Baccalauréat Général Session 2007 Série S Sciences de l Ingénieur

Baccalauréat Général Session 2007 Série S Sciences de l Ingénieur

L'alimentation aérienne Le fournisseur d énergie distribue dans les 21 sousstations une tension alternative triphasée de 15 000 volts Tension continue de 750 volts L énergie électrique est transmise au TRAM via les caténaires de faible section (1,5 cm2) situées à 6 mètres de hauteur. Le courant est capté par les rames via un pantographe unique Cette alimentation aérienne concerne plus de 14 km de voie double

L alimentation par le sol Dans le centre historique de Bordeaux, pour limiter l'impact visuel, l'alimentation électrique du TRAM se fait par le sol grâce à un nouveau procédé parfaitement sécurisé 2 frotteurs situés sous le TRAM captent l énergie délivrée par une succession de coupons conducteurs isolés les uns des autres

L alimentation par le sol Principe 1 2 Seuls un ou deux coupons situés sous la rame sont mis sous tension 3 Les coupons sont donc successivement sous tension au fur et à mesure de l'avancée de la rame 4 5 Cette nouvelle technologie concerne 10 km de voie double

Partie Génie Electrique Questionnement - Durée - Barème Partie A 30 mn 11 points Partie B 30 mn 11 points Partie D 30 mn 11 points Partie E 40 mn 14 points Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? A1 3 pts A2 2 pts A3 3 pts A4 Validation des procédures de changement de mode d alimentation B1 3 pts B2 3 pts B3 Vérification des capacités de l énergie embarquée D1 3 pts D2 4 pts D3 5 pts 4 pts Validation du choix des liaisons série de supervision et de maintenance E1 3 pts E2 3 pts E3 4 pts E4 3 pts 4 pts

Questionnement - Relation avec le Programme Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? Analyse Fonctionnelle - CI1 AF1 AF3 Partie B Validation des procédures de changement de mode d alimentation Systèmes Logiques et Numériques - CI11 I9 Partie D Vérification des capacités de l énergie embarquée Comportement Dynamique et Energétique des systèmes CI7 E4 Partie E Validation du choix des liaisons série de supervision et de maintenance Communication et Réseaux CI12 I12

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? La fonction de ces 2 interrupteurs est EXCLUSIVE A-1 Hors présence de la rame, les segments sont mis hors tension et reliés au potentiel 0 V Seuls, le ou les segments sous la rame peuvent être mis sous tension Compléter le schéma de l'alimentation séquentielle des segments de rail du tramway pour les positions 2 et 3 A1 3 pts

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? Les 2 frotteurs A-2 Ecrire la condition entre la longueur de la Zone électriquement neutre Zen et la distance Df séparant les 2 patins frotteurs garantissant une alimentation continue de la rame Z en D f Les 2 rails contigus doivent être alimentés lorsque les 2 frotteurs passent sur la zone électriquement neutre. Pour assurer la continuité électrique, la condition suivante est nécessaire. A2 2 pts Z en < D f

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? A-3 Ecrire la condition entre la longueur de la Zone électriquement neutre Z en la longueur de la rame L rame et la longueur d'un segment de rail L rail assurant la protection électrique des personnes aux abords d'une voie alimentée par le sol L emprise au sol du TRAM correspond d après la figure ci-dessus à 2 longueurs de rail et 3 zones électriquement neutre Cela correspond seulement à un majorant Lrame > 2 x Lrail + 3 Zen La situation précédente correspond au cas le plus restrictif Lrame > 2 x Lrail + Zen A3 3 pts

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? D après le document technique n 1, la longueur de sécurité piétons est représentée par la différence entre les longueurs L2 et L1 A-4 Définir, en fonction de la longueur de sécurité piétons et donc de L1 et L2, la durée disponible Tmax pour couper l'alimentation d'un segment de rail après le passage du tramway La vitesse maximale du tramway en exploitation Vmax est de 60 km/h La vitesse du Tramway étant constante, on peut écrire : Mouvement Rectiligne Uniforme

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? Application numérique : Mouvement Rectiligne Uniforme A-4 Définir, en fonction de la longueur de sécurité piétons et donc de L1 et L2, la durée disponible Tmax pour couper l'alimentation d'un segment de rail après le passage du tramway L2 = 10 000 mm soit 10 m L1 = 14 635 mm soit 14,635 m La vitesse maximale du tramway en exploitation Vmax est de 60 km/h A4 2,5 pts Ainsi La durée disponible pour couper l alimentation est au plus de 0,278 s

