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Dans un billet précédent, nous avons démontré comment la protection basée sur l'impédance (21C) est un complément parfait pour la protection différentielle de tension plus traditionnelle (87V). La protection basée sur l'impédance fournit une rétroaction plus naturelle à ses utilisateurs et peut facilement être utilisée dans un programme de surveillance basé sur la condition pour la maintenance.

Toutefois, l'un des inconvénients parfois soulevés à propos de cette protection est que la capacité de la batterie varie tout au long de la journée à mesure que la température change. De plus, cette variation n'est pas uniforme sur la batterie en raison des variations d’exposition entre soleil et ombre. Ultimement, cela peut mener à une fausse alarme ou à un déclenchement intempestif.

Dans cet article, nous mettrons en évidence les effets de la température sur l'impédance de la batterie de condensateurs et démontrerons une nouvelle approche révolutionnaire que l’on peut utiliser pour résoudre ce problème.

Effet de la température sur l'impédance de la batterie de condensateurs

Comme il est indiqué dans la littérature existante, la variation de la capacitance d'une batterie en raison de la température peut facilement atteindre ± 2% pour une plage de température de ‑30^oC to 60^oC. Il faut s'attendre à des températures comprises dans cette plage lorsqu’on tient compte de l'exposition au soleil. En outre, l'exposition au soleil entraînera des variations inégales sur la batterie.

Lorsque le nombre d'éléments de condensateurs par branche est élevé, par exemple supérieur à 30, une variation d'impédance de ± 2% est du même ordre qu'une défaillance d'un seul élément de condensateur. Si l'élément de protection est configuré pour déclencher une alarme pour les pertes d'éléments de condensateur unique, une fausse alarme pourrait résulter de la variation de température.

Notez que cet effet peut également être observé avec un mécanisme de protection différentielle de tension. Comme démontré dans notre article précédent, l'élément 87V peut se traduire en un rapport d'impédances. On peut supposer que la température ambiante a peu d'effet sur cet élément, mais une exposition solaire inégale entraînera tout de même un changement de rapport.

Dans cette optique, la compensation de la variation d'impédance induite par la température devient une caractéristique souhaitable pour tout mécanisme de protection.

Tentatives de compensation de température

La compensation de température de l'impédance consiste à ajuster dynamiquement l'impédance attendue de l'élément de protection, comme le montre l'illustration suivante.

Différentes méthodes ont été proposées dans le passé pour compenser l'impédance provoquée par les variations de température. La méthode la plus évidente consiste à utiliser une sonde pour mesurer la température ambiante de la batterie de condensateurs. Bien que cette méthode soit simple, l'utilisation d'une sonde externe alourdit la mise en service. C'est également un matériel supplémentaire qui pourrait être sujet à une panne. Puisqu’une seule source est utilisée, le procédé peut ne pas tenir compte de l'exposition au soleil inégale.

Une autre méthode proposée effectue une compensation de température sur l'impédance d'une branche basée sur l'impédance moyenne des branches voisines. Cette méthode suppose que la variation de température affectera principalement les impédances des branches de manière égale. Bien que cette méthode élimine le besoin d'une sonde, elle ne tient pas non plus compte de l'exposition au soleil inégale.

Compensation de température en fonction du temps

Les inconvénients de ces méthodes de compensation de température nous ont conduit à proposer une nouvelle façon d'effectuer la compensation que nous avons nommée « Compensation de température en fonction du temps ».

Au lieu de comparer la valeur d'impédance mesurée à une impédance attendue fixe, l'élément 21C la compare à une valeur d'impédance attendue compensée en température. Cette valeur est générée par un algorithme qui se comporte selon les directives suivantes:

• Toute variation lente de l'impédance est liée à la température. Si une augmentation ou une diminution lente est mesurée, l'impédance attendue sera ajustée en conséquence
• Si l'impédance varie rapidement, soit une perturbation du réseau est en cours, soit nous sommes en présence d'une défaillance d'un élément de condensateur. Les règles suivantes s'appliquent:
  • Si l'impédance mesurée se stabilise près du même point où elle était avant l'événement, l'événement est ignoré
  • Sinon, un élément de condensateur est défaillant. Ainsi, la différence entre l'impédance avant et après l'événement sera calculée et additionnée dans un registre d'erreurs cumulées. L'impédance attendue compensée en température sera ajustée de telle manière que les pannes des éléments de condensateur ne soient jamais considérées comme une valeur de fonctionnement normale.

Par mesure de sécurité, l’impédance attendue compensée en température est limitée à ±3% de l’impédance mise en service. Cela suffit pour couvrir les variations typiques associées à la température.

Ce mécanisme proposé est en instance de brevet.

Exemples de fonctionnement

Voici les résultats obtenus lors de l'application de l'algorithme de compensation de température proposé à un élément de protection à impédance dans quelques conditions de fonctionnement.

Le premier cas présenté montre le comportement lors d’une journée en présence d’une variation de température de -30 C à 25 C. La première figure présente l'impédance mesurée et l'impédance attendue compensée en température calculée par le relais. Il montre que l'impédance varie en amplitude d’une valeur supérieure au seuil configuré pour l'alarme, qui est réglé à 1% de l'impédance mise en service de 3900 Ω. Cependant, grâce à la compensation de température, la seconde figure montre également qu'aucun signal d'alarme n'est émis.

Le deuxième cas met en évidence une véritable défaillance de condensateur dans la batterie. La figure suivante montre l'événement par rapport aux seuils d'impédance.

Les prochaines figures comparent la magnitude de l'impédance et l'impédance réelle attendue compensée en température.

Une fois que l'impédance mesurée a quitté le cercle d'impédance d'alarme pendant le temps d’opération configuré (200 ms), le signal d'alarme s’asservit. Ce n'est pas une durée de fonctionnement typique pour le premier niveau d'alarme, mais ce délai a été choisi pour simplifier l’illustration du comportement.

La première figure montre également que même si un condensateur est défaillant et que l'impédance mesurée diminue, l'impédance attendue compensée en température produite par l'algorithme reste toujours la même.

Conclusion: une compensation en température sans sonde est possible

L’algorithme de compensation de température présenté ci-haut permet l'utilisation sécuritaire et fiable des éléments de protection 21C dans des conditions de température variables. De plus, l'utilisation de ce mécanisme présente un avantage par rapport à l'utilisation d'éléments différentiels de tension traditionnels (87V) qui ne sont pas compensés pour les variations de température. En outre, la méthode ne requiert aucune installation d'équipement supplémentaire.

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.