Baccalauréat Général

Session 2007

Série S Sciences de l’Ingénieur

L'alimentation aérienne Le fournisseur

d’énergie distribue

dans les 21 sous-

stations une tension

alternative triphasée

de 15 000 volts

Tension

continue de

750 volts

L’énergie électrique est transmise au TRAM via

les caténaires de faible section (1,5 cm2) situées

à 6 mètres de hauteur. Le courant est capté par

les rames via un pantographe unique

Cette alimentation aérienne concerne plus de 14 km de voie double

Dans le centre historique de Bordeaux, pour limiter l'impact

visuel, l'alimentation électrique du TRAM se fait par le sol

grâce à un nouveau procédé parfaitement sécurisé

L‘alimentation par le sol

2 frotteurs situés sous le TRAM captent l’énergie

délivrée par une succession de coupons

conducteurs isolés les uns des autres

L‘alimentation par le sol Principe

1

2

3

4

5

Cette nouvelle technologie

concerne 10 km de voie

double

Seuls un ou deux coupons

situés sous la rame sont

mis sous tension

Les coupons sont donc

successivement sous

tension au fur et à

mesure de l'avancée de

la rame

Partie A

Partie B

Partie D

Partie E

Comment assurer la protection électrique des personnes

aux abords d’une voie alimentée par le sol ?

Validation des procédures de changement de mode

d’alimentation

Vérification des capacités de l’énergie embarquée

Validation du choix des liaisons série de supervision et de

maintenance

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3

D1 D2 D3

E1 E2 E3 E4

3 pts

3 pts

3 pts

3 pts

2 pts

3 pts

4 pts

3 pts

3 pts

5 pts

4 pts

4 pts

3 pts

4 pts

Questionnement - Durée - Barème

30 mn

11 points

30 mn

11 points

Pa

rtie

Gé

nie

Ele

ctr

iqu

e

30 mn

11 points

40 mn

14 points

Questionnement - Relation avec le Programme

Partie A

Partie B

Partie D

Partie E

Comment assurer la protection électrique des personnes

aux abords d’une voie alimentée par le sol ?

Validation des procédures de changement de mode

d’alimentation

Vérification des capacités de l’énergie embarquée

Validation du choix des liaisons série de supervision et de

maintenance

Analyse Fonctionnelle - CI1 AF1 AF3

Systèmes Logiques et Numériques - CI11 I9

Comportement Dynamique et Energétique des systèmes – CI7 E4

Communication et Réseaux – CI12 I12

A-1

Compléter le schéma

de l'alimentation

séquentielle des

segments de rail du

tramway pour les

positions 2 et 3

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

Hors présence

de la rame, les

segments sont

mis hors

tension et reliés

au potentiel 0 V

Seuls, le ou les segments sous la rame peuvent être mis sous tension La fonction de ces 2

interrupteurs est

EXCLUSIVE

A1 3 pts

A-2

Ecrire la condition entre la

longueur de la Zone

électriquement neutre Zen

et la distance Df séparant

les 2 patins frotteurs

garantissant une

alimentation continue de la

rame

Zen

Df

Zen < Df

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

A2 2 pts

Les 2 rails contigus doivent être alimentés

lorsque les 2 frotteurs passent sur la zone

électriquement neutre. Pour assurer la

continuité électrique, la condition suivante

est nécessaire.

Les 2 frotteurs

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

A-3

Ecrire la condition entre

la longueur de la Zone

électriquement neutre

Zen la longueur de la

rame Lrame et la longueur

d'un segment de rail Lrail

assurant la protection

électrique des

personnes aux abords

d'une voie alimentée par

le sol

L’emprise au sol du TRAM correspond

d’après la figure ci-dessus à 2 longueurs de

rail et 3 zones électriquement neutre

Cela correspond seulement à un majorant

Lrame > 2 x Lrail + 3 Zen

Lrame > 2 x Lrail + Zen

La situation précédente correspond au cas

le plus restrictif

A3

3 pts

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

A-4

Définir, en fonction de la

longueur de sécurité piétons

et donc de L1 et L2, la durée

disponible Tmax pour

couper l'alimentation d'un

segment de rail après le

passage du tramway

La vitesse maximale du

tramway en exploitation

Vmax est de 60 km/h

D’après le document technique n°1, la longueur

de sécurité piétons est représentée par la

différence entre les longueurs L2 et L1

La vitesse du Tramway étant constante, on peut écrire :

Mouvement Rectiligne Uniforme

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

A-4

Définir, en fonction de la

longueur de sécurité piétons

et donc de L1 et L2, la durée

disponible Tmax pour

couper l'alimentation d'un

segment de rail après le

passage du tramway

La vitesse maximale du

tramway en exploitation

Vmax est de 60 km/h

Mouvement Rectiligne Uniforme

Application numérique :

L2 = 10 000 mm soit 10 m L1 = 14 635 mm soit 14,635 m

Ainsi

La durée disponible pour couper l’alimentation est au plus de 0,278 s A4

2,5 pts

Partie A

Comment assurer la

protection électrique

des personnes aux

abords d’une voie

alimentée par le sol ?

