RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Projet d'Éclairage Public Étudiants : DERKMAND Julien, BOUZID Yacine, PINHEIRO BAPTISTA Rémi, CAPPAI Cyril Partenaire du projet : SOMEDEP Désignation : Société Méditerranéenne d'Éclairage Public Adresse : 17 avenue André Roussin 13016 Marseille Contact : LACAZE Christian Ce projet a été financé par OSEO (2500 €) et par la SOMEDEP (Société Méditerranéenne d’éclairage public) qui a fourni les luminaires 1/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Sommaire Présentation du projet.................................................................................. Page 3 Présentation de l'entreprise........................................................................... Page 3 Cahier des charges...................................................................................... Page 4 Répartition des tâches.................................................................................. Page 5 Normes EN 13201........................................................................................ Page 6 Différents types de lampes utilisées pour l'éclairage public................................ Page 8 Modélisation d'une lampe SHP........................................................................ Page 8 Choix du module de variation-régulation – Principales caractéristiques................ Page 9 Structure du LUBIO...................................................................................... Page 10 Simulation PSIM.......................................................................................... Page 11 Étude technico-économique.......................................................................... Page 14 Logiciel Calculux – Choix du luminaire et de la lampe....................................... Page 15 Logiciel LiteStar – Choix du luminaire et de la lampe........................................ Page 18 Logiciel Dialux – Choix du luminaire et de la lampe........................................... Page 20 Maquette lampe + ballast – Mesurages........................................................... Page 21 Choix de l'interrupteur crépusculaire.............................................................. Page 22 Protection contre la foudre – Choix des parafoudres – Précautions de câblage...... Page 23 Communication avec le LUBIO....................................................................... Page 25 Choix du module de communication............................................................... Page 25 Schéma de liaison au LUBIO.......................................................................... Page 26 Liste du matériel.......................................................................................... Page 27 Schéma structurel........................................................................................ Page 28 Schéma d'implantation................................................................................. Page 29 Logiciel de paramétrage et d'exploitation........................................................ Page 30 Courbes relevées à partir du journal de bord du LUBIO...................................... Page 32 Essais et mesurages...................................................................................... Page 33 Conclusion.................................................................................................. Page 37 2/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Présentation du projet Ce projet consiste à réaliser une étude d'éclairage public sur le secteur de La Viste-Ouest à Marseille. Le système sera centré autour d'un appareil appelé LUBIO, permettant de faire des économies d'énergie, en réduisant la puissance à certaines heures de la nuit, et d'augmenter la durée de vie des lampes, grâce à un allumage progressif et une régulation de la tension. L'objectif est de réaliser un coffret communicant, permettant de réaliser le suivi d'exploitation de l'éclairage public. Une étude technico-économique sera menée pour mettre en évidence les économies d'énergie pouvant être réalisées. Présentation de l'entreprise SOMEDEP Filiale du groupe VINCI ENERGIES, la Société SOMEDEP, SAS au capital de 4000000 €, a pour vocation la gestion et l'exploitation de patrimoines d'éclairage public, de signalisation tricolore et d'éclairage sportif, festif ou architectural. Équipée de moyens modernes (logiciel de simulation d'éclairage, logiciel de planification, mesures d'éclairement en continu, système d'information géographique, GMAO, logiciel de gestion des demandes d'interventions, logiciel de calcul de section de câbles...), la SOMEDEP est à même de réaliser pour toute collectivité locale, et sous son contrôle permanent, l'ensemble des interventions liées au diagnostic, à l'installation, la consommation, la maintenance et le renouvellement des installations. Pour être plus proche du terrain, la SOMEDEP s'est organisée en : – Un siège social à Marseille où résident la direction de l'exploitation, les services Administratifs et une partie de l'agence PROVENCE – Un responsable de la mise en valeur architecturale et des illuminations festives – 4 agences d'exploitation situées dans les villes de Baillargues (34), Carpentras (84), Nice (06) et Marseille. SOMEDEP gère à ce jour 135 000 points lumineux en exploitation. 