L'électrotechnique en génie de la construction: manuel

On amène les informations principales de la théorie des circuits électriques, des transformateurs et des voitures électriques, la base de l'électronique et d’entraînement électrique d'amener. On décrit le matériel électrique des chantiers, des entreprises de l'industrie de construction, des systèmes de génie des bâtiments. Le manuel est destiné aux étudiants des Universités, aux enseignants et aux lecteurs qui s’intéressent aux questions de fonctionnement de l'équipement électrique

Nouvelle électrification en courant continu moyenne tension pour réseau ferroviaire

Depuis le début du 20ème siècle, différents systèmes d’électrification ferroviaire en courantcontinu et en courant alternatif ont été développés en Europe. Les systèmes en courant alternatifmonophasé moyenne tension (25 kV-50 Hz ou 15 kV 16,7 Hz) permettent d’utiliser une caténairelégère de faible section de cuivre mais de par leur principe mettent en jeu de la puissancefluctuante et de la puissance réactive qu’il faut compenser par des dispositifs volumineux etcoûteux. Les systèmes d’électrification à courant continu (1,5kV ou 3kV) ne possèdent pas cesinconvénients mais en contrepartie, leur relativement faible niveau de tension implique lacirculation de courants élevés dans la caténaire ce qui s’oppose à toute augmentation de trafic carla section de cuivre ne peut pas être augmentée au-delà de 1000 mm2. Du point de vue dumatériel roulant, les locomotives alimentées en courant alternatif ont une chaine de conversiond’énergie électrique complexe et volumineuse (transformateur abaisseur, redresseur, filtre bassefréquence puis onduleur). En revanche, une chaine de conversion fonctionnant sous caténaire àcourant continu se réduit à un filtre d'entrée et à un onduleur de traction. Aujourd’hui, les progrèstechnologiques réalisés dans le domaine de l'électronique de puissance permettent d’envisager ledéveloppement de réseaux électriques à courant continu moyenne tension pour accompagner latransition énergétique en intégrant plus facilement des sources d’énergies renouvelables et deséléments de stockage d’énergie. Partant de ce constat, l’objectif de ce travail de thèse est deproposer un nouveau système d’électrification ferroviaire à courant continu moyenne tension,d’une part, dans le but de combiner les avantages des systèmes actuels d’électrification et d’autrepart, d’envisager à moyen terme la rénovation des lignes électrifiées à courant continu. Le premierchapitre de cette thèse présente un état de l’art des systèmes d’électrification ferroviaire existantset des chaines de traction associés. Le deuxième chapitre met en évidence l’intérêt d’uneélectrification à courant continu moyenne tension pour la traction ferroviaire. Une méthode decalcul, permettant de déterminer le niveau de tension continue pour un trafic donné, est proposée.Il est ainsi montré que le choix d’un niveau de tension à 9 kV permet d’obtenir des sections decaténaire et un espacement des sous-stations comparables au système 25kV-50 Hz. Dans sapremière partie, le troisième chapitre propose une stratégie permettant de faire évoluer le systèmed’électrification 1,5 kV existant en France vers un système 9 kV. En attendant que le parc d’enginsde traction soit adapté pour fonctionner sous une caténaire à 9 kV, il est possible de préparerl’évolution du système d’électrification en déployant une ligne de transport d’énergie électrique en9 kV (feeder) en parallèle de la caténaire 1,5 kV existante. Au terme de la période de transition, leniveau de tension 1,5 kV est complètement supprimé et la totalité de l’infrastructure ainsi que lesengins de traction fonctionnent alors sous 9 kV. La deuxième partie de ce chapitre est consacréeà l’étude d’une topologie associant des convertisseurs DC/DC isolés et permettant de remplir lafonction de transformateur électronique indispensable pour le renforcement de l’alimentation de lacaténaire 1,5 kV à partir du feeder 9 kV.Le quatrième chapitre présente la réalisation et les essaisd’un convertisseur DC/DC isolé d’une puissance de 300 kW utilisant des modules MOSFET SiC3,3 kV. Une conclusion générale et des perspectives concluent ce mémoire