A-4

Sachant que la durée

effective de mise en sécurité

varie de 245 à 275 ms,

conclure sur l'aspect

sécurité du Cahier des

Charges fonctionnel

La durée disponible pour couper l’alimentation

est au plus de 0,278 s soit 278 ms

La durée de mise en sécurité est, dans le pire

cas, de 275 ms

275 ms étant une valeur inférieure à 278

ms, le Cahier des Charges Fonctionnel

est respecté

A4 0,5 pt

B - VALIDATION DES PROCEDURES DE CHANGEMENT DE MODE D'ALIMENTATION

B-1) Compléter, sur le document réponse DR2, les solutions constructives du FAST

partiel de la fonction de service FP: ALIMENTER LE TRAMWAY.

Contacteurs LAC

ou Pantographe

Batteries

d’accumulateurs

Chargeur

B1 3 pts

B-2) Définir les réceptivités manquantes associées aux transitions t10, t60 et t67 (voir

DT2) correspondant à la synchronisation entre le grafcet maître et le grafcet préparation

mode LAC.

X67

X10

X11

B2 3 pts

B-3) Etablir la structure

linéaire du grafcet

préparation mode APS.

REMARQUE: On fera

particulièrement attention

à ce que la rame ne soit

pas alimentée

simultanément par les 2

modes d'alimentation et à

minimiser le temps

pendant lequel la

rame n'est pas alimentée.

70

71

72

73

74

75

76

77

Frotteurs bas

X20

Relais LAC non alimenté

Antennes sous tension

Relais APS alimenté

Pantographe bas

Relais chargeur alimenté

X21

Descendre frotteurs

Ouvrir relais LAC

Alimenter antennes

Fermer relais APS

Descendre pantographe

Fermer relais chargeur batterie

B3 5 pts

D - VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE

D-1) Le « coffre secours» est composé de bacs associant des batteries

d'accumulateurs pour délivrer chacun une tension de 36 Vdc. Déterminer le

nombre de bacs nécessaire dans une rame ainsi que leur association.

36V 750V

N = 750 / 36 = 20,83 soient 21 éléments (bacs) en série

D1 2 pts + 1 pt

D-2) En fonction des données précédemment décrites, calculer la puissance

moyenne totale fournie par le « coffre secours» à une rame.

Pmoy = U . Imoy = 750 x 250 = 187,5 . 103 W

Pmoy = 187,5 kW

Paux = Uaux . Iaux = 30 x 24 = 720 W négligeable

La capacité nominale de chaque batterie d'accumulateur est de 15 Ah

C = 15 x 0,8 = 12 Ah

La capacité réelle du « coffre secours» étant de 80% de la capacité nominale,

calculer l'autonomie exprimée en durée permettant l'alimentation du circuit

principal.

Que peut-on dire de la puissance mise en jeu dans les circuits auxiliaires?

C = I x t

t = C / I = 12 / 250 = 0,048 h = 172,8 s t = 172,8 s

D2-3 2 pts

D2-1 1 pt

D2-2 1 pt

D-3) La vitesse moyenne de déplacement d'une rame de tramway étant de 8 km/h,

calculer la durée d'un cycle de déplacement de 19 m et conclure sur l'efficacité du

«coffre secours» embarqué par rapport à sa fonction.

v = d / t t = d / v = 19 / 2,22 = 8,55 s

v = 8 km.h-1 v = 8 x 1000 / 3600 = 2,22 m.s-1

t = 8,55 s < 172 s . Donc capacité suffisante

D3 3 pts + 1 pt

E - VALIDATION DU CHOIX DES LIAISONS SERIE DE SUPERVISION ET

DE MAINTENANCE

E-2) Définir la vitesse maximale de transmission en bits/s.

T0 = 208,3 µs = 208,3 . 10-6 s

1 / T0 = 1 / (208,3 . 10-6) = 4800 bits / s

Vitesse de transmission = 4800 bauds

E-1) Mot transmis :

0 1 1 0 1 1 1 0 soit $ 6 E E1 3 pts

E2 3 pts

E-3) On utilise le bit de parité pour contrôler l'exactitude du message transmis.

En parité paire, le mot complet (8 bits de données + 1 de parité) doit contenir

un nombre pair de 1.

Pour le mot précédemment transmis, définir le bit de parité pour une parité

paire. En déduire le protocole complet de cette liaison sous la forme (vitesse ...

, nombre de bits de données... , nombre de bits start... 1 nombre de bits stop ...

, parité.... ).

En déduire l'efficacité (rapport entre nombre de bits utiles et nombre de bits

transmis) de la transmission pour cette liaison série.

Vitesse : 4800 bauds

Nbre de bits de données : 8

Nbre de bits Start : 1

Nbre de bits Stop : 2

Parité : 1

Efficacité = 8/ 12 = 0,66 => 3200 bauds

5 bits à 1 donc bit de parité = 1

E3

1 pt +

2 pts +

1 pt

E-4) A partir du tableau comparatif des caractéristiques des liaisons RS232C et

RS485 ci dessous, justifier le choix de la liaison RS485 pour la supervision

embarquée.

E4 4 pts