3/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Cahier des charges I/ Limite du projet : Le projet d'éclairage doit accompagner les travaux d’aménagement pour la desserte des Ilot 1 et 2 du site de la Viste Ouest. Cela comprend la rue du Belvédère, la rue du Lycée et le cours de la Viste. II/ Niveau d’éclairement : Compte tenu de la catégorie et de l’usage de ces voies, le niveau d’éclairement moyen en fin de cycle des lampes doit être de 20 lux. Le type de source n’est pas imposé. III/ Contraintes : Afin d’obtenir une bonne uniformité d‘éclairement les solutions retenues devront répondre aux exigences suivantes : – les inter-distances entre supports devront être de l’ordre de 3,5 fois la hauteur de feux – la hauteur des candélabres devra correspondre à la largeur de voirie à éclairer. IV/ Alimentation : Le réseau d’alimentation à créer sera indépendant du réseau éclairage public existant. Une armoire d’alimentation devra être installée en limite de projet au niveau de l‘avenue de la Viste. Un système de réduction de puissance aux heures creuses de la nuit (à définir) sera installé et respectera le niveau d’éclairement minimum demandé à toute heure de la nuit. V/ Condition tarifaire de l’énergie : Les conditions tarifaires de fourniture d’énergie sont celles du tarif régulé d'éclairage public de EDF (tarif 071) – – – tarif abonnement : 109,68 € H.T par kW souscrit, soumis à une TVA 5,5% tarif consommation : 3,52 c€ par KWH, soumis à une TVA de 19,6% contribution service public (CSP) : 0,45 c€ par kWh, soumis à une TVA de 19,6%. VI / Durée d’allumage : La durée d’allumage des installation d’éclairage est d’environ 4200 heures par an. Un tableau des heures d’allumage et d’extinction de l’éclairage public est donné en pièce annexe de ce cahier des charges. 4/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Répartition des tâches DERKMAND Julien • Rechercher les différentes solutions de variation / régulation de tension • Choisir un module de variation / régulation • Déterminer le temps de retour sur investissement de la nouvelle solution et les économies réalisées par la suite • Effectuer la simulation du fonctionnement du module avec PSIM • Concevoir le schéma développé du système de variation-régulation • Identifier les paramètres de réglage du module de variation-régulation • Installer le module de variation-régulation dans le coffret • Définir une procédure de première mise sous tension du module • Définir le contenu des essais partiels (cycle marche arrêt) • Régler les paramètres du module et vérifier leurs influence • Interconnecter le module et les lampes BOUZID Yacine • • • • • • • • • • Rechercher différentes solutions de pilotage de l'éclairage public Choisir un interrupteur crépusculaire et un contacteur externe Faire une étude d'éclairage avec le logiciel Calculux (Phillips) Concevoir le schéma d'implantation en coffret Identifier les paramètres de réglage de l'interrupteur crépusculaire Installer l'interrupteur crépusculaire et un contacteur externe dans le coffret et effectuer le câblage Définir une procédure de première mise sous tension de l'interrupteur crépusculaire Définir le contenu des essais partiels (interrupteur crépusculaire et contacteur externe) Régler les paramètres de l'interrupteur crépusculaire et vérifier leurs influences Interconnecter le module et les lampes PINHEIRO BAPTISTA Rémi • Rechercher différentes solutions de protection contre la foudre • • • • • • • • • Choisir les parafoudres et les protections Faire une étude comparative des différentes lampes actuellement utilisées dans l'éclairage public Faire un étude d'éclairage avec le logiciel Litestar (Oxytech) Concevoir le schéma et l'implantation de la « maquette lampe + ballast » Installer les parafoudres et protections dans le coffret et effectuer le câblage Définir une procédure de première mise sous tension de la lampe + ballast Définir le contenu des essais partiels (lampes + ballast) Choisir le matériel de mesure adapté Interconnecter le module et les lampes CAPPAI Cyril • Rechercher les différentes solutions de communication avec le module de variation / régulation • Choisir le module de communication et le coffret • Faire une étude comparative des différentes lampes actuellement utilisées dans l'éclairage public • Choisir le type de luminaire, la lampe et le ballast • Faire une étude d'éclairage avec le logiciel Dialux (DIAL) • Installer les éléments de la communication et le logiciel d'exploitation • Mettre en œuvre le logiciel de paramétrage et d'exploitation du module de variation-régulation • Définir le contenu des essais partiels (module de communication) • Vérifier les informations stockées (mesures,évènements...) et donner la procédure de sauvegarde au format tableur • Interconnecter le module et les lampes 5/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 La norme NF EN 13201 par DERKMAND Julien Cette norme s'est appliquée en Février 2005. Elle propose pour chaque «situation d'éclairage» rencontrée, des niveaux de performances photométriques appropriées