sujet Épreuve E41 session 2015 métropole BTS Electrotechnique

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE
SESSION 2015 -------------------- ÉPREUVE E.4.1
Étude d'un système technique industriel Pré-étude et
modélisation
Durée : 4 heures - Coefficient : 3
Matériel autorisé : Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée conformément à la
circulaire N°99-186 du 16/11/99.
L'usage de tout autre matériel ou document est interdit. -------------------- Le sujet comporte 20 pages numérotées de 1/20 à 20/20.
Les documents réponses (pages 19 et 20) sont à remettre avec la
copie. --------------------
Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction, en particulier
pour les réponses aux questions ne nécessitant pas de calcul.
Le (la) correcteur (trice) attend des phrases construites
respectant la syntaxe de la langue française. Chaque réponse sera
clairement précédée du numéro de la question à laquelle elle se
rapporte. Les notations du texte seront scrupuleusement respectées.
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|Épreuve E.4.1 : Étude d'un système |Repère : |Page 1/20 |
|technique industriel Pré-étude et |15-EQPEM | |
|modélisation | | |
PRÉSENTATION GÉNÉRALE
L'Arena - Nanterre La Défense (Figure 1) est une gigantesque enceinte en
cours de construction. Elle est située derrière la Grande Arche de la
Défense dans le département des Hauts-de-Seine.
Figure 1 ARENA - NANTERRE LA DEFENSE : UN STADE POLYVALENT
Cette enceinte doit accueillir des manifestations sportives et
culturelles. Sa structure modulable permet à 32 000 personnes d'assister
aux matchs du club de rugby du Racing- Métro ou à 40 000 personnes de se
réunir à l'occasion de spectacles, concerts ou congrès. Elle dispose
également d'une surface de 33 000 m2 pour l'installation de bureaux et
commerces. Pour mener l'étude, il convient de décomposer l'installation
électrique, d'une puissance de 4600 kVA en distinguant trois catégories :
les équipements utilisés (1800 kVA) lors des spectacles comme l'éclairage,
la vidéo, la sonorisation; les équipements de sécurité (800 kVA) comme
les alarmes, la signalisation, les détecteurs;
les équipements (2000 kVA) pour la ventilation, les bureaux, les
restaurants, les commerces. |BTS ÉLECTROTECHNIQUE |SESSION 2015 |
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Enjeu
Une exigence est imposée à l'entreprise qui a obtenu le lot « électricité
». Les investisseurs désirent que les événements puissent être diffusés
via la télévision car cela leur procurera des retombées financières
importantes. Ils exigent que les moyens qui seront installés permettent
d'assurer un fonctionnement sans interruption des spectacles.
L'entreprise devra proposer une solution qui assurera, quel que soit le
coût, une haute disponibilité de l'énergie électrique durant ces
spectacles. Des extensions futures sont à prévoir. Problématique E41 La disponibilité de l'énergie électrique durant les manifestations est
assurée par le réseau d'Électricité Réseau Distribution France (ERDF) et
des groupes électrogènes. La Centrale Groupe Électrogène haute tension (CGE) est installée en
terrasse au dernier étage du bâtiment. Elle est constituée de deux
groupes électrogènes de 1250 kVA identiques composés chacun d'un
alternateur entraîné par un moteur diesel alimenté au fioul. L'induit de
chaque alternateur peut être couplé au réseau triphasé 20 kV par
l'intermédiaire d'un transformateur. L'organisation est présentée figure
2.
Figure 2 |BTS ÉLECTROTECHNIQUE |SESSION 2015 |
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Pendant les spectacles, les groupes électrogènes ne fonctionneront pas à
100% de leur puissance maximale pour des raisons économiques et
environnementales, mais ils devront fournir une puissance suffisante pour
pouvoir passer à 100% quasi instantanément sans perturbation de
l'alimentation en cas de coupure EDF. Il est prévu de faire fonctionner les groupes électrogènes à environ 60%
de leur puissance maximale. La puissance active fournie par chaque groupe électrogène dépendra du
débit de fioul consommé par le moteur et sera contrôlée par un régulateur. Le sujet est composé de cinq parties indépendantes notées A, B, C, D et E.
Le dimensionnement du moteur diesel sera étudié dans la partie A.
Le dimensionnement du circuit fioul sera étudié dans les parties B et C.
Des contraintes sur la qualité de l'énergie sont imposées par EDF et par
ERDF. Ces contraintes et les solutions apportées seront étudiées dans les
parties D et E.
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Partie A. Caractéristiques du groupe électrogène.
L'objectif de cette partie est de valider le dimensionnement d'un moteur
diesel.
Les caractéristiques des groupes électrogènes sont données en annexe 1
page 16 et seront utilisées pour répondre aux questions de la partie A. 1. Compléter, sur le document réponse 1 page 19, le synoptique d'un
groupe électrogène en indiquant les valeurs numériques : - des tensions composées efficaces nominales de sortie du groupe
électrogène et de leur fréquence ; - de la puissance apparente nominale de l'alternateur et de son
facteur de puissance ; - de la vitesse de rotation du moteur ; - de la puissance maximale fournie par le moteur.
2. Vitesse de rotation et accouplement : 1. Calculer la vitesse de rotation n (en tr?min-1) de
l'alternateur pour obtenir une fréquence des tensions de
sortie égale à 50 Hz. 2. Le moteur est-il accouplé à l'alternateur
directement ou par l'intermédiaire d'un réducteur
? Justifier la réponse. 3. Calculer la puissance active nominale PelecN fournie par
l'alternateur pour un facteur de puissance de 0,8 et vérifier que
cela correspond à la puissance maximale disponible en sortie de
groupe électrogène. 4. Pertes de l'alternateur au point de fonctionnement nominal : Les pertes de l'alternateur (pfer, pméca, pjoules) donnent toutes lieu à
une dissipation de chaleur.
En vous référant aux "caractéristiques alternateur" de l'annexe 1 page 16: 1. Déterminer la valeur des pertes totales ptotN. 2. Déterminer la valeur de l'ensemble pertes fer et mécanique
pferN+pmécaN. 3. En déduire la valeur des pertes joules pjoulesN. 5. Calculer le rendement ?N de l'alternateur pour ce point de
fonctionnement et comparer à la valeur constructeur. 6. Positionner le point correspondant à ce fonctionnement sur les
courbes de rendement du document réponse n°2 page 19 et le
repérer par la lettre N. |BTS ÉLECTROTECHNIQUE |SESSION 2015 |
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7. Calculer la puissance mécanique Pméca que doit fournir le moteur
diesel pour que l'alternateur fournisse sa puissance active
nominale. 8. Le moteur du groupe permet-il ce fonctionnement ? Justifier la
réponse. Pendant les spectacles, chaque groupe électrogène sera configuré pour
fournir une puissance active Pelec = 600 kW avec un facteur de puissance k
= 0,928. 9. Calculer dans ce cas, la puissance mécanique que doit fournir le
moteur en détaillant les calculs intermédiaires. Partie B. Consommation d'un moteur diesel. L'objectif de cette partie est de déterminer le volume de fioul nécessaire
pour le déroulement des spectacles.
La consommation correspond au débit en litres par heure L?h-1 du fioul
absorbé par un moteur diesel. Elle est liée à la puissance qu'il fournit
suivant la caractéristique donnée figure 3.
Figure 3 1. En vous référant à cette caractéristique et aux « données
générales moteur » de l'annexe 1 page 16, indiquer la valeur de
la consommation, en L?h-1, d'un moteur lorsqu'il fournit une
puissance de 1100 kW.
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