(6MIG930) 3 crédits Module d’ingénierie Enseignant ... · PDF fileo Se familiariser avec le fonctionnement des réseaux électriques et leurs ... l’acquisition et l’analyse

PLAN DE COURS Hiver 2014

INGÉNIERIE DE LA HAUTE TENSION

(6MIG930) 3 crédits

Département des Sciences appliquées Module d’ingénierie

Enseignant Issouf Fofana, PhD ing.

Bureau : P4 – 5120 : (418) 545 5011 p. 2514

Courriel : [email protected] Internet : wwwens.uqac.ca/ifofana

Horaire et Local : Cours : Jeudi 13h 00 à 15h 45 (le 09-01-2014)

du jeudi 16-01-2014 au 24-04-2014 P1-5130

P2-3120

Laboratoire : Vendredi : 9h00 à 12h00

ou 13h à 16 h

R1-2000

Département des Sciences Appliquées Module d’ingénierie

6MIG930 – Ingénierie de la haute tension Plan de Cours Hiver 2014 Page 2 de 8

Formule pédagogique Les cours magistraux sont dispensés lors de la période réservée au cours et spécifiée à l’horaire de cours officiel. Des travaux pratiques en laboratoires sont dispensés aux dates mentionnées dans le présent plan de cours aux périodes de la semaine prévues à cet effet. Le cours ne comporte pas de travaux dirigés.

Insertion du cours dans le programme Le cours est optionnel dans les programmes de baccalauréat en génie électrique ainsi qu’à la maîtrise et doctorat en ingénierie. Le cours 6GEI510 Électrotechnique est pré-requis.

Objectifs généraux du cours Familiariser l'étudiant aux phénomènes et aux techniques reliés à l’ingénierie haute tension.

Objectifs spécifiques du cours o Comprendre la structure, le concept et le fonctionnement des techniques de génération électrique et des

réseaux de transport et de distribution d’énergies électriques; o Fournir les connaissances de base qui permettront d'identifier et de pondérer les paramètres importants

lors de la conception ou de l'analyse d'un réseau d'énergie électrique à haute tension; o Se familiariser avec le fonctionnement des réseaux électriques et leurs caractéristiques d’exploitation; o Connaître les comportements statique et dynamique des réseaux électriques; o Dimensionner différents éléments de ces réseaux; o Utiliser un logiciel pour la conception, simulation et exploitation d’un réseau électrique; o Utiliser des appareils de mesure essentiels, l’acquisition et l’analyse des données expérimentales, et

rédaction des rapports techniques.

Compétences visées par le cours Le cours couvre 3 qualités attendues d’un ingénieur (BCAPG), soient :

1. Qualité #2 : Analyse de problèmes (40%) 2. Qualité #4 : Conception (30%) 3. Qualité #5 : Utilisation d’outils d’ingénierie (30%)

L’acquisition de ces qualités par les étudiant(e)s sera mesurée en fonction des objectifs et indicateurs décrits dans le tableau suivant. Chaque indicateur sera évalué en utilisant le système de notation de l’UQAC. Ainsi la réussite du cours est directement liée à l’atteinte des qualités et objectifs précités au travers de l’évaluation de leurs identificateurs dans des devoirs, examens, synthèses et projet de conception. Objectifs Indicateurs Pondération

évaluée 2.1 Démontrer sa capacité à

identifier et à caractériser un problème d'ingénierie

2.1.1 Reconnaître les problèmes rencontrés par les ingénieurs: simple vs complexe; défini vs indéfini; solutions multiples vs solution unique; précision requise par la solution.

5%

2.1.3 Identifier un problème donné et le genre de solution appropriée.

5%

2.1.4 Posséder les connaissances mathématiques et d’ingénierie nécessaires pour solutionner un problème donné, de même que les connaissances connexes.