aux besoins de l'usager. Elle s'applique aux installations d'éclairage fixe offrant à l'usager une perception visuelle correcte des zones de circulation publique en extérieur pendant les périodes d'obscurité. La – – – – norme NF EN 13201 comprend 4 parties : Partie 1: méthode de détermination des classes d'éclairage Partie 2: exigences des performances Partie 3: calcul des performances Partie 4: méthode de mesure des performances photométriques La méthodologie d'étude est la suivante: 6/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Justification de la norme: Pour ce projet, les contraintes à respecter au niveau de la norme sont les suivantes: • • • • • • • • • Voies urbaines Vitesse <= 50 km/h Motorisation avec véhicules lents Présence de cyclistes, piétons Complexité normale Présence de parking Trafic de cycliste normal Intersection <= 3 par Km Tâche navigation normale On obtient, une classe d'éclairage CE2 avec une situation B2. Le niveau d'éclairement requis d'après le tableau précédent est de 20 Lux, ce qui correspond bien à la valeur imposée par le cahier des charges. 7/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Différents types de lampes utilisées pour l'éclairage public par CAPPAI Cyril et PINHEIRO BAPTISTA Rémi Type de source Efficacité Duré de vie lumineuse (lm/W) Température de couleur Indice de Rendu des Couleurs Utilisation Principale lampes à incandescence 15 1000 h 2 700°K 100 intérieur ballons fluorescents (BF) 50 8000 h 3 300 à 4200°K 50 à 70 voiries espace piétons et plantés lampes fluocompactes 60 8000 h 2 700 à 4000°K 85 circulation piétonne iodures métalliques (IM) 90 10 000h 3 000 à 5000°K 80 à 90 illuminations parcs et jardins sodium haute pression (SHP) 65 à 130 12 000h 2 000°K 20 circulation et grands espaces sodium basse pression (SBP) 180 10 000h 1 900 à 21000°K <25 tunnels sodium blanc 50 6 000h 2 500°K 85 sites historiques Pour notre projet, nous utiliserons des lampes Sodium Haute Pression (SHP) car ce sont les plus utilisées dans le domaine de l'éclairage urbain. Les avantages de ces lampes sont une grande durée de vie et une bonne efficacité lumineuse (équivalent du rendement, exprimée par le rapport lumen/watt). L'inconvénient est un mauvais Indice de Rendu des Couleurs (IRC). Lampe SHP Modélisation d'une lampe SHP par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Le schéma équivalent est le suivant : RL = PL/IL² = 150/1,8² = 46,3 Ω rB = PB/IL² = 20/1,8² = 6,17 Ω S = Vres*IL = 230*1,8 = 414 VA QL = √(S²-P²) = √(414²-170²)= 377,5 Var QL = Lw*IL² => L = QL/(W*IL²) = 377,5/(2*∏*50*1,8²) = 370,8 mH Les mesures effectuées (voir page 35) n'ont pas permis de valider cette modélisation. 8/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Choix du module de variation-régulation par DERKMAND Julien Dans l'éclairage public, il existe plusieurs solutions de variation-régulation de tension, en voici les principales : – le LUBIO (régule et fait varier la tension du réseau) – la LUCIOLE (régule et contrôle la puissance d'alimentation des lampes) – le REVALUX (régule et fait varier la tension du réseau) – le régulateur de flux « RS » (régule et stabilise la tension de sortie de chaque phase) – les Optimiseurs de Puissances (régulent la puissance électrique des lampes) Pour des raisons d'efficacité et de coût, le LUBIO sera la solution de variation-régulation de tension retenue pour notre projet. Le régulateur-réducteur de tension LUBIO permet donc de diminuer la consommation énergétique par réduction de la tension d'alimentation des lampes aux heures creuses de la nuit (par exemple, à 1h du matin, les rues étant peu fréquentées, il n'est pas nécessaire d'éclairer avec la même intensité lumineuse qu'à 21h). Il permet aussi d'augmenter la durée de vie des lampes (de 30 à 50%) par régulation de leur tension d'alimentation et leur mise sous tension lente et progressive. Fonctionnant avec tous les types de lampes (sauf celles équipées de ballasts électroniques), sa commande peut être: – locale (horloge astronomique intégrée) – à distance (pilotage par un interrupteur crépusculaire) Le LUBIO existe en 2 puissances (3 et 6 kVA) et en 3 versions (VRI, VR et Esclave). Sachant que l'alimentation se fait en monophasé et qu'il faut alimenter 19 lampes SHP de 150W chacune, le modèle utilisé est un VRI- 3kVA. Principales caractéristiques Caractéristiques fonctionnelles: – – – – – – – – – commande de l’allumage et de l’extinction des luminaires régulation de la tension d’alimentation réduction de la tension d’alimentation en période d’économie diagnostic du réseau horloge astronomique radio pilotée cycles de commande paramétrables 4 saisons à 2 cycles (semaine, week-end) 8 cycles exceptionnels (limités à 100 jours) commande programmable d’un contacteur extérieur Caractéristiques techniques – – – – – – – – – – – – tension d’entrée : 230 V +10 % / -15 % fréquence : 50 +/-5 Hz tension nominale de sortie réglable de 210 à 230 V tension d’économie réglable de 180 V à 210 V précision sur tension de sortie : +/-2 % rendement : η=98 % facteur de puissance admissible : < 0,5 surcharge admissible : In + 20 % température de fonctionnement : -25 °C à +40 °C hygrométrie : 95 % à 40 °C sans