Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 1/11 LYCEE PIERRE EMILE MARTIN BOURGES TET TP N 3-6

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1 TP N 3-6 LYCEE PIERRE EMILE MARTIN 1806 BOURGES TET GENIE ELECTROTECHNIQUE Durée : 3 heures Nom du fichier informatique: Chute_de_tension_10-11 CHUTE DE TENSION STI Salle des sous-systèmes Pré-requis : Placer des appareils de mesure. Lire une documentation technique. Objectif : Mettre en évidence l incidence de la longueur des canalisations sur le fonctionnement des récepteurs. Centre d intérêt : Protéger les biens Période de l année : Premier trimestre Conditions de réalisation : Groupe de deux élèves. Moyens de mise en œuvre : Banc de charge kw Banc moteur. Présentation générale: Implanté au cœur de Saint-Denis, le Stade de France a demandé 31 mois de travaux et 8000 bâtisseurs pour finir le chantier. Le stade est divisé en deux zones (Nord-Ouest et Sud-Est) et quatre secteurs, chacun compartimenté en espace indépendant. Ces mesures strictes permettent d éviter les débordements de foule. Présentation technique: Pour alimenter un tel stade, l importance du réseau de distribution peut se traduire par ces quelques chiffres : - Puissance installée : 17 MVA, - 1 transformateurs 0 KV / 410 V, - 4 alimentations sans interruption du type statique, - 6 groupes électrogènes, - 18 tableaux basse tension, - 48 cellules 0 KV, tableaux divisionnaires BT, - 90 kilomètres de chemin de câbles, kilomètres de câbles, kilomètres de gaines. La distribution s effectue jusque dans la toiture (31 m de hauteur). Sous celle-ci, 8 niveaux imposèrent l installation d un ascenseur et de monte-charge, qui servent notamment, en cas de problèmes, à l évacuation de personnes. Problématique: Une visite de contrôle a pour objectif de vérifier la conformité de l installation électrique imposée par le cahier des charges. Le site occupé par le stade est important et les récepteurs alimentés peuvent être éloignés des tableaux de distribution basse tension (certains câbles dépassent 100 mètres). Lors de cette visite, deux problèmes ont été décelés : - Certains projecteurs semblent éclairer moins bien que d autres. - Les performances du monte-charge MC0 pendant la phase de démarrage sont à vérifier. Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 1/11

2 Première partie: Etude de l'éclairage de la pelouse. Ce stade étant le lieu privilégié de grandes manifestations, il dispose d'un éclairage dont les normes sont compatibles avec la retransmission télévisée haute définition. Ce dispositif, spécialement agencé pour éviter les effets de barreaux lors d'une perte accidentelle de deux projecteurs consécutifs, permet un niveau d'éclairement : - de lux pour les grandes manifestations ; - de 800 lux pour les manifestations classiques ; - de 300 lux pour l'entraînement ; de 100 lux pour l'entretien. Un total de 731 projecteurs est installé dont 454 en toiture assurant l'éclairage de la pelouse pour une puissance absorbée d'environ 1 MW. Le circuit étudié est un des projecteurs de la toiture, d'une puissance de 000W, situé à une centaine de mètre du TGBT. L'objectif est de vérifier que le projecteur fonctionne dans des conditions satisfaisantes lorsqu'il est alimenté. Pour cet essai, le projecteur est simulé par un banc de charge de 000W. -Travail demandé: On dispose de : - un câble d'alimentation d'une section de 1,5mm² et d'une longueur de 100 m. - une source d'alimentation 30 V~. - un récepteur monophasé (cos ϕ= 1) d'une puissance de 000W (Simulé par un rhéostat et une ampoule en parallèle). Source d alimentation Point A 0 m Point B 100 m Cas n l : le projecteur est situé à proximité du TGBT (point A). longueur câble = 0m. A-1-1 Tracer le schéma de montage permettant la mesure du courant I A, de la puissance de la source (point A) P A et la tension appliquée à celle-ci U A. A-1- Réaliser le branchement des appareils de mesure au point A (hors tension). A-1-3 Faire vérifier le montage. A-1-4 Mesurer, à vide (sans charge) puis en charge (kw), le courant I A, la puissance P A et la tension U A aux bornes de la source au point A. A-1-5 Compléter le document réponse fourni. Cas n : le projecteur est éloigné du TGBT (point B). longueur câble = 100m. A--1 Mesurer le courant I B, la puissance P B et la tension U B aux bornes de la charge (kw) au point B (100 m) A-- Compléter le document réponse fourni. A--3 Calculer ou déterminer la chute de tension U au point A (0m) puis au point B (100m) pour la puissance de kw. A--4 Comparer la chute de tension à 100 m avec les valeurs imposées par la norme NFC A-- Comparer les puissances absorbées par récepteur lorsqu'il est raccordé au point A et au point B. A--3 Vérifier le niveau de fonctionnement du projecteur à partir du document ressource n 3. Chute_de_tension_10-11 Classe : TET /11

