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1 CONCOURS DE RECRUTEMENT DE PROFESSEURS DE LYCEE PROFESSIONNEL AGRICOLE Enseignement Maritime SESSION 2012 Concours : EXTERNE Section : Electrotechnique et électroniques marines EPREUVE N 1 CULTURE DISCIPLINAIRE (Durée : 5 heures ; Coefficient : 2) Matériel autorisé : Calculatrice autorisée. Aucun document n'est autorisé. (Ce document comporte 4 pages) 1 re QUESTION (valeur = 4) Un circuit monophasé alimenté sous une tension 230 V 60 Hz est constitué des deux impédances complexes en parallèle ainsi constituées : - impédance Z 1 : une résistance R 1 = 6 Ω et une bobine L = 0,1 H ; - impédance Z 2 : une résistance R 2 = 5 Ω et une capacité C = 100 µf. 1. Faire un schéma du circuit. 2. Déterminer : - les courants I 1 et I 2 qui traversent les impédances Z 1 et Z 2 ; - le courant I fourni par le réseau au circuit ; - les puissances apparente, active et réactive absorbées par le circuit ; - le facteur de puissance du circuit. 2 e QUESTION (valeur = 4) Lors du prochain arrêt technique, plusieurs modifications seront apportées au réseau électrique du navire et vous cherchez à en appréhender les conséquences. La tension du réseau triphasé est U = 400 V et la fréquence est 60 Hz. Un départ principal d'un tableau électrique alimentera dorénavant les consommateurs triphasés et équilibrés suivants : - charge 1 P = 15 kw cos φ = 0,8 AR - charge 2 P = 10 kw cos φ = 0,75 AR - charge 3 P = 20 kw cos φ = 0,99 AR - charge 4 P de 2 à 12 kw cos φ de 0,2 à 0,8 AR 1

2 La charge 4 est variable, son facteur de puissance croit avec la puissance. 1. Les quatre charges pouvant être en service simultanément, déterminer le courant nominal In de ce départ. La charge 1 se trouvera à l'avant du navire, à l'extrémité d'un câble dont vous estimez la longueur L à 90 mètres. Les caractéristiques du câble triphasé sont Rc = 15 Ω/km ; Lc = 30 mh/km et Cc = 69 nf/km (ce sont les caractéristiques du câble et non celles d'un des trois conducteurs constituant ce câble) En négligeant la capacité, déterminer l'impédance Zc du câble de 90 mètres En prenant toutes les hypothèses simplificatrices nécessaires, estimer la chute de tension engendrée par le câble. Justifier vos hypothèses et aussi pourquoi la capacité du câble peut être négligée pour ce calcul. Lors du démarrage de gros consommateurs, la tension fournie par les générateurs électriques du bord peut chuter de 4% pendant 5 s. Les limites imposées par la société de classification sont résumées dans le tableau ci après : grandeurs permanentes tolérances transitoires fréquence ± 5% ± 10% (5 s) tension +6%, -10% ± 20% (1,5 s) 2.2. Indiquer les conséquences de cette chute de tension sur l'alimentation électrique de la charge 1 sachant qu'un disjoncteur magnéto thermique est installé localement, près de la charge. Proposer des solutions. 3 e QUESTION (valeur = 4) 1. Présenter les effets sur le réseau électrique des différentes pollutions électromagnétiques conduites. Indiquer leurs origines possibles. Dans un réseau triphasée, on relève à la sortie de l'alternateur les valeurs efficaces des courants harmoniques I h pour les différents rangs h : 2

3 2. Indiquer pour quelles raisons les harmoniques de rang 3 sont absents du relevé. 3. Déterminer le courant efficace I fourni par l'alternateur. 4. Calculer le taux de distorsion THD i en % 5. En admettant que le courant fondamental a un cos φ = 0,8 AR, déterminer les puissances active P, réactive Q, apparente S et déformante D. 6. Expliquer pourquoi les sociétés de classification et l'iec (commission internationale d'électrotechnique) définissent les limites admissibles de la pollution électrique à bord d'un navire en prenant la tension comme référence et non le courant comme il est d'usage sur une installation terrestre. 4 e QUESTION (valeur = 8) Les alternateurs du bord sont des alternateurs à pôles lisses et à rotor bobiné. L'excitation est statique, sans bagues ni balais. La puissance apparente nominale est de 750 kva, la tension U entre phases est de 400 V, les bobines statoriques sont couplées en étoile et la fréquence du réseau est de 60 Hz. Partie A 1. Donner les conditions de couplage d'un alternateur sur le réseau bord et le mode opératoire pour la répartition de puissance entre les deux alternateurs couplés. 2. Lors du couplage, vous constatez que l'alternateur à coupler ne peut délivrer la tension nécessaire. Lister les causes possibles et les moyen de les contrôler. 3. Outre les protections magnétiques, thermiques, défaut tension, défaut fréquence, vous remarquez un relais portant la mention «protections différentielles». Sachant que le schéma de liaison à la terre est de type IT, expliquer la présence de ce relais de protection sur l'alternateur. 4. Périodiquement l'isolement de l'alternateur doit être reporté dans un registre. Présenter dans le détail et de façon précise comment est effectué cette mesure en n'omettant pas les mesures de sécurité. Justifier la nécessité de cette mesure. Partie B Le relevé des mesures de la tension à vide U en fonction du courant d'excitation Ie, l'alternateur étant à 1200 tr min -1, est : Ie (A) 0 2 U (V) 0 86,6 3

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5 5. Représenter le schéma équivalent monophasé conforme au modèle de Ben Eschenburg. 6. Préciser le nombre de pôles de l'alternateur. 7. Calculer la valeur du courant nominal In. 8. Le courant de court circuit de l'alternateur atteint la valeur nominale calculée pour une valeur de courant d'excitation Ie = 6 A. Calculer alors la valeur de réactance synchrone Xs si on néglige la résistance des bobinages qui constituent les phases. 9. On connecte un ensemble de charges résistives, triphasées et équilibrées à l'alternateur. Déterminer la valeur du courant d'excitation permettant de fournir les 300 kw requis par les charges sous une tension entre phases de 400 V. 10. Même question si l'ensemble des charges présente un facteur de puissance de 0,8 AR. Conclure sur la validité du modèle de Ben Eschenburg. 5