condensation température de stockage : -25 °C à +70 °C degré de protection : IP 21 9/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Structure du LUBIO par DERKMAND Julien L'étude porte sur un modèle LUBIO 3 kVA monophasé Le synoptique de la partie « puissance » est le suivant : L'alimentation se fait entre phase et neutre (230v – 50Hz) Les IGBT sont pilotés à 25 kHz (fréquence supérieure au seuil audible) F1 est un filtre HF destiné à éviter la pollution du réseau électrique F2 permet d'atténuer les di/dt sur l'électronique de puissance F3 permet de mettre en forme la sinusoïde de sortie (L = 1mH et C = 40μF) La tension aux bornes de la charge est réglable entre 180v et 230v : l'excursion du rapport cyclique est donc limitée (entre 0,6 et 1) Un By-pass permet d'alimenter directement la charge, sur demande de l'utilisateur ou en cas de défaut sur l'électronique de puissance. Principe de fonctionnement IGBT3 et IGBT1 sont pilotés simultanément : suivant le signe de la tension, c'est le transistor qui conduit ou bien la diode qui lui est associée. IGBT2 et IGBT4 sont aussi pilotés simultanément, mais de façon complémentaire par rapport à IGBT3 et IGBT1. 10/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Simulation du fonctionnement du LUBIO avec PSIM par DERKMAND Julien Pour faciliter la compréhension, les courbes qui suivent ont été tracées pour un signal de commande Vc de fréquence = 500 Hz, de rapport cyclique = 0,6 et 0,9 avec un rapport cyclique de 0,6 : avec un rapport cyclique de 0,9 : 11/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Modélisation de la charge par DERKMAND Julien La charge est un groupe de 15 luminaires avec lampes à vapeur de sodium haute pression (SHP), de puissance 150 W et ballast magnétique (Lb1, rb1) compensé (C1). La lampe SHP peut être modélisée par une résistance (R1) Schéma équivalent d'un luminaire: Schéma équivalent des 15 luminaires (en parallèle): Lb1 = 370,8 mH C1 = 20 μF rb1 = 6,17 Ω R1 = 46,3 Ω Lb = Lb1 / 15 ≈ 25 mH rb = rb1 / 15 ≈ 0,4 Ω C = C1 x 15 = 300 μF R = R1 / 15 ≈ 3,1 Ω Schéma PSIM La simulation ne concerne que l'étage de sortie du Lubio (alimenté par une source de tension sinusoïdale) 12/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Avec un rapport cyclique de 0,8 on obtient les courbes suivantes : Veff = 205,6 V Ieff = 21,3 A Puissance fournie aux lampes = R x Ieff² = 3,1 x (21,3)² = 1406,4 W Avec un Rapport cyclique de 0,7 on obtient les courbes suivantes : Veff = 192 V Ieff = 18,67 A Puissance fournie aux lampes = R x Ieff² = 3,1 x (18,67)² = 1080,6 W Conclusion: lorsque l'on diminue le rapport cyclique, la tension Veff et le courant Ieff diminuent et la puissance fournie aux lampes diminue aussi. 13/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Étude technico-économique par DERKMAND Julien nombre de point lumineux : 19 puissance d'un point lumineux : 150 W puissance totale : 19 x 150 = 2,850 kW tarif abonnement : 109,68 € / kW soumis à une TVA de 5,5 % donc 115,7124 euros /kW tarif consommation : 3,52c€ / kWh soumis à une TVA de 19,6 % donc 4,21c€ / kWh CSP : 0,45c€ / kWh soumis à une TVA de 19,6 % donc 0,5382c€ / kWh situation sans le LUBIO : tension d'entrée secteur : 230 V nombre d'heures de fonctionnement : 4200 heures / an consommation : 2,850 x 4200 = 11970 kWh coût annuel de consommation : (2,850 x 115,7124)+(11970 x 0,0421)+(11970 x 0,005383) = 898 € situation avec le LUBIO : tension nominale : 230 V tension d'économie : 190 V nombre d'heures de fonctionnement : 4200 heures / an fonctionnement en économie : 2190 heures/an (de 23H à 5H) P1 = U1²/R = 150 W <=> R = 230² / 150 = 352,7 Ω donc on a : P2 = U2²/R = 190²/352,7 = 102,3 W Le rapport P2/P1 = 102,3/150 = 0,68 montre qu'en tension d'économie, la puissance de la lampe baisse de 32 % puissance d'un point lumineux : 102,3 W puissance totale P'2 = 19 x 102,3 = 1,9437 kW consommation : 2190 x P'2 + (4200–2190) x P'1 = (2190 x 1,9437) + (2010 x 2,850) = 9985,2 kWh coût annuel : (1,9437 x 115,7124) + (9985,2 x 0,0421) + (9985,2 x 0,005383) = 699 € Économie annuelle : économie d'énergie : 11970 – 9985,2 = 1984,8 kWh soit 9985,2/11970 = 0,834 = 16,6 % économie sur la facture énergétique : 898 – 699 = 199 € soit 699/898 = 0,778 = 22 % Temps de retour sur investissement : montant de l'investissement = 1418 € (prix du LUBIO seulement) gain total = 199 € (sans tenir compte des économies sur la durée de vie des lampes) temps de retour sur investissement = montant de l'investissement /gain total = 1418 / 199 = 7 ans environ sans tenir compte : – des aides possibles dans le cadre des économies d'énergie – du coût de l'installation – du coût du crédit 14/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC Calculux BTS Électrotechnique session 2009 par BOUZID Yacine 1°) Lancer le programme Calculux Road de la manière suivante : – dans la barre de démarrage Windows, cliquer sur ''tous les programmes'' – sélectionner ''Calculux'' puis cliquer sur ''Road 6.6'' 2°) Utilisation de Calculux – Une fois le logiciel lancé, la fenêtre suivante apparaît - Ouvrir un nouveau projet – – – Cliquer sur DONNEES, puis sélectionner Choix du luminaire, puis cliquer sur Ajouter pour rechercher le luminaire (soit dans la database, soit à partir d'un fichier) Une fois le luminaire ajouté, il faut définir une section courante en cliquant sur DONNEES, puis sélectionner Section courante, le tableau suivant apparaît: Après avoir défini les paramètres de la section courante dans le tableau, il faut définir une grille de points de calcul en cliquant sur DONNEES, puis sélectionner Grille de points de calcul, puis cliquer sur Ajouter. La fenêtre suivante apparaît: 15/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC – – BTS Électrotechnique session 2009 Une fois les données rentrées cliquer sur OK. Après avoir défini la grille de points de calcul, on peut lancer le calcul. Pour cela il faut cliquer sur CALCUL, puis sélectionner Lancer le calcul. 