3 A--4 Commenter et conclure. Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 3/11

4 Deuxième partie: Etude de l'alimentation du monte-charge. Les monte-charges du Stade de France permettent le transport vertical des personnes à mobilité réduite et peuvent servir dans certains cas à l'évacuation des personnes. Leur utilisation est contrôlée par clé. L'appareil étudié est le monte-charge MC0 situé dans la zone nord-ouest du Stade de France. Cet ascenseur dessert les niveaux O, 1,, 3, 5 et 6, soit 6 niveaux différents. Sa course totale est de 3,6 mètres. Il est alimenté par un câble d'une longueur supérieure à 100 mètres raccordé sur le départ F1 du TGBT. L'objectif est de vérifier l'incidence de la longueur et de la section du câble sur le démarrage du moteur. Rappel: le couple moteur est proportionnel au carré de la tension d'alimentation. -Travail demandé : On dispose : - un câble d'alimentation d'une section de 1,5mm² et d'une longueur de 100 m. - une source d'alimentation triphasée 3x400V~ - un moteur triphasé d'une puissance de 3000W. Source d alimentation Point A 0 m Point B 100 m M Cas n l : le moteur est situé à proximité du TGBT (point A). longueur câble = 0m. B-1-1 Tracer le schéma de montage permettant de visualiser, en toute sécurité, la tension appliquée aux bornes de la source au point A (0m). B-1- Réaliser les branchements (hors tension) et faire vérifier le montage. B-1-3 Visualiser la tension aux bornes de la source pendant le démarrage et le régime permanent (moteur chargé à sa puissance nominale). B-1-4 Déterminer la valeur de la tension pendant le démarrage et le régime permanent au point A (0m). B-1-5 Commenter. Cas n : le moteur est éloigné (point B) et alimenté par un câble d une section de 1,5mm. longueur câble = 100m. B--1 Réaliser les branchements (hors tension) et faire vérifier le montage. B-- Visualiser la tension aux bornes du moteur pendant le démarrage et le régime permanent (moteur chargé à sa puissance nominale). B--3 Déterminer la valeur de la tension pendant le démarrage et le régime permanent au point B (100m). B--4 Commenter et comparer avec le cas n 1. Apporter des remèdes éventuellement. Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 4/11

5 Troisième partie : Calcul théorique d une chute de tension. Un hôtel est alimenté à partir du réseau public (30/400V). -Travail demandé : C-1 Calculer U en volts et en % en utilisant les formules, document technique DT1. C- On estime la chute de tension U1 = %, la chute de tension U3 est-elle acceptée par la norme? T H TA /BTA D is jon cteu r de br an ch emen t - L = 5 m - S = 4 mm - I b = 0 A - c o nd ucteu r s en c u ivre 3 0/400 V D isjo ncteu r télé comman d é U 1 = 1 % U =? % Ch au f fag e Facteu r d e pu issan ce = 1 U 3 =? % Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 5/11

6 Document Technique : DT1 Détermination de la chute de tension Limite maximale de la chute de tension La norme NF C impose que la chute de tension entre l origine de l installation BT et tout point d utilisation n excède pas les valeurs du tableau 4 ci-après. chute de tension maximale entre l origine de l installation BT et l utilisation éclairage autres usages (force motrice) alimentation par le réseau BT 3 % 5 % de distribution publique alimentation par poste privé HT/BT 6 % 8 % Tableau 4 : limite maximale de la chute de tension Remarque: lorsque la chute de tension est supérieure aux valeurs du tableau 4 ci-dessus, il sera nécessaire d augmenter la section de certains circuits jusqu à ce que l on arrive à des valeurs inférieures à ces limites. abonné propriétaire du poste HT/BT abonné BT 5% (1) 8% (1) récepteur (1) entre le point de raccordement de l'abonné BT et le récepteur fig. 1 : chute de tension maximale Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 6/11