15%



2.2 Démontrer sa capacité à formuler une solution à un problème d’ingénierie en utilisant une méthodologie.

2.2.3 Identifier les solutions existantes pouvant être appliquées à un problème.

5%

2.2.5 Comparer les méthodes de solutions afin de sélectionner la meilleure.

5%

2.4 Démontrer sa capacité à mettre en œuvre une solution à un problème d’ingénierie

2.4.2 Évaluer des solutions alternatives à des problèmes à solutions multiples (ouverts) et sélectionner une solution finale.

5%

4.1 Démontrer sa capacité à cerner un problème d’ingénierie complexe et évolutif.

4.1.1 Énumérer et documenter les besoins et exigences de tous les intervenants (cahier des charges).

10%

4.1.3 Extraire les informations relatives aux codes et standards généralement employés dans le cas de problèmes similaires

2%

4.2 Démontrer sa capacité à produire un ensemble de solutions potentielles.

4.2.1 Utiliser des méthodes de recherche de solutions. 5%

4.4 Démontrer sa capacité à produire un design final solutionnant le problème.

4.4.2 Réaliser un concept ou un design détaillé (ou fournir un plan de réalisation).

11%

4.4.3 Améliorer de manière évolutive un concept. 2% 5.1 Démontrer sa capacité à

utiliser des outils d’ingénierie de base de même que des ressources et techniques généralement employés par un ingénieur.

5.1.1 Rechercher de l’information: Bibliothèque, Internet, etc.

3%

5.1.2 Modéliser et simuler des éléments ou systèmes : Utilisation de logiciels de simulation et de modélisation.

10%

5.1.3 Mesurer la performance d’un système : Utiliser des appareils et des logiciels de mesure

5%

5.3 Reconnaître les limites des outils utilisés

5.3.2 Comprendre les limites des outils employés 6% 5.3.3 Comprendre la précision et les sources d’erreurs

lors de mesures, de simulations ou de modélisations.

6%

Contenu du cours Cours magistraux Les séances du cours auront lieu selon l’horaire et au local prévus à cette fin. Le cours permettra l’apprentissage des éléments suivant dans le domaine du transport et de l’exploitation de l’énergie électrique.

Introduction à l’appareillage haute tension Configurations des réseaux et des postes Calculs de courant de court-circuits dans les réseaux industriels; risques associés à l’Arc Flash. Éléments des réseaux de transport: définition, fonction, conception et construction des appareillages à haute tension (Disjoncteurs, transformateurs de mesure, sectionneurs,…).

La maîtrise des champs électriques et applications à la conception des équipements.



Mécanismes d'amorçage d'une décharge dans l'air et application au dimensionnement des réseaux, isolateurs, éclateurs, parafoudres; influence de l'environnement atmosphérique, techniques statistiques de coordination de l'isolement des réseaux à haute tension.

Production de hautes tensions et fort courants en laboratoire : continue, alternative et de choc. Essais des matériels à haute tension.

Méthodes de mesures haute tension; les diviseurs résistifs, capacitifs et mixtes. Dégradations et vieillissement des isolants et Techniques non destructive de diagnostic des équipements et appareillage en haute tension (décharges partielles, mesure de capacité, résistance, tan δ,…).

