Chute de tension - Site STI de l`académie d`Orléans

SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
GÉNIE ÉLECTRIQUE
(Classes de terminales STI)
ÉLECTROTECHNIQUE
Etude des chutes de tension
STADE DE FRANCE PARIS 2012
DUREE : 3 HEURES
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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.
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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 1 600 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 B
100 m
Point A
0m
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 C15-100.
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.
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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
0m
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.
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Document réponse
Mesures au point A
P
I
U
Mesures au point B
∆U
100 %
P
I
100%
Caractéristiques pour la puissance à 100%:
Courant en fonction de la distance.
Chute de tension en fonction de la distance.
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U
∆U
Schéma unifilaire du TGBT1 "Courants" Poste satellite N/O
TR 12
20 kV/410 V
1 600 kVA
TN
Normal EDF
Remplacement
DJA1
1GA1
I cc1 = 30 kA
PEN
Jeu de barres JdB1
F01
F02
F03
F12
F18
PEN
1C-EX1
1C-EF2
Monte-charge
MC20
Tribune de
presse
4 Câbles aluminium
unipolaires par phase
U 1 000 R2V
L = 220 m
I cc2 = 15 kA
Tableau de distribution 1C-EF1
Jeu de barres JdB2
DJ10
DJ11
DJ1C1
DJ2C1
DJ12
DJ1C2
DJ2C2
DJ13
DJ14
DJ15
DJ16
DJ1T2
DJ1T1
PEN
11
I cc3
1C1
2C1
12
1C2
2C2
13
Câbles unipolaires en
aluminium
(3 x 2 x 185 mm2)
U 1 000 R2V
L = 15 m
10
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14
15
16
1T2
DJ1T3
1T1
1T3
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Lampes sodium basse pression
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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 :…………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………
…..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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