3°) Étude avec lampe 150W: – Lampes SHP 150W avec un facteur de maintenance de 0,9 – Chaussée simple avec 2 voies de 7,5m de largeur – Espacement entre les luminaires:30m – Hauteur des luminaires:10m – Implantation des luminaires en quinconce – Aucune avancée ni inclinaison 4°) Résultats de l'étude avec lampe 150W: Calculs des Éclairements / Luminances: Moy = 13,4 lux Min/Moy = 0,57 Min/Max = 0,27 Tableau d'éclairement en Lux en fonction de la distance: On remarque sur ce tableau que la valeur minimum est inférieure à 20 LUX (Valeur recommandée dans le cahier des charges), donc la lampe choisie n'est pas assez puissante pour notre installation. 5°) Étude avec lampe 250W: – Lampes SHP 250W avec un facteur de maintenance de 0,9 – Chaussée simple avec 2 voies de 7,5m de largeur – Espacement entre les luminaires:30m – Hauteur des luminaires:10m – Implantation des luminaires en quinconce – Aucune avancée ni inclinaison 6°) Résultats de l'étude avec lampe 250W: Calculs des Éclairements / Luminances: Moy = 42,6 lux Min/Moy = 0,57 Min/Max = 0,35 16/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Tableau d'éclairements en Lux en fonction de la distance: On remarque sur ce tableau que la valeur minimum est supérieure à 20 LUX (Valeur recommandée dans le cahier des charges), donc la lampe choisie est assez puissante pour notre installation. Présentation en mosaïque: 17/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Logiciel LiteStar par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Litecalc est un logiciel de calcul de l'éclairage pour les intérieurs et extérieurs (grandes aires, routes et tunnels) 1°) – – – Lancer le programme LiteStar de la manière suivante : dans la barre de démarrage Windows, cliquer sur ''tous les programmes'' sélectionner ''OxyTech'' cliquer sur ''Litecalc'' 2°) Utilisation de Litecalc – Une fois le logiciel lancé, la fenêtre suivante apparaît – Cliquer sur PROJET GUIDE, puis sélectionner ROUTES – Une fois routes sélectionné, apparition de la fenêtre des normes dans notre cas choisir la norme EN 13201 – Après avoir cliqué sur OK, une autre fenêtre s'affiche ou il faudra rentrer un maximum d'information sur : le type de chaussée, données chaussées et chaussées d'installation – Une fois les données rentrées cliquer sur CHOIX LUMINAIRES – Par la suite choisir entre trois types de luminaires (nous choisissons ROUTIERS) – Puis prendre le luminaire le mieux adapté AEC DUE PL 150 W SON-T réf: DUE-002 – Ensuite cliquer sur lampes et sélectionner Philips vapori di sodio réf : SON-T 150W – Lorsque la lampe SHP Philips SON-T 150W est sélectionnée, cliquer deux fois sur OK puis sur calcul pour enfin terminer sur OK, ce qui affichera une fenêtre de calcul 18/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Les résultats du calcul par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Étude d'une lampe SHP 150W pour : – – – – – – – – – – une chaussée unique un type de distribution bilatérale quinconce les trottoirs A et B de 1 m de largeur (SA et SB) une chaussée de 7,5 m de largeur (CA) une distance luminaire bord de 1,5 m de largeur (LC) une saillie de 2 m de largeur (L) une hauteur de luminaire de 10 m (H) une interdistance de 30 m de longueur (D) une inclinaison nulle (0 degré) (RY) et un coefficient de maintenance 0,9 Nous obtenons : Emoy= 48 lux Emin= 27 lux Emax= 70 lux Umoy(Min/Moy)= 0,57 Umin(Min/Max)= 0,39 Umax(Moy/Min)= 0,69 Valeur en lux Ce graphique nous montre l'éclairement des luminaires en quinconce. Les zones les mieux éclairées sont repérées par une couleur jaune intense et inversement. Conclusion : nous respectons bien le cahier des charges qui nous fixe un seuil de 20 lux min car d'après le calcul du logiciel la valeur min est de 26 lux : donc la lampe SHP SON-T 150 W est bien choisie. 19/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Logiciel Dialux: (étapes à suivre et paramètres à rentrer) par CAPPAI Cyril Dans le logiciel Dialux nous procédons comme ci-dessus et cela afin de pouvoir accéder aux fenêtres qui suivent (celles-ci permettent de rentrer les différents paramètres souhaités pour le test d'éclairement, type de rue, hauteur de feu, largeur de chaussée...) 