Laboratoire Les laboratoires consistent en des séances de 3 heures qui se tiendront au local R1-2000. Les laboratoires auront lieu selon l’horaire prévu à cette fin. Ces travaux permettront aux étudiants de mieux maîtriser la matière. Il est très important de noter que la présence des tou(te)s les étudiant(e)s, à toutes les séances de laboratoire, est obligatoire. Les résultats obtenus au cours des manipulations en laboratoire et l’analyse des données mesurées doivent être soumis à l’assistant sous forme de rapport (compte rendu) pour évaluation. En cas d’absence d’un(e) étudiant(e) d’une ou maximum deux séances, ces derniers doivent être repris plus tard avec une autre équipe, faute de quoi une note de 0% lui (leur) sera attribuée, même si l’étudiant(e) participe à l’élaboration du compte rendu avec ses co-équipiers. En cas d’absence à plus de deux séances, la session toute entière sera compromise. Thème I : Optimisation de la conception et mise en parallèle des transformateurs de puissance. Les transformateurs de puissances représentent des équipements capitaux dans l’industrie. Vus comme le cœur de tout réseau électrique, leur bon fonctionnement est essentiel. Ce laboratoire, en deux parties, offre l’opportunité aux étudiants de s’initier à la conception des transformateurs de puissance et aux conditions essentielles à leur mise en parallèle. Thème II : Coordination des isolements. La coordination de l’isolation et l’isolation est une discipline permet de réaliser le meilleur compromis technico-économique dans la protection des personnes et des matériels contre les surtensions pouvant apparaître sur les lignes électriques, que ces surtensions aient pour origine le réseau ou la foudre. Elle participe à l’obtention d’une grande disponibilité de l’énergie électrique. Ce laboratoire offre l’opportunité aux étudiants de s’initier aux calculs de coordination des isolements (niveau de claquage, distance d’isolation, choix de parafoudre, etc.…). Thème III : Mesures des pertes diélectriques dans les isolations solides/liquides. Les besoins croissants en outils appropriés pour le diagnostique de l'isolation des systèmes de puissance (transformateurs, alternateurs, câbles, etc.), de manière non destructive et fiable, ont conduit au développement d'outils de diagnostic tels que la spectroscopie dans le domaine fréquentiel (FDS), au cours de ces dernières années. Ce laboratoire offre l’opportunité aux étudiants de s’initier à ce nouvel outil de diagnostic. Thème IV : Diagnostic des transformateurs par analyse d’huile. L'analyse des gaz dissous (AGD) est une technique de détection de certaines catégories de défauts affectant des appareils à remplissage d’huile qui ne peuvent être facilement mis en évidence par d'autres méthodes conventionnelles. Cette technique demeure de nos jours, l’une des plus usitées et notamment le premier reflexe des techniciens et ingénieurs en charge de la maintenance des transformateurs. Il s’agit également d’analyses exigées par les compagnies qui assurent les transformateurs. Le but de ce projet est de familiariser les étudiants à cette technique ainsi que les schémas d’interprétations développés à ce jour.



Projet de conception Un mini-projet de conception à effectuer individuellement ou en équipe de 2 sera demandé aux étudiants. Il sera à remettre à la fin de la session. Le travail se faisant par étapes, il sera effectué en continu au fur et à mesure que les notions seront vues au cours de la session.

Incidence sur la santé et la sécurité La Politique du Département des sciences appliquées en matière de santé et sécurité s’applique. Des notions de travail et de conception sécuritaire seront abordées lors de diverses séances du cours. Les règlements spécifiques au fonctionnement des laboratoires seront abordés lors du premier laboratoire.

Modalité d’évaluation Répartition

Mesure Valeur Indicateurs évalués Date prévue* Examen partiel 25% 2.1.1, 2.1.3, 2.1.4, 2.2.3, 2.2.5, 2.4.2, 4.1.1,

4.1.3, 4.4.2, 4.4.3, 5.3.2, 5.3.3 À venir

Examen final 30% 2.1.1, 2.1.3, 2.1.4, 2.2.3, 2.2.5, 2.4.2, 4.1.1, 4.1.3, 4.2.1, 4.4.2, 4.4.3, 5.3.2, 5.3.3

