone des laques flux1. /11 Désignation Puissance mécanique installée Totale (kw) Facteur d utilisation Puissance mécanique d utilisation (kw) Rendement η tan ϕ Puissance active absorbée (kw) Puissance réactive (kvar) Ventilateurs 0,86 0,94 0,64 Extracteurs 1 0,81 0,92 0,64 Extracteurs 2 0,81 0,92 0,64 Extracteurs 3 0,81 0,87 0,69 Régulateurs 0,8 0,84 0,69 Armoire auxiliaire1 Armoire auxiliaire Total Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 61

7 A1-4) Calculer la puissance apparente (ST) nécessaire pour la nouvelle installation puis la puissance apparente totale (S T) en tenant compte du coefficient de simultanéité qui est de 0,9 au niveau du jeu de barre. ST S T A1-5) Donner la puissance normalisée du nouveau transformateur. Pour la suite de l étude on prendra un transformateur de 2000 kva immergé type cabine A1-6) Compléter le tableau des caractéristiques du nouveau transformateur. Tension primaire assignée Tension secondaire à vide entre phases Couplage primaire Indice horaire Tension de court-circuit Couplage secondaire A1-7) Calculer le courant nominal au primaire du nouveau transformateur. A1-8) Déterminer le calibre et la référence du fusible type «FUSARC» préconisé pour protéger le primaire du transformateur. Calibre : Référence : Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 71

8 A1-9) Déterminer, à partir de la courbe de caractéristiques ci-dessous, le courant de fusion à 0,1s puis à 2s : Exécuter les tracés sur la courbe et noter les valeurs dans le tableau ci-dessous. If (0,1s) If (2s) A1-10) Vérifier si ce fusible assure-t-il une protection adéquate sachant que le courant de court-circuit (Icc) au niveau du primaire est de 10 ka. Justifier votre réponse. Oui Non Justification A1-11) Représenter les couplages primaire et secondaire des enroulements et compléter le diagramme de Fresnel en indiquant l indice horaire du nouveau transformateur. /4 Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 81

9 A2) Remplacement de la batterie des condensateurs : Remplacement de la batterie de compensation contenant du pyralène par d autre correspondante à la nouvelle installation à l aide des documents techniques DT5, DT15, DT16 et DT17. A2-1) Calculer la tangente ϕ globale de l installation. Indiquer votre conclusion sur cette valeur. Pour cette question on prendra une puissance active totale de 1600 kw et une puissance réactive totale de 1000 kvar. /4 Conclusion : A2-2) Calculer la puissance réactive pour tg ϕ = 0,4 imposée par le fournisseur d énergie électrique. En déduire la puissance réactive à compenser. Puissance réactive en franchise (Qf) Puissance réactive de compensation (Qc) A2-3) Donner le type de compensation à choisir. Justifier votre réponse. Fixe Automatique Justification A2-4) Donner les caractéristiques et la référence de la nouvelle batterie de compensation sachant que le rapport Gh/Sn est inférieur à 15% (Gh : générateur des harmoniques). Caractéristiques de l équipement de compensation Référence A2-5) Déterminer les caractéristiques du disjoncteur protégeant le départ de la batterie de condensateurs ainsi que sa référence sachant qu il est équipé d une unité de contrôle Micrologic 2.0 sans ampèremètre et que le courant de court-circuit en amont est inférieur à 25 ka. Type Calibre Pouvoir de coupure (Icu) Nombre de pôles Référence Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 91

10 A2-6) Calculer le courant nominal (In) absorbé par les condensateurs. A2-7) Déterminer les valeurs des courants de réglage thermique (Ith) et magnétique (Im) du disjoncteur de protection du départ de la batterie des condensateurs. Formules Applications numériques Résultats Protection thermique Protection magnétique A2-8) Déterminer la section du câble préconisée pour les raccordements des condensateurs pour une température ambiante de 35 C. A3) Choix du disjoncteur principal du TGBT : On désire choisir le nouveau disjoncteur DGBT 24 en fonction du nouveau transformateur à l aide des documents techniques DT3, DT4, DT17. DT18 et DT19. A3-1) Citer les caractéristiques nécessaires pour choisir le disjoncteur DGBT A3-2) Calculer le courant nominal du secondaire (I2n) du transformateur. Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 101

11 A3-3) Déterminer le courant de court-circuit au secondaire du nouveau transformateur sachant que le réseau amont à une puissance de court-circuit de 500 MVA. A3-4) Le disjoncteur DGBT 24 choisit par le service technique est un NW32H1. Justifier ce choix en fonction de l intensité au secondaire du transformateur et du courant de court-circuit. Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 111

12 On souhaite : PARTIE B RÉGULATION DE LA TEMPÉRATURE ET DE L HUMIDITÉ Obtenir une qualité optimale de la couche finale de peinture conformément aux prescriptions des fabricants Cahier des charges de la modification : Pour répondre aux contraintes de l application de la peinture, la température et le taux d hygrométrie seront régulées en permanence suivant le schéma des organes de régulation suivant : B1) Etude de la chaîne de régulation : Etude de la nouvelle chaîne de régulation à l aide des documents techniques DT6, DT20, DT21, et DT22. B1-1) Identifier les éléments repérés 1,2,3,4. / Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 121