1 2 3 4 20/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Après avoir rentré les paramètres comme les normes des routes et trottoirs, le type de lampe, la hauteur des luminaires, l'écartement des lampadaires... , nous en déduisons d'après les résultats obtenus que la lampe choisie (Sodium Haute Pression de 150W ) n'est pas suffisante par rapport au cahier des charges car celle-ci a un flux minimum inférieur à 20 lux (cahier des charges). Pour résoudre ce problème, il faut soit augmenter la puissance de la lampe c'est à dire prendre au minimum une lampe de 250W ou réduire l'espacement qu'il y a entre 2 lampadaires, mais ceci ne correspondrait plus à la norme, qui impose un espacement de 3,5 fois la hauteur du luminaire. Maquette lampe + ballast par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Cette maquette est constituée par: – une lampe à Sodium Haute Pression Philips pro SON-T 150W – un ballast électromagnétique L, ETI VSHM T150 – un condensateur de compensation C, Icar Ecofill 20 µf – un amorceur Fournitec SON2 50 A, 1 KW, temporisé La lampe à Sodium Haute Pression exige pour être allumée des impulsions à haute tension. L'amorceur permet de générer des impulsions conformes afin d'obtenir des allumages à froid et à chaud, sans causer de dommages à la lampe. Photo de la maquette : 21/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Choix de l'interrupteur crépusculaire par BOUZID Yacine Plusieurs moyens sont disponibles pour piloter l'éclairage public. Il existe des systèmes par commande manuelle (interrupteur, bouton poussoir …) et des systèmes par commande automatique (détecteur de présence, cellule photoélectrique …). Dans notre projet, nous pourrons piloter l'éclairage public soit par une horloge astronomique présente dans le LUBIO, soit par un interrupteur crépusculaire qui sera câblé sur le LUBIO. L'interrupteur sera alimenté par le réseau 230V et sera câblé sur les connecteurs XF1 et XF2 du LUBIO. Il devra donc obligatoirement posséder des bornes isolées. Nous avons utilisé un interrupteur crépusculaire déjà en stock au laboratoire. Référence : Finder 10.41 Le problème de cet interrupteur est que les bornes du contact ne sont pas isolées du réseau : nous avons donc du rajouter un contacteur. Référence:LC1K06 Choix du contacteur externe Le contacteur externe est utilisé pour commander un circuit indépendant d'alimentation (illumination de noël...), il est commandé par le LUBIO. Il nous faut un contacteur 230V avec 2 contacts normalement ouvert pour commander la phase et le neutre du départ spécifique. Référence: CA2KN22U7 (Schneider) 22/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Protection contre la foudre – Choix des parafoudres par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Pour notre projet LUBIO nous allons opter pour une protection de type secondaire car notre établissement n'a pas de paratonnerre. Choix des parafoudres sur les réseaux BT La Norme Européenne NF EN 61643-11 caractérise les parafoudres : - de type 1 (protection contre les courants de coups de foudre directs) - de type 2 (protection contre les courants de coups de foudre indirects) - de type 3 (protection contre les surtensions industrielles) Dans notre cas nous utiliserons des parafoudres de type 2. Ng= 2,7 (Marseille) BT= 0 (ligne enterrée) HT= 1 d= 0 (ligne enterrée) E = Ng (1 + BT + HT + d) = 2,7(1+0+1+0) = 5,4 E= 5,4 S= 1 C= 2 (3000 €) I= 1 R= S + C + I = 1+2+1 = 4 R=4 23/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Pour E=5,4 et R=4 le courant maximal de décharge se situe entre 30 et 40KA Pour Imax entre 8 – 40KA le calibre du disjoncteur est 20 A courbe C sa référence Schneider est 24177 Le LUBIO est protégé en entrée (côté réseau alimentation) par le biais d'un parafoudre uni polaire du type PF 40 connecté entre neutre et terre ou entre phase et terre référence 15686, associé à un disjoncteur de déconnexion de courbe C (C 60N, 20A), référence 24177. Le LUBIO est protégé en sortie (côté lampes) par un parafoudre bipolaire du type PRD 40 référence 16562, associé à un interrupteur différentiel de déconnexion (ID 63 A, 300 mA) référence 23320. La sortie de LUBIO est protégée contre les courts-circuits, pour le modèle 3 kVA, le courant de sortie est limité à 29 A pendant la première seconde, puis descend à 11,5 A par la suite. Il faut que le déconnecteur du PRD40, puisse agir en cas de défaut du parafoudre. On choisit donc, comme dispositif de déconnexion, un disjoncteur de très faible calibre ou un interrupteur différentiel. Précautions de câblage L'efficacité de la protection contre la foudre dépend principalement de la qualité de l'installation des parafoudres dans les tableaux. En cas de coup de foudre, l'impédance des câbles électriques augmente de façon importante : l'impédance du circuit croît avec sa longueur et la fréquence du courant. En cas de coup de foudre, ce courant a une fréquence 200 000 fois supérieure au 50 Hz. La règle des "50 cm" s'applique à la portion de circuit empruntée exclusivement par le courant de foudre. Lorsque la longueur de celle-ci est supérieure à 50 cm, la surtension transitoire devient trop importante et risque d'endommager les récepteurs. Le câblage de terre des parafoudres doit être réalisé avec une section de 10 mm² minimum. 