Brevet FR2427609A1 — publié le 19791228

L'invention a trait. à un dispositif de contrôle périodique de la disponibilité d'une batterie d'accumulareurs montée en tampon entre un appareillage et un redresseur en sorte que l'appareillage reste sous tension de batterie en cas de défaillance d'alimentation du redresseur, tandis qu'en temps normal la batterie est en charge d'entretien. Lorsqu'un appareillage électrique doit être en permanence en état de fonctionnement, il est usuel de l'alimenter sous tension continue fournie par un redresseur branché sur un réseau- de distribution alternatif, et de disposer une batterie d'accumulateurs en tampon entre le redresseur et l'appareillage. Ainsi, tant que le réseau est sous tension, le redresseur alimente l'appareillage et maintient la batterie tampon en état de charge. Si la tension de réseau disparaft ou tombe à une valeur anormalement basse, la batterie tampon assure l'alimentation de l'appareillage sans délai ni coupure momentanée.Cet appareillage peut entre, par exemple, les auxiliaires d'un poste de transformation sur un réseau de transport d'6nergie électrique On conçoit que, dans ce cas, il est indispensable que les auxiliaires du poste soient alimentés lorsque la tension de réseau est défaillante, étant donné que certains de ces auxiliaires doivent être mis en oeuvre précisément lorsque le réseau est en défaut. il apparat à l'évidence que, pour que la batterie tampon alimente l'appareillage lorsque l'alimentation du réseau est défaillante, cette batterie doit être en état de disponibilité, c'està-dire capable de fournir, sous une tension voisine de sa tension nominale, le courant nécessaire au fonctionnement de l'appareillage. Un procédé classique de contre de la disponibilité d'une batterie consiste à lui faire débiter un courant, généralement un peu plus élevé que le courant de décharge normal, et de mesurer la tension aux bornes dans ces conditions. Il parait évident que, pour effectuer ce contrôle, la batterie ne doit pas etre connectée en tampon aux bornes d'un redresseur, qui est capable, tout en alimentant l'appareillage, de maintenir aux bornes de la batterie une tension suffisante pour assurer une charge d'entretien Si la batterie était connectée au redresseur pendant le contrôle, la tension aux bornes serait maintenue par le redresseur, de sorte que ce contrôle n'aurait aucune signification. Par ailleurs on ne peut déconnecter la batterie du redresseur sans risquer une panne de l'appareillage au cas où l'alimentation du redresseur serait défaillante.Or il est souhaitable d'effectuer un contrle périodique fréquent, ce qui multiplie les risques de panne. En outre déconnecter périodiquement la batterie pour contrôler sa disponibilité implique des commutations sur des circuits prévus pour des intensités relativement élevées, conduisant à des réalisations onéreuses ou peu fiables. Or, par une étude minutieuse du problème posé, la Demanderesse s'est rendue compte que les redresseurs adaptés à l'alimentation d'appareillages en conjonction avec une batterie tampon, s'ils présentaient une impédance interne sensiblement nulle vis-à-vis de variations de charge à constantes de temps très brèves ou relativement lentes, présentaient une impédance interne notable pour une gamme intermédiaire de constantes de temps, en sorte qu'il était possible de contrler la disponibilité d'une batterie tampon sans la déconnecter du redresseur à condition que l'opératior, de contrOle s'effectue en un temps compris dans la gamme intermédiaire de constantes de temps. En effet les redresseurs de ce genre sont équipés de condensateurs de filtrage qui réduisent l'impédance interne pour des constantes de temps inférieures à quelques dizaines de millisecondes, et de dispositifs de régulation asservis qui présentent des constantes de temps de l'ordre de la seconde. L'invention propose donc un dispositif de contrdle périodique de la disponibilité d'une batterie d'accumulateurs montée-en tampon entre un appareillage et un redresseur en sorte que l'appareillage reste sous tension de batterie en cas de défaillance d'alimentation du redresseur, tandis qu'en temps normal la batterie est en charge d'entretien, caractérisé en ce qu'il comporte un relaxateur fournissant à intervalles de temps réglés un signal temporaire de contrôle, un moyen de court-circuit commandé par le signal de contrôle et formantlavec une impédance série une branche de dérivation aux bornes de la batterie, un moyen sensible au courant dans ladite branche et passant d'un