à fixer par le module

Laboratoire 20% 2.1.3, 2.1.3, 2.1.4, 5.1.3, 5.3.2, 5.1.1, 5.1.3, 5.3.2, 5.3.3

Selon l’horaire prévu

Projet de conception

25% 2.1.4, 2.2.2, 4.1.1, 4.4.2, 5.1.1, 5.1.2, 5.3.2. À remettre le 25 Avril 2013

*Les dates exactes et les locaux des examens seront fournis en temps opportun. L’utilisation de matériel électronique durant les examens sera conforme à la résolution du conseil de module d’ingénierie. Qualité du français écrit Tout travail remis doit être conforme aux exigences de la politique institutionnelle en matière de maîtrise du français écrit du Manuel de Gestion (www.uqac.ca > Employés > Le manuel de gestion PDF > lien de l’index, section 3.1.1-012). Indiquer ici si des pénalités spécifiques s’appliquent pour la qualité du français Pénalité pour retard Tout travail remis en retard sans motif valable sera pénalisé de 10%. Note de passage La note de passage est fixée à 60 % Évaluation du cours Ce cours sera évalué, conformément à la résolution du Conseil de module, à une date à déterminer entre le milieu et la fin du trimestre.



Éthique et professionnalisme La démarche éthique en relation avec la pratique professionnelle conforme à la déontologie de l’Ordre des ingénieurs du Québec suppose l’acquis de valeurs qui se manifestent par une conduite professionnelle, ainsi que socialement et éthiquement responsable. L’exercice de ce sens de l’éthique et de ce professionnalisme vous est demandé au travers des consignes suivantes.

Cours magistraux Dans l’intérêt de tous et pour créer un climat calme et propice à l’apprentissage, il est exigé de garder dans votre sac tous les objets TIC pouvant affecter l’attention des autres étudiants et celle du professeur. Ceci inclut l’ordinateur portable, le téléphone cellulaire (en mode fermé ou silencieux) et autres outils de communication (SMS, etc.), journaux et lecteurs MP3. Votre collaboration sera grandement appréciée par le professeur et les autres étudiants. Le professeur se réserve le droit de confisquer les dits objets le cas échéant (cours et/ou l’attention du professeur et/ou des étudiants sont affectés). En effet, l’utilisation des TIC dans la salle de classe ne peut se faire qu’à des fins pédagogiques. Les autres formes d’utilisation pouvant être potentiellement une source de distraction pour le professeur ou les autres étudiants.

Examens Tout appareil électronique personnel (cellulaires et autres outils de communication, lecteurs MP3...) est interdit pendant les examens et l’utilisation non autorisée d’un tel dispositif électronique sera considérée comme une fraude selon le terme de la procédure concernant les infractions relatives aux études et sanctions. Le professeur retire automatiquement l’examen à l’étudiant et ce dernier obtient la note zéro (0) pour cette évaluation.

Plagiat Les sanctions prévues à la politique institutionnelle sur le plagiat (www.uqac.ca>Employés>Le manuel de gestion PDF > lien de l’indes, section 3.1.0-007) seront appliquées aux étudiants identifiés par le professeur ou chargé de cours.

Soutien pédagogique

Périodes de disponibilité Le professeur se rendra disponible à son bureau (P4-5120) en dehors des heures régulières du cours aux heures suivantes :

• Mardi de 13h 30 à 15 h 00 • Vendredi de 11h 00 à 12h 15

Veuillez noter qu’il est possible que le professeur soit également disponible en dehors de ces périodes. Vous êtes invités à prendre rendez-vous par courriel au téléphone ou à passer à son bureau afin de vérifier sa présence.

Assistant Le responsable des laboratoires sera disponible lors des séances prévues à l’horaire. Ses disponibilités supplémentaires seront à préciser lors de la première rencontre. Une assistance technique sera assurée par un technicien du département. Le technicien ne sera disponible que lors de la séance de laboratoire prévue à l’horaire.



Références Malheureusement, il n’existe pas de manuel unique approprié au contenu de ce cours. Vous aurez ainsi accès à des notes de cours. Vous aurez donc accès aux notes de cours du professeur, disponible sur son site internet (http://www.uqac.ca/ifofana/). Document principal : I. Fofana, Ingénierie de la Haute Tension, Notes de cours 6MIG930, Hiver 2014. Le login utilisateur est : cours Mot de passe : haute1010 Consultez mon ce WEB afin de retrouver de l’information pertinente. Des messages importants y seront également transmis ainsi que vos résultats cumulatifs. Les acétates, régulièrement mis à jour, seront disponibles quelques jours précédents les séances de cours. Consultez ce site WEB afin de retrouver de l’information pertinente. Des messages importants y seront également transmis ainsi que vos résultats cumulatifs. Vous pouvez aussi consulter les références suivantes disponibles à la bibliothèque de l’UQAC :

- E. Kuffel, Zaengl W. S., High Voltage Engineering Fundamentals, Pergamon Press, 1970, (Collection générale Bibliothèque UQAC : TK3401K95.1970).

