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BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR ÉlecrnorEcHNteuE SESSION 2015 EPREUVE 8.4.1 Etud

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR ÉlecrnorEcHNteuE SESSION 2015 EPREUVE 8.4.1 Etude d'un système technique. industriel Pré-étude et modélisation Durée : 4 heures - Coefficient : 3 Matériel aùtorisé: Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée conformément à la circulaire N'99-186 du 16111199. L'usage de tout autre matériel ou document est interdit. Le sujet comporte 20 pages numérotées de 1/20 àZ0lZ0. Les documents réponses (pages 19 et 20) sont à remettre avec ta copie. ll 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 Ia question à laquelle elle se rapporle. Les notations du texte seront scrupuleusement respectées. J,,/ BTS ELECTROTECHNIQUE SESSION 2015 Epreuve E.4.1 : Etude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisaiion Repère: 1s.EQPEM Page 1/20 PRÉSENTATIoN e ÉruÉnALE 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 déparlement des Hauts-de-Seine. r Agence Christian de Portzamparc Fi*ure I 4,5"ËFlâ - FtÊ.FiT=Ëæ= E-Ék F=FËf*S= : Ufl{ *TêDË PtL}"i"rALFF.iT ' 'æ"" * 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 I'installation de bureaux et commerces. Pour mener l'étude, il convient de décomposer I'installation électrique, d'une puissance de 4600 kVA en distinguant trois catégories ; les équipements utilisés (1800 kVA) lors des specfac/es 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 Ia ventilation, les bureaux, les restaurants, les commerces. BTS ELECTROTECHNIOUE SESSION 2015 Epreuve 8.4.1 : Etude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisation Repère: 1s-EQPEM Page 2120 Enjeu Une exigence est imposée à I'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. lls 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 étectrogènes. 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 iransformateur. L'organisation est présentée figure 2. Gentrale Groupe Electrogène haute tension Groupe électrogène 1 1250 kVA Réseau 20kV/S0H2 Groupe électrogène 2 1250 kVA Transformateur 400v/20kv Figure 2 BTS ELECTROTECHNIQUE SESSION 2015 Epreuve E.4.1 : Etude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisation Repère : ,15-EQPEM Page 3120 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. ll 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 Ie 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 paÉies D et E. BTS ELECTROTECHNIQUE SESSION 2015 Epreuve E.4.1 : Etude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisation Repère: 15-EQPEM Page 4120 Partie A. Garactéristiques du groupe électrogène' L'objectif de cette paftie esf de valider le dimensionnement d'un moteur diesel" Les caractéristiques des groupes électrogènes sonf données en annexe 1 page 16 et seront utilisées pour répondre aux quesfrbns de la pattie A" 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 I'alternateur et de son facteur de puissance; de la vitesse de rotation du moteur; de la puissance maximale fournie par le moteur. A.2, Vitesse de rotation et accouplement : A.2.1. Calculer la vitesse de rotation n (en tr.min-1; de I'alternateur pour obtenir une fréquence des tensions de sortie égale à 50 Hz. A.2.2. Le moteur est-il accouplé à I'alternateur directement ou par I'intermédiaire d'un réducteur ? Justifier la réponse. A.3. Calculer la puissance active nominale PetecN fournie par l'alternateur pour un facteur de puissance de 0,8 et vérifier que cela correspond à la puissance maximale disponible en sodie de groupe électrogène' A.4. Pertes de I'alternateur au point de fonctionnement nominal : Les perfes de I'alternateur (pre,, pméca, ploures) donnent toutes lieu à une dissipation de chaleur" En vous référant aLtx "cara;téristiques alternateuf' de I'annexe 1 page 16: A.4.1. Déterminer la valeur des pertes totales p1o1x' A.4.2. Déterminer la valeur de I'ensemble pertes fer et mécanique PrerN*PmécaN. A.4.3. En déduire la valeur des pertes joules pjoutesN. A.S. Calculer le rendement qx de I'alternateur pour ce point de fonctionnement et comparer à la valeur constructeur. A.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 ELECTROTECHNIQUE SESSION 2015 Épreuve E.4.1 : Ëtude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisation Repère: 1s-EQPEM Page 5120 4.7 " Calculer la puissance mécanique Pr6.u que doit fournir le moteur diesel pour que I'alternateur fournisse sa puissance active nominale. 4.8. Le moteur du groupe permet-il ce fonctionnement ? Justifier la réponse. Pendant /es specfacles, chaque groupe électrogène sera eonfiguré pour fournir une puissance active Pelec = 600 kW avec un facteur de puissance k = 0,928. 4.9. Calculer dans ce cas, Ia puissance mécanique que doit fournir le moteur en détaillant les calculs intermédiaires. Partie B. Consommation d'un moteur diesel. L'objectif de cette partie esf de déterminer Ie volume de fioul nécessare pour le d é ro u Ie me nt d e s specfac/es. La consommation correspond au débit en litres par heure L.h4 du fioul absorbé par un moteur diesel. EIIe est liée à la puissance qu'il fournit suivant Ia caractéristique donnée figure 3. consomrnâim L.h-r 300 2AO 260 240 27f) zûo 1AO 15€) 14(] 120 10{' EO 60 4(} ?o o o 10 2t) 30 40 50 6(} 70 ao 9t) 106 11t 12() q/o Fulssance max { I + I I I Figure 3 8.1. En vous référant à cette caractéristique et aux ( données générales moteur > de I'annexe 1 page 16, indiquer la valeur de la consommation, en L"h-1, d'un moteur lorsqu'il fournit une puissance de 1 100 kW. BTS ELECTROTECHNIQUE SESSION 2015 Epreuve 8.4.1 : Etude d'un système technique industriel Pré-étude et modélisation Repère : 1s-EQPEM Page 6/20 On supposera qu'Ltn spectacle dure en moyenne 2h30min et que pendant le spectacle chaque moteur diesel fournit une puissance mécanique de 625 kW. B'2- Montrer que le volume V1 de fioul consommé par chaque moteur durant un spectacle vaut V1 = 375L. Le pouvoir calorifique inférieur PCI d'un combustible représente l'énergie dégagée sous forme thermique par Ia combustion de 1 kg de ce combustibte Le pouvoir calorifique inférieur du fioul utilisé est pd = 11 ,g kWh.kga . La masse volumique de ce fioul est p = 0,gS kg.Lu" 8.3. Calculer la masse de fioul correspondant au volume V1. B-4- Calculer l'énergie thermique Qr, êfi kWh, correspondant à la combustion du fioul par moteur pendant la durée d'un spectacle. 8.5. Calculer le rendement d'un moteur. Le fioul esf sfocké dans une citerne d'une capacité de 10000 litres enterrée sous /e sous- sol du bâtiment pour des raisons de sécurite. Un réseruoir iournalier d'une capacité de 5A0 /ifres esf implanté dans le local de Ia centrale Groupe Étectrogène sur la ferrasse et arimente les moteurs. 8.6. Calculer le volume total de fioul nécessaire par spectacle. Le réservoir journalier suffit-il, ou doit-il être approvisionné pendant le spectacle ? Fartie G. Dimensionnement du réseau fioul. L'obiectif de cefte partie esf de déterminer te modèle de pompe ainsi que le nombre de pompes nécessaire à I'approvisionnement du réseruoir journalier" Le cahier des charges impose que le réseruoir puisse être rempli en moins dtune demi-heure. Le bureau d'étude a fait les choix uploads/Industriel/ bts-et-2015-metro.pdf