24/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC Communication avec le LUBIO BTS Électrotechnique session 2009 par CAPPAI Cyril Le protocole utilisé pour la communication est du type MODBUS Le protocole Modbus (marque déposée par MODICON) est un protocole de dialogue basé sur une structure hiérarchisée entre un maître et plusieurs esclaves. Une liaison multipoints de type RS485 relie maître et esclaves. Le format des échanges est le suivant: - 9600 ou 19200 bits / seconde - 8 bits, sans parité, 1 stop Deux types de dialogue sont alors possibles: - le maître parle à un esclave et attend sa réponse, - le maître parle à l'ensemble des esclaves, sans attente de réponse (diffusion générale). Les échanges sont donc du type half-duplex. Il ne peut y avoir sur la ligne qu'un seul équipement en train d'émettre. Aucun esclave ne peut envoyer un message sans une demande préalable du maître. Le dialogue entre les esclaves est impossible. LUBIO dispose d'un port de communication sous la forme d'un connecteur Sub D 9 broches qui peut être connecté à un Modem RTC ou GSM pour échange d'informations vers un ordinateur distant via le réseau téléphonique. Ce port peut être également raccordé à un ordinateur muni d'un port COM à travers un convertisseur RS232 / RS485 Il est nécessaire de polariser le bus de communication (si le convertisseur ne le fait pas), en utilisant les résistances de 475 ohms disponibles sur le connecteur Sub D 9 (bornes 2 et 6) Le module CERBER CR485 d'UTOPIA Electronics a été utilisé pour la mise en service et les réglages de LUBIO à travers le logiciel IHM de paramétrage et d'exploitation Le connecteur de LUBIO doit être câblé suivant le schéma ci-dessous le bloc DIP Switch doit être activé sur les positions 3 et 4 de façon à mettre en service les résistances de polarisation qui sont présentes dans le convertisseur (680 ohms) Oscillogramme d'une partie de trame pour calculer la vitesse de transmission, soit le nombre de bits par seconde (Utilisation d'un oscilloscope avec une sonde de tension différentielle) T= 52 μs pour un bit donc pour 1 seconde entière on effectue le calcul suivant : 1/ (52 x10-6) = 19230 bits par seconde En vérité la vitesse est de 19200 bits/s 25/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Schéma de liaison au LUBIO par CAPPAI Cyril 26/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Liste du matériel 27/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Schéma structurel par DERKMAND Julien 28/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Schéma d'implantation par BOUZID Yacine 29/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Logiciel de paramétrage et d'exploitation par CAPPAI Cyril figure 1 figure 2 Deux possibilités pour configurer le VRI-VR : • un fichier de configuration existe déjà, il suffit de charger ce fichier et de le modifier, • créer un nouveau fichier de configuration. Pour créer un nouveau fichier, aller dans paramètres locaux (comme le montre la figure 2) Puis renseigner les différents paramètres comme ci-contre (ville, type de lampes, puissance installée) et valider Connecter le LUBIO 30/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 par CAPPAI Cyril Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Ensuite nous pouvons régler les périodes de fonctionnement, rentrer les mois qui nous intéressent (comme on peut le voir sur la figure 4) mais aussi paramétrer les cycles de fonctionnement l'heure de passage en tension nominale et l'heure de passage en tension d'économie (que l'on peut voir sur la figure 5) Par la suite nous devons rentrer les tensions (nominale et d'économie) en allant dans paramétrage tests du VRI → réglage et tests des tensions (comme le montre la figure 6) Dans la page réglage et tests de tensions nous pouvons faire fonctionner les lampes en état de forçage, en cliquant sur les différents tests dans l'ordre (tension nominale, tension d'économie, extinction, arrêter les tests et Reset) Ensuite nous pouvons en cliquant sur cette icône, accéder au transfert de données PC → LUBIO ou LUBIO → PC ou encore accéder au journal de bord des essais effectués au préalable. Nous pouvons aussi ajouter un contacteur externe en réglant les périodes de fonctionnement et en paramétrant les cycles de fonctionnement comme l'on peut voir sur la figure 3, mais cette fois-ci en allant dans les icônes violettes. Nous pouvons aussi tester les By-pass en cliquant sur l'icône By-pass. 31/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Courbes relevées à partir du journal de bord du LUBIO par CAPPAI Cyril Après un essai fait sur une période de 5 jours, nous avons relevé les différentes courbes obtenues grâce au journal de bord du LUBIO. Courbe du cosφ Courants en tension nominale et d'économie Tensions nominale et d'économie Énergie active et heures de fonctionnement 32/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Essai et mesurages par BOUZID Yacine Nous avons effectué les mesures d'éclairement des lampes en fonction de leur tension d'alimentation, lors du passage de la tension nominale à la tension d'économie. Tension nominale réglée à 210V et tension d'économie réglée à 185V sur le logiciel du lubio IHM. La mesure de l'éclairement est prise à 1m70 des lampes grâce à un luxmètre (Chauvin Arnoux C.A 813). La mesure de la tension est prise grâce à un voltmètre en position AC sur un départ. 