INTRODUCTION Avant de travailler sur le système pédagogique, il est important de RESPECTER LES REGLES DE SECURITE afin de se prémunir contre tout accident. Pour cela utiliser un équipement de protection individuel (E.P.I.) : - PORTER DES GANTS ISOLANTS - PORTER DES LUNETTES ANTI-UV - UTILISER UN TAPIS Avant de mettre sous tension, FAIRE VERIFIER les branchements des différents montages. Le but de ce TP est de choisir la section d un câble. Celui-ci alimente une partie du dispositif d éclairage de la tribune EST du stade Geoffroy Guichard de Saint- Etienne. En conséquence, il approvisionne 32 lampes à iodure métallique de 2 kw (famille des lampes à décharges). La maquette didactisée représentant le système réel de l éclairage du stade est constituée autour d une lampe à iodure métallique de 70 W (celle-ci comprend un projecteur, une lampe, un ballast, un amorçeur et un condensateur de compensation). 1) CARACTERISTIQUES DES LAMPES A IODURE METALLIQUE 1.1) Mise en Œuvre : 1.1.1) Schéma de raccordement : La section d un câble est choisie en fonction de son courant d emploi. Avant de procéder à un tel choix, il est donc nécessaire de définir les particularités de la charge à alimenter. Dans notre cas il faut donc étudier le comportement des lampes à iodure métallique. Pour cela, on procédera à différentes mesures. Dans un premier temps, donner le schéma de raccordement de la lampe et de son dispositif d alimentation (se référer aux documents constructeur «Philips éclairage»). Celui-ci devra comporter : - un interrupteur. - une protection par disjoncteur.
12 F 1.1.2) Câblage : La platine mise à votre disposition comporte l implantation de tout l appareillage. A partir du schéma de raccordement et des descriptifs inscrits sur l appareillage, câbler et faire vérifier le montage par le professeur. 1.2) Mesures des grandeurs caractéristiques : Toutes les mesures seront effectuées à l aide d un analyseur de spectres (Fluke).
1.2.1) Evolution du courant lors d un allumage à froid : 1.2.1.1) Relever en fonction du temps le courant absorbé par l ensemble du dispositif d éclairage. Avertissement : la mise en régime de la lampe n est pas instantanée. Par conséquent, les relevés se feront sur une échelle de 4 minutes avec un point de mesure toutes les 15 secondes. 0,7 0,6 i(a) i=f(t) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 t (mn) 1.2.1.2) Que constatez-vous? Quelle est la conséquence d une telle caractéristique sur le choix d un câble? On constate une pointe de courant d une durée de 2 minutes (temps important), les câbles devront donc être dimensionnés à partir du courant maximal.
1.2.2) Mesure des grandeurs en régime établi : 1.2.2.1) Remplir le tableau suivant : Tension réseau Courant absorbé par le dispositif Puissance active absorbée par le dispositif Eclairement mesuré à 2 mètres du projecteur 230 V 0,45 A 84 W 1500 lux 1.2.2.2) Calculer la puissance apparente absorbée par la lampe de 70 W et en déduire son facteur de puissance. (Remarque : le facteur de puissance d une lampe de 2 kw (système réel) est quant à lui de 0,95). On a S U I 230 0,45 103,5VA P 84 Soit Fp 0, 81 S 103,5 1.2.3) Allumage à chaud : Eteindre la lampe, puis la rallumer. Que constatez-vous? En déduire une contrainte majeure pour le stade Geoffroy Guichard. La lampe ne se réallume pas à chaud. Un nouvel amorçage nécessite environ 6 minutes d attente. Dans la situation du stade Geoffroy Guichard, il faut donc éviter à tout prix une coupure d alimentation, d où l emploi d une double alimentation (groupe électrogène et transformateur) défini dans le dossier technique. 1.2.4) Résumé des particularités d une lampe à iodure métallique : Remplir le tableau suivant :
Temps de mise en régime Pointe de courant Facteur de puissance Possibilité de réallumage à chaud? Quelques minutes 1,4.In 0,81 pour une lampe de 70 W 0,95 pour une lampe de 2kW Non 2) CHOIX D UNE SECTION DE CABLE Le stade Geoffroy Guichard est équipé de 192 lampes MHN TD 2000 (2 kw) de chez THORN EUROPHANE alimenté en 400 V entre phases. Voici la même caractéristique que celle tracée précédemment mais pour ce type de lampe. 9 8 7 6 5 4 3 2 i (A) i=f(t) 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 t (mn)