- M. S. Naidu and Kamaraju V. High Voltage engineering, New York ; 2e Ed, McGraw-Hill, 1996, (Collection générale Bibliothèque UQAC : TK3144N155.1996).

- M. Aguet et M. Ianoz, Haute Tension, Dunod, 1987 (Collection générale Bibliothèque UQAC : TK7T768.1990.22 et TK7T768.22).

G. Le Roy, C. Gary, B. Hutzler, J. Lalot et C. Dubanton, Les propriétés diélectriques de l’air et les très hautes tensions, Editions Eyrolles, Paris, 1984 (Collection générale Bibliothèque UQAC : TK3091P965.1984).

Bonne session à toutes et à tous...



Annexe 1 – Calendrier Hiver 2013 NOTE: L’ordre du contenu peut changer en relation avec la thématique du projet de conception.

Sem. / Séance Date Contenu 09 Janv. absent

1 / 1 16 Janv. Introduction à l’appareillage haute Tension (chap 1) Configurations des réseaux et des postes (chap 2)

2 / 2 À déterminer

Configurations des réseaux et des postes (chap 2) Appareillages à haute tension : transformateurs de puissance (chap 3)

23 Janv. Absent 3 / 3 À

déterminer Appareillages à haute tension : transformateurs de puissance et de mesure (chap 3)

4 / 4 30 Janv. Appareillages à haute tension : transformateurs de puissance et de mesure (chap 3) Calculs de courant de court-circuits dans les réseaux industriels; risques associés à l’Arc Flash (chap 4)

5 / 5 06 Fév. Appareillages à haute tension : Disjoncteurs (chap 5), 6 / 6 13 Fév. Appareillages à haute tension : sectionneurs (chap 6)

Dégradations et vieillissement des isolants (chap 7) Techniques non destructive de diagnostic des équipements et appareillage en haute tension (décharges partielles, mesure de capacité, résistance, tanδ,…)

7 / 7 20 Fév. Dégradations et vieillissement des isolants (chap 7) Mécanismes d'amorçage d'une décharge dans l'air et application au dimensionnement des réseaux, isolateurs, éclateurs, parafoudres; influence de l'environnement atmosphérique, techniques statistiques de coordination de l'isolement des réseaux à haute tension (chap 8). Initiation du projet de conception

8 / 8 27 Fév. Examen de mi-session ou Suite du chapitre 8.

9 / 9 06 Mars Semaine de relâche 10 / 10 13 Mars Examen de mi-session ou

Techniques statistiques de coordination de l'isolement des réseaux à haute tension (chap 8).

11 / 11 20 Mars Production des hautes tensions et fort courants en laboratoire : continue, alternative et de choc. Essais du matériel haute tension (chap 9)

12 / 12 27 Mars Production des hautes tensions et fort courants en laboratoire : continue, alternative et de choc. Essais du matériel haute tension (chap 9)

13 / 13 03 Avril Méthodes de mesures haute tension; les diviseurs résistifs, capacitifs et mixtes (chap 10).

14 / 14 10 Avril La maîtrise des champs électriques et applications à la conception des équipements (chap 11)

15 / 15 17 Avril Révisions Remise du projet de conception

Examen Final

Documents

(6MIG930) 3 crédits Module d’ingénierie Enseignant ... · PDF fileo Se familiariser avec le fonctionnement des réseaux électriques et leurs ... l’acquisition et l’analyse