1°) Schéma de mesure: 2°) Tension en fonction du temps On constate sur ces courbes qu'après l'ordre de passage en tension d'économie, l'éclairage public reste en tension nominale pendant 4min avant de décroitre jusqu'à atteindre la tension d'économie. Il faut environ 15 min pour atteindre cette tension. 33/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 3°) Éclairement en fonction du temps En tension d'économie, on a un éclairement de 600 Lux. En tension nominale, on a un éclairement de 907 Lux. 4°) Éclairement en fonction de la tension On peut voir que cette courbe est pratiquement linéaire, on en peut en déduire en comparant les 2 courbes précédentes qui sont pratiquement identiques que l'éclairement varie proportionnellement à la tension. On sait par ailleurs que le flux lumineux et proportionnel au carré de la tension. 34/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Essais et mesurages par PINHEIRO BAPTISTA Rémi Essais et mesurages sur la platine d'essai : A l'aide de l'oscilloscope portable « FLUKE », on peut relever les oscillogrammes du courant et de la tension du réseau et de la lampe grâce à une sonde de tension (déjà intégrée dans le FLUKE) et une sonde de courant de 100mV/A, on obtient les relevés suivants : Schéma de montage pour mesurage du réseau Schéma de montage pour mesurage de la lampe Allures de la tension (A) et du courant (B) au réseau Allures de la tension (A) et du courant (B) de la lampe SHP Ueff = 232 V P = 165 W Ueff = 107 V P = 145 W Ieff = 0,81 A S = 232 x 0,81 = 188 W Ieff = 1,7 A S = 107 x 1,7 = 182 W fp = P / S = 165 / 188 = 0,88 fp = P / S = 145 / 182 = 0,8 On remarque que la tension aux bornes de la lampe présente un pic (surtension générée par l'amorceur), elle se stabilise ensuite autour de 100 V (voir notice technique de la lampe), le facteur de puissance est acceptable côté réseau (grâce au condensateur de compensation), les oscillogrammes des signaux tension et courant de la lampe invalident le modèle purement résistif utilisé dans PSIM. 35/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Mesures sur le LUBIO : par DERKMAND Julien Le modèle utilisé est un LUBIO VRI 3kVA alimentant 2 lampes SHP de 150W A l'aide de l'oscilloscope portable « FLUKE », on peut relever les oscillogrammes du courant et de la tension d'entrée et de sortie du LUBIO que l'on soit en tension nominale ou en tension d'économie. Ainsi, grâce à une sonde de tension (déjà intégrée dans le FLUKE) et une sonde de courant de 100mV/A, on obtient les relevés suivants : Essais à la tension nominale 230V tension (A) et courant (B) d'entrée tension (A) et courant (B) de sortie Mesures : Ueff = 232 V (graphiquement Ueff = 233V) Ieff = 7,8 A P = 340 W S = Ueff x Ieff = 1,81 kVA fp = P / S = 0,19 Mesures : Ueff = 223,5 V (graphiquement Ueff = 219V) Ieff = 1,5 A P = 310 W S = Ueff x Ieff =335 VA fp = P / S = 0,92 Essais à la tension d'économie 185V tension (A) et courant (B) d'entrée tension (A) et courant (B) de sortie Mesures : Ueff = 232 V (graphiquement Ueff = 233V) Ieff = 6,8 A P = 245 W S = Ueff x Ieff =1,58 kVA fp = P / S = 0,15 Mesures : Ueff = 188 V (graphiquement Ueff = 184V) Ieff = 1,3 A P = 215 W S = Ueff x Ieff =245 VA fp = P / S = 0,88 On remarque que le facteur de puissance est bon côté lampes (en sortie du LUBIO), mais très faible côté réseau. Cela peut s'expliquer du fait d'une sous utilisation du LUBIO. 36/37 RÉGULATION DE TENSION D'ÉCLAIRAGE PUBLIC BTS Électrotechnique session 2009 Conclusion : Le système LUBIO permet de réaliser des économies d'énergie sur l'éclairage public et d'augmenter la durée de vie des lampes. Sa principale utilisation concerne les équipements anciens (à ballast ferromagnétique). Dans les nouvelles installations, l'emploi de ballast électroniques semble se généraliser. Une télégestion permet de contrôler et de piloter chaque point lumineux. Cependant, grâce à nos essais réalisés, nous remarquons que la modélisation d'une lampes SHP (à décharge) n’est pas une tache simple, car la décharge est un phénomène complexe qui fait intervenir des phénomènes électriques, chimiques, thermiques et optiques. L’étude se fait encore actuellement. Durant l'étude des logiciels (Calculux, LiteStar. Dialux), on a pu constater que les résultats obtenus sont différents suivant les logiciels. En effet, sur le logiciel LiteStar, une lampe SHP 150 W suffit à atteindre les 20 lux imposés par le cahier des charges, contrairement aux deux autres logiciels qui eux préconisent une lampe SHP de 250 W. Ces trois logiciels ont une chronologie de remplissage des informations qui est en cohérence avec la norme. LiteStar est assez inaccessible et plus hermétique. Calculux ne s'intéresse qu'aux lampes PHILIPS. Si nous devions faire un choix ce serait plutôt le logiciel DIALUX : il a une qualité d'indépendance commerciale et une meilleure lisibilité (Calculux possède une qualité de schéma médiocre). Enfin, Dialux est plus complet et exigeant au niveau des paramètres. Ce projet nous a permis d'approfondir nos connaissances dans le domaine de l'éclairage public. Enfin nous voulons remercier la société SOMEDEP qui nous a fourni les matériels nécessaires pour réaliser notre projet ainsi que la banque OSEO. 37/37