Pour un éclairement de 1400 lux, toutes les lampes sont mises en service. Afin d éviter la pointe de courant due à l amorçage des lampes et ainsi réduire le dimensionnement de l installation, on procède à 6 temps de démarrage par groupements de 32 lampes réparties régulièrement autour du stade. On se propose de déterminer la section d une phase du câble biphasé alimentant une partie de la tribune EST (Voir schéma de distribution). Ce câble alimente 2 armoires de 18 platines (soit 36 projecteurs). Les lampes répondent à 6 temps de démarrage par groupements de 6 lampes. 2.1) Détermination du courant que devra supporter le câble : 2.1.1) En admettant qu un groupement de lampes soit mis en service toutes les 3 minutes, tracer en fonction du temps, le courant appelé par le dispositif. 250 i (A) i=f(t) 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t (mn)
2.1.2) En déduire le courant maximal que devra supporter le câble et préciser sa valeur en régime permanent. Le câble devra supporter un courant maximal de 232 A. Le courant en régime permanent est de 214 A. 2.2) Choix de la section minimale du câble : Déterminer la section de câble d une phase. Données : - Isolé par une gaine en polyéthylène réticulé. - Posé sur chemin de câble en tôle d acier perforé galvanisé avec un autre circuit. - La température ambiante ne dépasse pas 40 C. - Le câble choisi, sera monoconducteur en aluminium. Note : le câble sera choisi en fonction du courant maximal absorbé par les lampes. Lettre de sélection F Facteur de correction K1 (influence du mode de pose) : 1 Facteur de correction K2 (influence mutuelle des circuits placés côte à côte) : 0,88 Facteur de correction K3 (influence de la température selon la nature de l'isolant) : 0,91 Coefficient K 0,8 Iz 237 A I'z=Iz/K 296 Section 120 mm?
2.3) Détermination de la chute de tension : Le bon fonctionnement des lampes ainsi que leur durée de vie sont conditionnés par la valeur de la tension à leurs bornes. Il est donc nécessaire de limiter les chutes de tension en ligne par un dimensionnement correct des câbles d alimentation. La norme NF C 15-100 impose une chute de tension de 6 % (alimentation par poste privé HT/BT). La longueur du câble déterminée précédemment est de 400 m. Les autres longueurs de câble peuvent être négligées. En utilisant le tableau simplifié de Merlin Gérin, déterminer la chute de tension, provoquée par le câble, aux bornes des lampes. Note : ce tableau donne avec une bonne approximation, la chute de tension par km de câble pour un courant de 1 A. Dans la colonne «circuit triphasé équilibré» pour le cas d une section de 150 mm 2, le tableau nous donne une chute de tension égale à 0,4 V/A/km. Soit U 0,55 232 0,4 51V Donc U(%) 100 U U 100 51 400 D où une chute de tension de 12,7 %. 2.4) Choix final de la section de phase : Cette chute de tension est-elle acceptable? Si non, donner la nouvelle section de phase à prendre en compte afin d obtenir une chute de tension correcte. Cette chute de tension n est pas acceptable car celle-ci est largement supérieure aux 6 % tolérés. Pour avoir une chute de tension correcte, il faut choisir une section de 300 mm 2 ainsi la chute de tension sera limitée à 0,2 V/A/km. Soit un U 0,2 232 0,4 18,6V U 18,6 Donc U(%) 100 100 4,6% U 400 Ce qui ramène la chute de tension à 4,6 %.
3) MAINTENANCE DE 3 e NIVEAU Une panne va être à présent simulée. Appeler le professeur afin qu il exécute une modification sur la platine. 3.1) Détermination de l origine de la panne : 3.1.1) Compléter le tableau suivant (mesures en régime établi) : Courant absorbé par le dispositif Puissance active absorbée par le dispositif Eclairement mesuré à 2 mètres du projecteur 0,97 A 94 W 1500 lux 3.1.2) Quelles observations peut-on faire? L éclairement n a pas changé, mais par contre le facteur de puissance de P P 94 l ensemble a fortement diminué. En effet : Fp 0, 42 S U I 230 0,97 3.1.3) Quelle peut être l origine de ce dysfonctionnement? Ce dysfonctionnement ne peut être dû qu à une défaillance du condensateur qui sert uniquement à relever le facteur de puissance du dispositif d éclairage. 3.2) Effet de la panne : Quelle est la conséquence de cette panne sur le choix d une canalisation? Un mauvais facteur de puissance entraîne une intensité en ligne plus importante. Ceci engendre par conséquent un surdimentionnement de la section des câbles. D où un coût plus élevé. 3.3) Remise en état du dispositif : Procéder à la remise en état du dispositif. «L élève doit remplacer le condensateur défectueux et vérifier le bon fonctionnement du système d éclairage (nouvelle mesure du courant appelé et du facteur de puissance).»