Les électrobus de Savoie (années 1920-années 1960) : mobilité, territoire et énergie autour d’un choix technique intermédiaire

Bénéficiant des opportunités fournies par la loi sur l’hydroélectricité de 1919, le Conseil général de Savoie entreprend d’utiliser le courant électrique disponible pour construire des lignes de transport public, mêlant déplacements des habitants et des touristes et transport des marchandises. Le choix de la technique des électrobus, qui permet d’affronter pentes et climat de montagne, mobilise les experts départementaux et les hommes politiques. Ce moment du choix technique correspond à l’élaboration d’un discours de développement territorial articulant industrie et tourisme.Due to the economic opportunities of the law on hydropower energy in France (1919), the Conseil général of the Savoy Department decided to use electrical current to build new public transportation lines. These lines combined movements of local inhabitants, foreign tourists and also freight transportation. The choice of the technology of electrobus was a moment of debate between engineers, experts and politicians. This moment shaped a discourse on local development based on industry and tourism

La conception, la modélisation et la simulation du système VSC-HVDC offshore

L'énergie éolienne est reconnue mondialement comme une technologie éprouvée pour répondre aux demandes croissantes d'électricité d'une manière durable et propre. En outre, ce vecteur d'énergie (vent) repère aussi avec une grande intensité en mer ce qui signifie une production accrue d'énergie. Notre but de recherche est de concevoir, modéliser et simuler un système VSC-HVDC offshore à base d’IGBT à trois niveaux à point neutre calé. L'acquisition optimale et l'agrégation de cette source d'énergie fait appel à la technologie des multi-terminales à haute tension à courant continu, basée sur des convertisseurs type source de tension connectés aux bornes des sources à courant alternatif. Pour favoriser ce système nous avons adapté un nouveau schéma principe de VSC-HVDC et une nouvelle commande basée sur le contrôle de la puissance générée par le parc éolien, sur la régulation de la tension continu et la synchronisation entre deux système (parc éolien-VSC VDC). Cette commande est validée en utilisant la modélisation de la largeur d'impulsion par Matlab/Simulink. Les résultats de simulation montrent que notre système est stable avec une bonne qualité (THD< 5%) et un facteur de puissance élevé

Réalisation d'un modèle d'interconnexion CCHT sous EMTP-RV

Ce document traite de la réalisation d'une interconnexion CCHT sous EMTP-RV. Les travaux effectués dans ce domaine sont tout d'abord passés en revue. La problématique liée à cette technologie est ensuite présentée. Subséquemment, les divers éléments et les systèmes de commande et de protection développés dans le modèle sont détaillés. Les actions portées par les systèmes de protection lors de divers types de défauts sont ensuite mises en évidence. Une validation complète du modèle est présentée. Tout d'abord, ce dernier est comparé avec celui existant sous SPS, une librairie de Matlab/Simulink. Ensuite, la robustesse des commandes et protections est mise à l'épreuve par la simulation du modèle de référence du CIGRÉ dont les conditions d'opération sont sévères. Finalement, le comportement général du modèle en présence de multiples perturbations est analysé à l'aide de résultats obtenus de la simulation de l'interconnexion en configuration bipolaire

Conception d'un compensateur actif multifonctions corrigeant toutes les pertubations en tension générées par les charges non linéaires et les fours à arc