7 - - Calcul de la chute de tension en ligne en régime permanent Calcul par les formules Le tableau 5 ci-après donne les formules usuelles qui permettent de calculer la chute de tension dans un circuit donné par km de longueur. Si : IB : courant d emploi en ampère L : longueur du câble en km R : résistance linéaire d un conducteur en Ω/km R R,5 Ω.mm / km S (sec tion en mm = pour le cuivre 36 Ω.mm / km S (sec tion en mm ) = pour l aluminium ) Nota : R est négligeable au delà d une section de 500 mm. X : réactance linéique d un conducteur en Ω/km ; X est négligeable pour les câbles de section inférieure à 50 mm. En l absence d autre indication on prendra X = 0,08 Ω/km. ϕ : déphasage du courant sur la tension dans le circuit considéré ; généralement : éclairage : cos ϕ = 1 force motrice : en démarrage : cos ϕ = 0,35 en service normal : cos ϕ = 0,8 Un : tension nominale entre phases. Vn : tension nominale entre phase et neutre. Pour les canalisations préfabriquées, la résistance R et la réactance X sont indiquées par le constructeur. circuit chute de tension en volt en % monophasé : deux phases U = I B L (R cos ϕ + X sin ϕ) monophasé : phase et neutre U = I B L (R cos ϕ + X sin ϕ) triphasé équilibré : trois phases = IB L ( R cos ϕ (avec ou sans neutre) Tableau 5 : formules de calcul de la chute de tension U 3 + X sin ϕ) -. - Calcul à partir d un tableau simplifié Le tableau 6 page suivante donne, avec une bonne approximation, la chute de tension par km de câble pour un courant de 1 A en fonction : du type d utilisation : force motrice avec cos ϕ voisin de 0,8 ou éclairage avec cos ϕ voisin de 1 ; du type de câble monophasé ou triphasé. La chute de tension s écrit alors : U (volts) = K. IB. L 100 U Un 100 U Vn 100 U Un K : donné par le tableau, IB courant d emploi en ampères, L : longueur du câble en km. La colonne force motrice cos ϕ = 0,35 du tableau 6 (page suivante) permet si nécessaire de faire un calcul de la chute de tension lors d un démarrage de moteur (voir exemple page suivante). Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 7/11

8 section en mm circuit monophasé circuit triphasé équilibré force motrice éclairage force motrice éclairage service service Cu Alu normal cos ϕ = 0,8 démarrage cos ϕ = 0,35 cos ϕ = 1 normal cos ϕ = 0,8 démarrage cos ϕ = 0,35 cos ϕ = 1 1,5 4 10, ,4 5,5 14,4 6, , ,1 4,1 11, 8 3,6 9, ,1,9 7,5 5,3,5 6, ,7 1,7 4,5 3, 1,5 3,6 16 5,36 1,15,8,05 1, ,5 0,75 1,8 1,3 0,65 1, ,15 0,6 1,9 1 0,5 1, ,86 0,47 0,95 0,75 0,41 0, ,64 0,37 0,64 0,56 0,3 0, ,48 0,30 0,47 0,4 0,6 0, ,39 0,6 0,37 0,34 0,3 0, ,33 0,4 0,30 0,9 0,1 0, ,9 0, 0,4 0,5 0,19 0, ,4 0, 0,19 0,1 0,17 0, ,1 0,19 0,15 0,18 0,16 0,13 Tableau 6 : chute de tension U en volts / ampère et / km dans un circuit Exemple L abonné est alimenté par un poste privé HT/BT. Un câble triphasé cuivre de 35 mm, 50 m alimente un moteur 400 V consommant : 100 A sous cos ϕ = 0,8 en régime permanent ; 500 A (5In) sous cos ϕ = 0,35 au démarrage. La chute de tension à l origine de la ligne est en régime normal (consommation totale distribuée par le tableau : 1000 A) de 10 V entre phases. Quelle est la chute de tension aux bornes du moteur : en service normal ; au démarrage? chute de tension en régime normal : U% = 100 U/Un Le tableau 6 indique 1 V/A/km. U câble = ,050 = 5 V U total = = 15 V soit : 15 V/400 V = 3,75 % valeur inférieure autorisé par la norme (8%) chute de tension au démarrage : U câble = 0, ,050 = 13 V La chute de tension au niveau du tableau de distribution est 1000 A 400 V 50 m / 35 mm Cu IB = 100 A (500 A au démarrage) exemple 1 abonné alimenté par un poste privé HT/BT supérieure à 10 V du fait du courant de démarrage du moteur. En supposant que le courant dans la ligne d alimentation du tableau est pendant le démarrage du moteur de : = 1400 A. La chute de tension au niveau du tableau vaudra : U tableau = /1000 = 14 V U total = = 7 V soit : 7 V/400 V = 6,75 % ce qui est tout à fait acceptable pendant un démarrage. Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 8/11

9 Document-réponse 1 ère partie : Etude de l'éclairage de la pelouse Au point A: Câble = 0m Charge P A (W) I A (A) U A (V) P A vide I A vide U A vide 0% (à vide) 100% (kw) P A charge I A charge U A charge Au point B: Câble = 100m Charge P B (W) I B (A) U B (V) P B charge I B charge U B charge 100%(kW) Chute de tension en fonction de la longueur. Chute tension (V) Au point A (0m) Au point B (100m) U U A = U A vide U A charge U B = U A vide U B charge Remarques-Conclusions: Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 9/11

10 ème partie : Etude de l'alimentation du monte-charge Schéma de montage : Réglage des appareils : Oscillogrammes : u source = f(t) au point A u moteur = f(t) au point B Tension au démarrage au point A: Tension en régime permanent au point A: Calcul de U au point A : U A permanent = U A vide U A permanent.. U A démarrage = U A vide U A démarrage. Tension au démarrage au point B : Tension en régime permanent au point B:.. Calcul de U au point B : U B permanent = U A vide U B permanent.. U B démarrage = U A vide U B démarrage Chute_de_tension_10-11 Classe : TET 10/11

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