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Lors de la conception de la protection des batteries de condensateurs, les ingénieurs ont principalement recours à la protection différentielle de tension (87V). Ce mécanisme de protection vise à détecter les défauts dans la batterie en mesurant un rapport entre deux points de mesure dans la batterie. Les éléments de condensateur défectueux, ainsi que les défauts vers la structure, provoquent une modification des tensions mesurées, entraînant un changement de rapport. En fonction de l'amplitude de ce changement, le relais de protection peut émettre une alarme vers le SCADA ou un signal de déclenchement vers le disjoncteur de la batterie.

Une protection basée sur l'impédance pour les batteries de condensateurs (21C) a été proposée pour surmonter certains inconvénients de la protection différentielle de tension (87V). Plus précisément, celle-ci s'est avérée plus sûre dans les batteries de condensateurs sans fusible. Mais, en fin de compte, comment ce schéma basé sur l'impédance se rapporte-t-il à la protection différentielle de tension plus traditionnelle? Pour répondre à cette question, il peut être utile de revoir le principe de fonctionnement d'un élément 87V.

 

Principe d'une protection différentielle de tension

La figure suivante illustre une batterie de condensateurs shunt sans fusible avec sa protection 87V. La protection nécessite l'utilisation d'un condensateur de mesure du côté basse tension de la batterie. La protection différentielle de tension utilise des lectures de tension à la fois de la barre et du condensateur de mesure. Le réglage de la protection est le rapport attendu entre les deux tensions mesurées.

Un changement de ce rapport peut signifier qu’un défaut est en cours ou la perte d'éléments de condensateur. En fin de compte, que représente réellement ce ratio? L'équation suivante nous éclaire un peu…

Cette équation démontre que le rapport surveillé par protection différentielle de tension représente le rapport de l'impédance de la batterie (RBank) sur l'impédance du condensateur de mesure (Rtap), étant donné que ce dernier est beaucoup plus petit. Ainsi, cela revient à dire que la protection différentielle de tension opérera lors d'un changement d'impédance de la batterie, par rapport à une impédance de référence, soit en raison de condensateurs défectueux, soit en raison de défauts.

Mesurer l'impédance au lieu d'un rapport de tension: la protection 21C

Le mécanisme de protection basé sur l'impédance remplace le besoin d'un condensateur de mesure par l'utilisation d'un transformateur de courant. Ce transformateur fournit une mesure de courant que le relais de protection utilise pour calculer l'impédance réelle de la batterie. Ce transformateur de courant peut être installé en amont ou en aval de la batterie. L'installation du côté basse tension de la batterie, telle qu’illustrée dans la figure suivante, impose moins d'exigences en matière d'isolation et réduit potentiellement le coût de l'équipement.

Ensuite, au lieu d'un rapport de tension, le relais opère lorsque la différence d'impédance dépasse un certain seuil, comme illustré ci-dessous.

Avantages de l'utilisation d'une protection basée sur l'impédance

Le mécanisme basé sur l'impédance peut également permettre une plus grande granularité dans la protection de l'ensemble de la batterie. Par exemple, dans une batterie sans fusible, des transformateurs de courant pourraient être installés sur chaque branche de la batterie. Au lieu d'avoir un élément de protection global pour la batterie, chaque branche dispose d'un élément de protection distinct, utilisant sa propre mesure d'impédance.

Avoir une lecture d'impédance pour chaque branche donne plus de marge d'erreur pour différencier les défauts survenant dans une seule branche des défauts survenant dans plusieurs branches. En utilisant une protection différentielle de tension, le relais de protection ne peut pas distinguer les éléments de condensateur défectueux dans une seule branche par rapport à plusieurs branches. L'augmentation d’impédance causée par ces pannes conduira à terme au déclenchement de la batterie et nécessitera une maintenance. D’un autre côté, une mesure d'impédance par branche permet d'identifier où se trouvent les condensateurs défectueux dans la batterie. Les pannes distribuées n'entraîneraient plus un déclenchement de la batterie puisque les unités de condensateurs sont toujours dans leur plage de tension nominale. Cela se traduit par une disponibilité accrue de la batterie.

Un autre avantage de cette protection est qu'elle offre une façon plus naturelle pour l’opérateur de surveiller la batterie. Connaissant l'impédance attendue de la batterie, ou de ses branches, on peut facilement la comparer à l'impédance mesurée par le relais. Ces mesures peuvent également être affichées localement ou à distance à l'utilisateur, à l'aide d'une interface graphique qui permet une évaluation facile de l'état de santé de la batterie.

Les mesures d'impédance pourraient également être transmises à un enregistreur de données pour documenter le vieillissement de la batterie. Ces données s'avéreraient précieuses dans une stratégie de maintenance préventive conditionnelle pour les batteries de condensateurs.

Conclusion: pas un remplacement, mais un mécanisme de protection complémentaire

Enfin, alors que les mécanismes de protection 87V et 21C visent tous deux à détecter les défaillances et les défauts des condensateurs au sein de la batterie, leur fonctionnement interne est toujours différent. L'utilisation des deux schémas sur une seule batterie fournirait non seulement une redondance des dispositifs de protection, mais également une redondance au niveau fonctionnel; un système pourrait être plus efficace pour détecter certains cas limites et vice versa.

Pour en apprendre plus au sujet de l'amélioration de la surveillance de la santé des batteries de condensateur et la réduction des coûts à l'aide d'une protection basée sur l'impédance, envoyez-nous simplement un courriel à et demandez une copie de notre article à ce sujet.