Etude des chutes de tension

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1 SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES GÉNIE ÉLECTRIQUE (Classes de terminales STI) ÉLECTROTECHNIQUE Etude des chutes de tension STADE DE FRANCE PARIS 2012 DUREE : 3 HEURES Page N 1

2 Présentation générale Implanté au cœur de Saint-Denis, le Stade de France a demandé 31 mois de travaux (du 2 Mai 1995 au 30 Novembre 1997) et 8000 bâtisseurs pour finir le dernier grand chantier français du siècle. 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, 21 transformateurs 20 kv / 410 V, 4 alimentations sans interruption du type statique, 6 groupes électrogènes, 18 tableaux basse tension, 48 cellules 20kV, 379 tableaux divisionnaires BT, 90 kilomètres de chemins de câbles, 500 kilomètres de câbles, 140 kilomètres de gaines. La distribution s'effectue jusque dans la toiture (31 mètres de hauteur). Sous celle-ci, 8 niveaux imposèrent l'installation d'ascenseurs et de monte-charge, qui servent notamment, en cas de problèmes, à l'évacuation de personnes. Problème technique Une visite de contrôle du comité olympique a pour objectif de vérifier la conformité des installations électriques du stade imposé par le cahier des charges. En effet, le site occupé par le stade est très important et les récepteurs à alimentés peuvent être éloignés des tableaux de distribution basse tension. Les longueurs des câbles d alimentation sont dans certains cas supérieures à 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 MC20 pendant la phase de démarrage sont à vérifier. L objectif de ce TP est de constater l incidence de la longueur des canalisations sur le fonctionnement des récepteurs et de trouver une solution afin de palier à ce problème. En fin de séance, il est demandé de compléter la fiche de formalisation et de la faire vérifier avant de quitter la salle. Page N 2

3 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 2000W, 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 2000W. 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 230 V~. un récepteur monophasé ( cos ϕ =1) d une puissance de 2000W. Source d alimentation Point A 0 m Point B 100 m Cas N 1 : le projecteur est situé à proximité du TGBT. ( point A) Tracer le schéma de montage permettant la mesure de la puissance de la charge et la tension appliquée à celle-ci. Réaliser le branchement des appareils de mesures au point A. Faire vérifier le montage. Mesurer la tension du réseau lorsque la charge n est pas connectée. Mesurer la puissance et la tension pour une charge de 100 %. Cas N 2 : le projecteur est éloigné du TGBT. (point B) Mesurer le courant, la tension et la puissance au point B (100 m) pour une charge de 100%. Compléter le document réponse page 5. Tracer la caractéristique de la chute de tension en fonction de la longueur, U=f(D) et la caractéristique du courant en fonction de la longueur I=f(D) pour la puissance de 100%. Comparer la chute de tension à 100 m avec les valeurs imposées par la norme NF C Comparer les puissances du récepteur lorsqu il est raccordé au point A et au point B. Vérifier le niveau de fonctionnement du projecteur à partir du document page 8. Commenter et conclure. Page N 3

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 MC20 situé dans la zone nord-ouest du Stade de France. Cet ascenseur dessert les niveaux 0, 1, 2, 3, 5 et 6, soit 6 niveaux différents. Sa course totale est de 23,26 mètres. Il est alimenté par un câble d une longueur supérieure à 100 mètres raccordé sur le départ F12 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 de : un câble d alimentation d une section de 1,5mm² et d une longueur de 100 m. un câble d alimentation d une section de 2,5mm² 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 Cas N 1 : le moteur est situé à proximité du TGBT ( point A ). Tracer le schéma de montage permettant le relevé à l oscilloscope de la tension appliquée au moteur pendant la phase de démarrage. Réaliser les branchements et faire vérifier le montage. Relever la tension aux bornes du moteur pendant le démarrage ( moteur chargé à sa puissance nominale). Déterminer la valeur de la tension au début du démarrage. Commenter. Cas N 2 : le moteur est éloigné du TGBT ( point B ) et alimenté par un câble d une section de 1,5mm². Réaliser les branchements et faire vérifier le montage. Relever la tension aux bornes du moteur pendant le démarrage ( moteur chargé à sa puissance nominale). Déterminer la valeur de la tension au début du démarrage. Commenter et comparer avec le cas N 1. Cas N 3 : le moteur est éloigné du TGBT ( point B ) et alimenté par un câble d une section de 2,5mm². Réaliser les branchements et faire vérifier le montage. Relever la tension aux bornes du moteur pendant le démarrage ( moteur chargé à sa puissance nominale). Déterminer la valeur de la tension au début du démarrage. Commenter. Comparer les cas N 2 et N 3 en précisant si le moteur démarre dans les mêmes conditions. Page N 4

5 Document réponse Mesures au point A Mesures au point B P I U U P I U U 100 % 100% Caractéristiques pour la puissance à 100%: Courant en fonction de la distance. Chute de tension en fonction de la distance. Page N 5

6 Schéma unifilaire du TGBT1 "Courants" Poste satellite N/O TN TR kv/410 V kva Normal EDF Remplacement DJA1 1GA1 Icc1 = 30 ka PEN Jeu de barres JdB1 F01 F02 F03 F12 F18 PEN 4 Câbles aluminium unipolaires par phase U R2V L = 220 m 1C-EX1 1C-EF2 Icc2 = 15 ka Monte-charge MC20 Jeu de barres JdB2 Tribune de presse Tableau de distribution 1C-EF1 DJ10 DJ11 DJ1C1 DJ2C1 DJ12 DJ1C2 DJ2C2 DJ13 DJ14 DJ15 DJ16 DJ1T2 DJ1T1 DJ1T3 PEN 11 1C1 2C1 12 1C2 2C T2 1T1 1T3 Icc3 Câbles unipolaires en aluminium (3 x 2 x 185 mm2) U R2V L = 15 m 10 Page N 6

7 Page N 7

8 Lampes sodium basse pression Page N 8

9 Fiche de formalisation à compléter Etude des chutes de tension Ce qu il faut retenir : Lorsque la chute de tension en ligne est importante, le récepteur : fonctionne correctement est sous-alimenté est suralimenté Justifier :.. Pour qu un récepteur fonctionne correctement lorsqu il est alimenté par une grande longueur de câble, il faut : Adapter la section des conducteurs Augmenter la puissance du transformateur Insérer une impédance dans le circuit Dans ce cas, Il faut : Diminuer la section du câble Augmenter la section du câble Changer la taille de son isolant Justifier :... Page N 9

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