Partie A Comment assurer la protection électrique des personnes aux abords d une voie alimentée par le sol? A-4 Sachant que la durée effective de mise en sécurité varie de 245 à 275 ms, conclure sur l'aspect sécurité du Cahier des Charges fonctionnel La durée disponible pour couper l alimentation est au plus de 0,278 s soit 278 ms La durée de mise en sécurité est, dans le pire cas, de 275 ms 275 ms étant une valeur inférieure à 278 ms, le Cahier des Charges Fonctionnel est respecté A4 0,5 pt

B - VALIDATION DES PROCEDURES DE CHANGEMENT DE MODE D'ALIMENTATION B-1) Compléter, sur le document réponse DR2, les solutions constructives du FAST partiel de la fonction de service FP: ALIMENTER LE TRAMWAY. Contacteurs LAC ou Pantographe Batteries d accumulateurs Chargeur B1 3 pts

B-2) Définir les réceptivités manquantes associées aux transitions t10, t60 et t67 (voir DT2) correspondant à la synchronisation entre le grafcet maître et le grafcet préparation mode LAC. X10 X67 B2 3 pts X11

B-3) Etablir la structure linéaire du grafcet préparation mode APS. REMARQUE: On fera particulièrement attention à ce que la rame ne soit pas alimentée simultanément par les 2 modes d'alimentation et à minimiser le temps pendant lequel la rame n'est pas alimentée. 70 71 72 73 X20 Descendre frotteurs Frotteurs bas Alimenter antennes Antennes sous tension Ouvrir relais LAC Relais LAC non alimenté B3 5 pts 74 75 76 77 Relais APS alimenté Pantographe bas Relais chargeur alimenté X21 Fermer relais APS Descendre pantographe Fermer relais chargeur batterie

D - VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE D-1) Le «coffre secours» est composé de bacs associant des batteries d'accumulateurs pour délivrer chacun une tension de 36 Vdc. Déterminer le nombre de bacs nécessaire dans une rame ainsi que leur association. 36V 750V N = 750 / 36 = 20,83 soient 21 éléments (bacs) en série D1 2 pts + 1 pt

D-2) En fonction des données précédemment décrites, calculer la puissance moyenne totale fournie par le «coffre secours» à une rame. P moy = U. I moy = 750 x 250 = 187,5. 10 3 W P moy = 187,5 kw D2-1 1 pt Que peut-on dire de la puissance mise en jeu dans les circuits auxiliaires? P aux = U aux. I aux = 30 x 24 = 720 W négligeable D2-2 1 pt La capacité réelle du «coffre secours» étant de 80% de la capacité nominale, calculer l'autonomie exprimée en durée permettant l'alimentation du circuit principal. La capacité nominale de chaque batterie d'accumulateur est de 15 Ah C = 15 x 0,8 = 12 Ah C = I x t D2-3 2 pts t = C / I = 12 / 250 = 0,048 h = 172,8 s t = 172,8 s

D-3) La vitesse moyenne de déplacement d'une rame de tramway étant de 8 km/h, calculer la durée d'un cycle de déplacement de 19 m et conclure sur l'efficacité du «coffre secours» embarqué par rapport à sa fonction. v = 8 km.h -1 v = 8 x 1000 / 3600 = 2,22 m.s -1 v = d / t t = d / v = 19 / 2,22 = 8,55 s t = 8,55 s < 172 s. Donc capacité suffisante D3 3 pts + 1 pt

E - VALIDATION DU CHOIX DES LIAISONS SERIE DE SUPERVISION ET DE MAINTENANCE E-1) Mot transmis : 0 1 1 0 1 1 1 0 soit $ 6 E E1 3 pts E-2) Définir la vitesse maximale de transmission en bits/s. T 0 = 208,3 µs = 208,3. 10-6 s 1 / T 0 = 1 / (208,3. 10-6 ) = 4800 bits / s E2 3 pts Vitesse de transmission = 4800 bauds

E-3) On utilise le bit de parité pour contrôler l'exactitude du message transmis. En parité paire, le mot complet (8 bits de données + 1 de parité) doit contenir un nombre pair de 1. 5 bits à 1 donc bit de parité = 1 Pour le mot précédemment transmis, définir le bit de parité pour une parité paire. En déduire le protocole complet de cette liaison sous la forme (vitesse..., nombre de bits de données..., nombre de bits start... 1 nombre de bits stop..., parité... ). Vitesse : 4800 bauds Nbre de bits de données : 8 Nbre de bits Start : 1 Nbre de bits Stop : 2 Parité : 1 E3 1 pt + 2 pts + 1 pt En déduire l'efficacité (rapport entre nombre de bits utiles et nombre de bits transmis) de la transmission pour cette liaison série. Efficacité = 8/ 12 = 0,66 => 3200 bauds

E-4) A partir du tableau comparatif des caractéristiques des liaisons RS232C et RS485 ci dessous, justifier le choix de la liaison RS485 pour la supervision embarquée. E4 4 pts