L'électronique de puissance a donné naissance à de nombreuses nouvelles applications, offrant aux clients un confort, une flexibilité et une bonne efficacité. Mais, sa prolifération au cours de la dernière décennie est devenue préoccupante et se trouve à l'origine de plusieurs défauts. Ces derniers se manifestent sous forme de différentes perturbations affectant, un ou plusieurs, paramètres suivants: la fréquence du système, l'amplitude des trois tensions aux points de raccordement, la forme d'onde qui doit être la plus proche possible d'une sinusoïde et enfin la symétrie du système triphasé, caractérisée par l'égalité des modules des trois tensions et de leur déphasage relatif. En outre, les tensions perturbatrices dans un réseau électrique basse tension sont principalement les surtensions, les creux de tension, les tensions harmoniques et les tensions déséquilibrées. Ces deux dernières sont généralement causées par la circulation des courants harmoniques et/ou déséquilibrés pouvant ainsi causer plusieurs effets néfastes. Le passage de ces courants harmoniques dans les impédances du réseau électrique peut entraîner des tensions harmoniques aux points de raccordement et alors polluer les consommateurs alimentés par le même réseau électrique. Parmi les effets que peut causer les tensions harmoniques, nous citons: l'échauffement, l'interférence avec les réseaux de télécommunication, les défauts de fonctionnement de certains équipements électriques ainsi que le risque d'excitation de résonance. Quant aux creux de tension, ils sont à l'origine de deux types de phénomènes: le premier est dit aléatoire, comme la foudre ou les courts-circuits accidentels, le deuxième est dit intrinsèque et il est dû au fonctionnement d'appareils à charge fluctuante ou à la mise en service d'appareils appelant un courant élevé au démarrage. Les creux de tension sont susceptibles de perturber et dégrader le fonctionnement de certaines installations et pouvant ainsi aller jusqu'à la destruction totale de certains équipements. Mon projet de recherche met en oeuvre une approche simple et facile pour contourner, en même temps et à la fois, tous les effets néfastes mentionnés auparavant via l'utilisation et l'implantation d'un compensateur actif de puissance, à structure tension, entre le point de livraison (PCC) et la charge à protéger. La technique utilisée dans ce projet est sans doute la plus facile à utiliser, la plus flexible, la plus efficace et la plus rentable. Elle a montré une bonne efficacité, un bon fonctionnement et elle a donné de bons résultats pour corriger toutes les perturbations générées par les fours à arc électrique ainsi, elle pourra être auto-adaptative comme elle pourra être utilisée pour corriger les défauts d'harmoniques et de creux de tensions générés par de nombreux types de récepteurs triphasés non équilibrés

Etude des phénomènes de charges d'espace dans des matériaux de câbles et câbles modèles destinés à des applications au transport d'énergie en Haute Tension Continue (HVDC)