13 B1-2) Pour répondre aux exigences du nouveau cahier des charges, le service de maintenance a choisit un régulateur de marque Elsag Bailey référencié PYROMAT 320C qui permet de contrôler les deux grandeurs en même temps. Compléter la codification de ce régulateur sachant qu il a une configuration standard et possède : deux entrées de mesures à niveau haut : - la 1 ère mesure issue du régulateur de température. - la 2 nd mesure issue d une sonde d hygrométrie avec alimentation transmetteur une sortie analogique de régulation (4-20mA) une sortie relais d alarme ( relais KASH seuil >90%) communication avec un PC par une liaison série RS485. Protocole de communication utilisé est Modbus/Jbus D 3 2 C 1 1 B1-3) Quel est l avantage de la commande par 4-20 ma au lieu de 0-20 ma B1-4) La mesure 1 est l image de la température fournie par l intermédiaire du régulateur de température correspondant à un signal analogique (4-20mA). Calculer la valeur de la mesure1 du correcteur PID pour obtenir une température de 27 C si le régulateur est configuré pour une échelle maximal de 50 C. Application numérique Résultat B1-5) Peut-on relier le nouveau régulateur à un réseau de communication externe en utilisant un bus industriel. Oui Non B1-6) Désigner les protocoles de communication en réseau du régulateur. Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 131

14 B2) Représentation schématique de la modification : Recherche du schéma permettant de répondre au cahier des charges de la modification à l aide des documents techniques DT21 et DT22. B2-1) Identifier les bornes de raccordement du régulateur d hygrométrie PYROMAT 320C, en complétant le tableau suivant : /8 Fonction Bornes de raccordement commentaires Mesure 1 3 et 9 Mesure 2 Reliées au régulateur de température Alimentation Sortie alarme (sortie alarme 1) Sortie analogique n 1 B2-2) Compléter le schéma de raccordement du régulateur (folio 9) permettant de répondre au nouveau cahier des charges. Eléments devant apparaître : /12 - Alimentation du régulateur PYROMAT 320C. - Protection du régulateur et de la bobine du relais d arrêt de l humidificateur (KASH) par un fusible de 1A type gg, repéré FU7. - Commande du relais d arrêt (KASH) par la sortie alarme 1 lorsque le seuil d hygrométrie dépasse 90%. - Sortie analogique (4-20mA) pour commander le variateur de vitesse. - Verrouillage de la sortie analogique (n 1) par un contact (NC) du contacteur de commande du moteur de l humidificateur (KMPH) en cas d arrêt de la pompe. - Raccordement au régulateur de température. Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 141

15 Sonde hygrométrie SHR 4-20mA PRH 24 9 Régulateur d'hygrométrie PYROMAT 320C ,5W 0,25κΩ A B C D E F G H I J K L M N O P Q Arrivée de T2 Folio 4 Vers d'autres Folio Arrivée du régulateur de température Vers variateur de vitesse KMPH KASH Circuit de commande PYROMAT 320C Folio 8 Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 151

16 On souhaite : PARTIE C VENTILATION DE L ARMOIRE ÉLECTRIQUE Diminuer la température intérieur de l armoire électrique du conditionneur de la cabine des laques 1 en améliorant sa ventilation. C1) Etude de l installation : Détermination du bilan thermique de l armoire à l aide des documents techniques DT9, DT10, DT23 et DT24. C1-1) Calculer la surface corrigée en m² de l armoire sachant que celle-ci est accessible de tout côtés. C1-2) Calculer la puissance dissipée totale (Pd ) par les composants identifiés sur le schéma d implantation. /10 Repère Désignation Quantité Puissance dissipée (W) T1 T2 T3 KA Contacteur auxiliaire CA2DN22F7 KA Contacteur auxiliaire CA2DN40F7 KMV KMEX Puissance totale dissipée par les composants (Pd ) Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 161

17 C1-3) Calculer la puissance dissipée (Pd) en appliquant un coefficient de 1,25 qui prend en compte les composants de faible puissance. C1-4) Calculer la température interne maximale (Timax) de l armoire, sachant que la température ambiante maximale Temax est de 35 C. C1-5) Calculer la température interne minimale (Timin) de l armoire, sachant que la température ambiante minimale Temin est de 15 C. C1-6) Relever la valeur de la température interne maximale (Tsmax). /1 C1-7) Justifier la nécessité de l installation d une ventilation de l armoire électrique. /1 C2) Choix de la ventilation : Choix du matériel nécessaire pour réaliser la ventilation de l armoire à l aide des documents techniques DT23 et DT24. C2-1) Relever la valeur de la température de l air ambiant maximale (Temax). /1 Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 171

18 C2-2) Calculer la puissance thermique du système (Psys). C2-3) Calculer le débit (D) nécessaire pour la ventilation de l armoire. C2-4) Quel type de ventilation doit-on installer. C2-5) Compléter le tableau du choix du matériel nécessaire pour la ventilation (le ventilateur et la grille de sortie). /4 Désignation Référence Bac Pro ELEEC Epreuve : E2 Sujet tronc commun Page 181