premier état à un second en réponse à un courant supérieur à un seuil choisi, et des moyens logiques adaptés à fermer un circuit d'alarme en réponse à la coincidence temporelle du signal de contrle et du premier état dudit moyen sensible au courant Le relaxateur définit par sa fréquence de récurrence la périodicité de contrôle, et par la durée du signal temporaire de contrôle la durée de l'opération de contrôle. Le courant dans l'impédance de la branche de dérivation est: une image de la tension aux bornes de la batterie. Si le courant dans la branche de dérivation est inférieur au seuil choisi, ce qui est l'indice d'une tension aux bornes de la batterie trop basse, le moyen sensible à ce courant reste dans son premier état, et les moyens logiques ferment le circuit d'alarme.Si le courant dans la branche de dérivation est supérieur au seuil choisi, ce qui est l'indice que la batterie est disponible, le moyen sensible au courant passe dans son second état, et les moyens logiques ne commandent pas la fermeture du circuit d'alarme. De préférence le relaxateur fournit le signal de contrôle sous forme d'une impulsion de durée réglable, pour s'adapter aux caractéristiques d'impédance interne du redresseur. On choisira de préférence une périodicité de 300 à 600 secondes et une durée d'impulsion de 0,01 à 0,1 seconde. En disposition préférée les moyens logiques comprennent un moyen de temporisation déclenché par le passage de courant dans la branche de dérivation, inhibé par un second état du moyen sensible au courant, et fermant en fin de temporisation le circuit d'alarme. Cette disposition assure que le moyen sensible au courant passe dans un second état avant que l'alarme ne puisse se déclencher. De préférence le moyen de court-circuit et le moyen de temporisation sont alimentés à partir de la tension de batterie à travers de diodes, avec des condensateurs en parallèle sur les alimentations de ces moyens ; ainsi, si au cours d'un cycle de contrôle la tension de batterie disparais, le dispositif continue à opérer jusqu'à déclenchement de l'alarme. Pour protéger l'installation en cas de court-circuit prolongé ou permanent du moyen de court-circuit, on utilise comme impédance dans la branche de dérivation une résistance portant un contact susceptible de se rompre par fusion et disposé en série dans la branche de dérivation. L'échauffement de la résistance consécutive à un passage prolongé de courant dans la branche provoque la fusion du contact qui s'ouvre et coupe le courant dans la branche. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé qui est un schéma d'un dispositif selon l'invention. Selon la partie classique de ce schéma, une ligne triphasée 1 alimente un redresseur 3 à travers un transformateur réglable 2, asservi à la tension de sortie du redresseur 3. Ce redresseur alimente un appareillage 5, dans l'application considérée les auxiliaires d'un poste de transformation de transport d'énergie électrique. Une batterie d'accumulateurs 4 est disposée en tampon entre le redresseur 3 et l'appareillage 5. Dans l'application considérée la batterie 4 comprend 60 éléments de capacité 160 Ah, fournissant une tension nominale de 127 volts. Selon la forme de réalisation choisie et représentée sur le schéma, le dispositif de contrle de disponibilité de la batterie 4 comporte, connectée entre les conducteurs positif 6 et négatif 7 sortant du redresseur 3, une branche de dérivation comprenant une résistance 11, de valeur 5 ohms et capable de supporter une puissance élevée sans destruction, une bobine 12 de relais à interrupteur à lame souple ajustable en sensibilité de fermeture entre 15 et 30 ampères, et un montage Darlington 10 de deux transistors. La résistance ll est munie d'une bague métallique lla sur laquelle est soudé un contact à l'extrémité dgune lame de ressort, bandée.Le courant dans la branche de dérivation passe par la bague 12a et la lame 13, de sorte que si la puissance dissipée dans la résistance ll élève la température de cette résistance au-delà du point de fusion de la soudure, le contact se rompt. En parallèle sur la résistance ll est branché un compteur électromécanique 14. La tension de batterie, entre conducteurs 6 et 7, est appliquée à un relaxateur 20 dans son ensemble. La constante de temps constituée par la résistance 26 et le condensateur 25 détermine la période de récurrence du relaxateur. Le condensateur 25 se charge à travers la résistance 26 jusqu'à ce que la tension critique (30 V environ) de la diode à avalanche contrdlée 24 soit atteinte. L'avalanche de la diode 24 rend positive la g chette du thyristor 23 qui s'amorce et décharge le condensateur 25 à travers la bobine de relais à lames souples 21, shuntée par la résistance réglable 22, qui permet de régler la durée de décharge de sorte que l'interrupteur à lames souples du relais 21 se ferme pendant 10 à îoe millisecondes.La constante de temps 25, 26 est ajustée pour que la pério- de de récurrence soit de 300 à 600 secondes. Le bouton-poussoir 27, mettant en parallèle sur la résistance 26 une résistance auxiliaire permet de réduire la période à 5 secondes environ. Le circuit à fonction logique 30 dans son ensemble est alimenté à partir de la tension de batterie à travers la diode 31. Une diode Zener 32, associée à la résistance 32a fixe la tension d'alimentation vers 30 volts. Le condensateur réservoir 33 maintient la tension d'alimentation du circuit 30 pendant une certaine durée si la tension de batterie vient à disparaitre. La tension d'alimentation est transférée, à travers la diode 34, à un second condensateur réservoir 35. La tension de charge du condensateur 35 est appliquée à l'entrée de commande du Darlington 10 par fermeture de l'interrupteur à lames souples du relais 21. Le circuit à fonction logique 30 comprend un temporisateur constitué d'un condensateur 39 qui se charge à travers la résistance 39a et le transistor PNP 37, lorsque celui-ci est passant. La charge du condensateur 39 est inhibée lorsque le transistor PNP 38 est passant. L'état passant du transistor 37 est commandé, à travers la diode 36, par la saturation du Darlington 10. L'état passant du transistor d'inhibition 38 est commandé par la fermeture de l'interrupteur à lames souples du relais 12. La charge retardée du condensateur 39 vient débloquer un circuit 40 de deux transistors montés en Darlington, et branché en série avec la bobine de relais 41, à lames souples. Ce relais 41 comporte deux interrupteurs à lames souples 41a et 41b, l'interrupteur 41a en série avec une diode électroluminescente 43, et l'interrupteur 41b en série dans un circuit d'alarme 42, qui ne sera pas décrit et peut revêtir toute forme convenable. Le fonctionnement d'ensemble du dispositif est le suivant. Périodiquement le fonctionnement du relaxateur 20, déchargeant le condensateur 25, vient fermer temporairement l'interrupteur à lames souples du relais 21 et de ce fait polariser positivement l'entrée du Darlington 10 qui passe de l'état bloqué à la saturation. La tension entre conducteurs 6 et 7 fait passer un courant dans la branche de dérivation 10,11,12, ce courant étant fonction d'une part de la résistance de la branche, déterminée essentiellement par la résistance 11 de 5 ohms (le Darlington 10 présentant à l'etat saturé une chute de tension aux bornes de 1,5 volt environ) et d'autre part, par la résistance interne de source entre conducteurs 6 et 7. Cette résistance interne résulte de la composition des résistances internes de redresseur 3 et de batterie 4.Comme la durée de déblocage du Darlington 10 (constante de temps de 21-2225) est plus longue que la constante de temps de décharge des condensateurs de filtrage du redresseur 3, et nettement plus courte que la durée d'intervention de l'asservissement du transformateur réglable 2, la résistance interne présentée par le redresseur 3 est sa résistance interne vraie, nettement supérieure à la résistance interne de la batterie 4, au moins lorsque celle-ci est en bon état. En pratique le courant dans la branche de dérivation, sauf défaut grave, ne diffère pas de celui que fournirait la batterie 4, seule. La mise en état de saturation du Darlington 10 abaisse à travers la diode 36, la tension de base du transistor 37 qui se débloque et permet le début de la charge du condensateur 39, à travers la résistance 39a. Si le courant dans la branche de dérivation, traversant la bobine du relais 12 est suffisant pour provoquer la fermeture de 1'intemlpteur à lames souples associé, la base du transistor 38 est polarisée pour s'approcher du potentiel de collecteur, et le condensateur 39 est court-circuité et ne peut se charger. Si par contre le relais 12 ne s'est pas fermé, le transistor 38 reste bloqué, le condensateur 39 se charge et débloque le Darlington 40. Le relais 41 ferme ses interrupteurs à lames souples 41a et Olb, ce qui provoque respectivement l'allumage de la diode électroluminescente 43 et l'enclenchement du circuit d'alarme 42. On conçoit que, si la batterie 4 était gravement endommagée, le déblocage du Darlington 10 provoquerait une chute de tension très importante. Les diodes 31 et 34 et les condensateurs réservoirs 33 et 35 agissent alors pour maintenir temporairement sous tension le circuit logique 30 et la commande du Darlington 10 pour que l'alarme se déclenche. On aura compris que chaque passage de courant dans la résistance 11 provoque l'application d'une tension aux bornes du compteur 14, qui enregistre ainsi le nombre de contrôles de disponibilité effectués. Une batterie à 60 éléments de capacité 160 Ah présente en bon état et soumise à une charge d'entretien permanente, une tension aux bornes de 130,8 Volts et une résistance interne de 0,295 ohms. Le courant qui traverse la branche de dérivation est de 24,4 A. Si pour une cause accidentelle la résistance de la batterie s'accroit de 0,2 ohms, le courant dans la branche de dérivation tombe à 23,5 A. Si l'on considère que cet accroissement de résistance interne est l'indice d'une perte de fiabilité de la batterie, on réglera le relais 12 pour un courant de seuil de fermeture de 23,5 A. Toutefois la même batterie en bon état, mais en cours de décharge (à la suite d'une coupure de l'alimentation du redresseur) ne présente qu'une tension aux bornes de 120 V, avec une résistance interne de 0,138 ohm. Le courant dans la branche de dérivation n'est que de 23 A. I1 en résulte que, avec le réglage précédent du relais 12, l'alarme se déclenchera, même avec une batterie en bon état, si une interruption d'alimentation du redresseur dure plus d'un certain temps (disons de l'ordre de 1/2 heure). L'accroissement de résistance interne de 0,2 ohm de la batterie, donnera, avec 120 Volts aux bornes en cours de décharge, un courant dans la branche de dérivation de 22,2 A. En réglant le relais 12 pour un courant de seuil de fermeture de 22,2 A, on aura un bon compromis entre le risque de détection tardive de détérioration de la batterie lorsqu'elle est en charge d'entretien (la résistance interne limite décelée étant de 0,8 ohm environ, soit un accroissement d'environ 0,5 ohm) et le déclenchement d'une alarme intempestive suite à une coupure prolongée de l'alimentation du redresseur. Bien entendu les valeurs précédentes de courants et tensions ne sont que des exemples relatifs à une batterie d'un modèle particulier. L'homme du métier n'aurait aucune peine à transposer les valeurs pour tout autre modèle de batterie. I1 est également évident que l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVTDICATIONS 1. Dispositif de contrôle périodique de la disponibilité d'une batterie d'accumulateurs montée en tampon entre un appareillage et un redresseur en sorte que l'appareillage reste sous tension de batterie en cas de défaillance d'alimentation du redresseur, tandis quren temps normal la batterie est en charge d'entretien, caractérisé en ce qu'il comporte un relaxateur fournissant à intervalles de temps réglés un signal temporaire de contrôle, un moyen de court-circuit commandé par le signal de contrôle et formant avec une impédance série une branche de dérivation aux bornes de la batterie un moyen sensible au courant dans ladite branche et passant d'un premier état à un second en réponse à un courant supérieur à un seuil choisi, et des moyens logiques adaptés à fermer un circuit d'alarme en réponse à la coincidence temporelle du signal de con truble et du premier état dudit moyen sensible au courant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit relaxateur est adapté à fournir un signal de contr8le sous forme d'une impulsion de durée réglable. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le relaxateur est adapté à délivrer, avec une périodicité de 300 à 600 secondes, une impulsion durant de 0,01 à 0,1 seconde. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractisé en ce que lesdits moyens logiques comprennent un moyen de temporisation declenché par le passage de courant dans la branche de dérivation, inhibé par un second état du moyen sensible au courant, et fermant en fin de temporisation ledit circuit d'alarme. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que moyen de court-circuit et moyen de temporisation sont alimentés à partir de la tension de batterie à travers des diodes, avec des condensateurs réservoirs disposés en parallèle sur les alimentations respectives de ces moyens. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'impédance de la branche de dérivation est constituée par une résistance portant un contact susceptible de se rompre par fusion et disposé électriquement en série dans la branche.