Ce travail s'inscrit dans le cadre général du développement de câbles haute tension continue (HVDC) à isolation synthétique et se focalise sur l'étude des phénomènes d'accumulation de charges d'espace et de leurs conséquences sur la distribution de champ électrique dans les câbles et jonctions de câbles sous gradient thermique. Dans cette étude, des mesures de courant de conduction ont été réalisées sur deux matériaux polymères: le polyéthylène réticulé (XLPE), majoritairement utilisé comme isolant des câbles à haute tension, et un élastomère (EPDM) servant de matériau de raccordement. Ces résultats issus d'échantillons plans sont utilisés pour établir des modèles semi-empiriques de conductivité fonction de la température et du champ électrique. L'incorporation de ces modèles dans un logiciel de simulation numérique a permis par la suite de prédire les distributions de densité de charge et de champ dans différentes structures à géométrie plus complexe telles que les câbles et les associations d'isolants, modèles d'accessoires de câbles, soumis à diverses contraintes électriques et thermiques, en régime transitoire. Des mesures de charge d'espace, réalisées sur des bicouches d'isolants XLPE/EPDM, sur des câbles maquettes moyenne tension (MV) et mini-câbles, ont été effectuées par la méthode électro-acoustique pulsée. Les résultats obtenus dans les bicouches, modèles de jonctions, sous différentes conditions de température et de champ montrent que le signe de la charge d'interface dans les bicouches dépend de la température et du champ électrique. A ce comportement est associée une discontinuité du champ électrique dans les bicouches. Pour les câbles soumis à un gradient thermique, les résultats montrent le déplacement au cours du temps de la contrainte électrique maximale du semi-conducteur interne au semi-conducteur externe dû au gradient de conductivité électrique associé au gradient thermique selon le rayon du câble. Les résultats obtenus par simulation sur les structures bicouches (signe et densité de charge d'interface) et câbles MV sont compatibles avec les profils de densité de charges issus de la mesure sous différentes contraintes électriques et thermiques. Les écarts observés entre les résultats de simulation et de mesure sont attribués à la présence d'autres phénomènes d'accumulation de charges non pris en compte dans la simulation, liés entre autres à la présence de sous-produits de réticulation. L'effet des sous-produits de réticulation sur la réponse des isolants est considéré dans des mesures de charges d'espace sur mini-câbles et par l'évaluation des paramètres pertinents sur l'accumulation de charges appliquée à diverses formulations d'échantillons plans. Des distorsions très significatives du profil de champ électrique ont été mesurées, attestant de la tendance manifeste des sous-produits à se dissocier sous l'effet du champ et/ou à assister l'injection de charges.This work contributes to the development of polymer-insulated high voltage direct current (HVDC) cables, focusing on the investigation of space charge build-up phenomena and their consequences on electric field distribution within cables and cable joints under thermal gradient. In this study, conduction current measurements were realized on two different materials often used for HVDC cable construction, being cross-linked polyethylene (XLPE) used as cable insulation and an elastomer (EPDM) used in accessories. These data were used to build semi-empirical models of conductivity versus temperature and electric field. These models were incorporated in a commercial simulation tool in order to predict charge density and field distributions in more complex geometries such as cylindrical geometry and insulations association, submitted to various thermal and electrical stresses, in non-stationary conditions. Space charge measurements were carried out on bi-layers of XLPE/EPDM, and on medium voltage (MV) model cables and mini-cables, using the pulsed electro acoustic method. Results obtained on bi-layers as models of joints under various conditions of temperature and field show that the sign of the interfacial charges in the bi-layers depends on temperature and electric field. This makes non-homogeneous field distribution in bi-layers. For cables under thermal gradient, results show a switching in time of the position of field maximum from the inner semi-conductor to the outer semi-conductor due to the electrical conductivity gradient resulting from the thermal gradient along cable radius. Simulation results obtained on bi-layers (sign and density of charges) and within MV cables are consistent with charge density profiles obtained experimentally under various electrical and thermal stresses. Deviations between simulation and measurements are attributed to charge accumulation processes not accounted for in the model, involving notably cross-linking by-products. The effect of cross-linking by-products on the response of insulations is investigated through measurements on mini-cables and through the evaluation of parameters relevant to the accumulation of charges applied to various formulations of samples in plaque form. Substantial distortions of the electric field profile were measured, testifying for the evident propensity of by-products to dissociate under the electric field and/or assist charge injection

Vers une conception optimale des chaînes de traction ferroviaire

Cette thèse aborde la conception optimale des chaînes de traction par l'exemple d'une chaîne de traction pour métro. Les données d'entrée de la conception d'une chaîne de traction sont la performance attendue et l'encombrement des équipements nécessaires. Pour aider le concepteur, l'outil informatique donne aujourd'hui la possibilité de construire une grande variété de modèles. D'autre part, les algorithmes d'optimisation permettent de trouver les configurations optimales. Ces possibilités ont été exploitées au cours de ce travail. Les modèles développés permettent d'estimer un large nombre de critères. A travers l'exemple de ces modèles, la méthode de conception suivie est détaillée dans le rapport. D'un point de vue technique, la chaîne de traction proposée est détaillée dans le dernier chapitreThis thesis deals with the optimal design of electric drivetrains. A drivetrain for metro is taken as an example. The input data for the design are the expected performance and the size of the required equipments.To assist the designer, the computing tool now gives the opportunity to build different sort of models. In addition, optimization algorithms allow finding optimal configurations. This work is an attempt to exploit these possibilities. The design models are used to value a large number of criteria. Through the example of these models, the design method followed is detailed in the document. From a technical point of view, the proposed drivetrain is detailed in the last chapterVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF