Formationdu personnel DIRECTION RESSOURCES HUMAINES DIVISION FORMATION DU PERSONNEL
INTERVENIR SUR LES BATTERIES ET REDRESSEURS
Préparé et animé par : M.ABBASSI - DXR/XA/MA SOMMAIRE
PREAMBULE CHAPITRE I : LES AUXILIAIRES ELECTRIQUES I- Auxiliaires à courant alternatif II- Auxiliaires à courant continu CHAPITRE II : LES REDRESSEURS/ CHARGEURS I-
IIIIIIVV-
Les composants de base électroniques I.1. Les résistances I.2. Les condensateurs I.3. Les diodes I.4. Les transistors I.5. Les thyristors Rôle du redresseur Présentation du redresseur Description des composants du redresseur Fonctionnement IV.1. Marche en mode automatique IV.2. Marche en mode manuel
CHAPITRE III : LES BATTERIES D’ACCUMULATEUR IIntroduction IINotion de base II.1. Les grandeurs caractéristiques des accumulateurs II.2. Les phases de fonctionnement III- Les différents types des batteries III.1. Batteries Nickel-cadmium et Nickel-hydrure métallique III.2. Batterie au lithium ion III.3. Les super condensateurs III.4. La batterie au plomb IVHistorique de la batterie au plomb VLes différents types de la batterie au plomb V .1. Les batteries de démarrage. V.2. Les batteries de traction V.3. Les batteries stationnaires VIConstitution des batteries au plomb VII- Principe de fonctionnement VIII- Les facteurs de dégradation des batteries au plomb VIII.1. La corrosion des électrodes VIII.2. Risque de gel et variation de la densité spécifique VIII.3. Sulfatation VIII.4. Stratification de l’électrolyte VIII.5. Surcharge VIII.6. Effet de la température CHAPITRE IV : INTERVENTION SUR LES REDRESSEURS ET LES BATTERIES IIntervention sur les redresseurs
I.1. I.2. I.3. I.4. I.5. I.6. II-
Installation Raccordement Mise en service Maintenance des redresseurs. Incidents et dépannage Diagnostique des pannes
Intervention sur les batteries II.1. II.2. II.3. II.4.
Consignes d’installation et d’intervention Installation Charges Maintenance et contrôle
I-
PREAMBULE : La lecture de ce document et la connaissance des informations qu’il contient nous permettra : Dans notre premier chapitre de fixer les idées sur les auxiliaires électriques afin d’avoir une approche sur les différentes alimentations électriques. Dans le deuxième chapitre d’avoir des connaissances sur les composants de base en électronique, aussi de présenter le redresseur/chargeur et d’expliquer son principe de fonctionnement. Dans le troisième chapitre d’améliorer et approfondir les connaissances sur les batteries, plus particulièrement sur la batterie au plomb. Dans la dernier chapitre d’acquérir les techniques indispensables aux intervenants et aux utilisateurs pour assurer une maintenance et une utilisation correcte du système redresseur/batterie au plomb et aussi de faciliter l’intervention et le dépannage des pannes. Ce document contient aussi des recommandations que personnel d’exploitation et d’entretien doit prendre conscience afin d’éviter les dangers auxquels il est exposé prendre toutes les mesures de sécurité nécessaires pour protection et celle d’autrui.
le en et sa
LES AUXILIAIRES ELECTRIQUES
I-
AUXILIAIRES ALTERNATIFS : Les auxiliaires à courant alternatif peuvent être classés en deux catégories : Auxiliaires de groupe : Ce sont les auxiliaires nécessaires au fonctionnement d’un groupe (pompes de régulation de vitesse, pompes de graissage des paliers et pivot, pompes de réfrigération etc.). La plus part de ces auxiliaires peuvent supporter une perte d’alimentation (n’excédant pas quelques secondes) sans remettre en cause le fonctionnement du groupe. - A l’arrêt du groupe principal, ces auxiliaires sont alimentés par la ligne 22Kv à travers le poste 22/0.4Kv ou par le groupe diesel (GD) en cas de manque de la tension 22Kv. - Pendant le fonctionnement du groupe principal, ces auxiliaires sont alimentés par ce groupe à travers le transformateur de soutirage MT/BT. - En cas d’avarie du transformateur de soutirage, les auxiliaires du groupe seront alimentés par le poste 22/0.4Kv ou par GD. La permutation automatique entre l’alimentation par 22KV et par groupe principal est réalisée par des disjoncteurs à commande électrique verrouillé mécaniquement entre eux. Auxiliaires généraux usine : Ces auxiliaires peuvent eux même classés en deux catégories : - Auxiliaires généraux secondaires : Ce sont des auxiliaires de maintenance (Pont roulant, alimentation des ateliers etc.), ils sont alimentés seulement par le poste 22/0.4Kv, en cas de manque de la tension du réseau 22Kv ces auxiliaires reste hors tension jusqu’au retour de la tension réseau. -
Auxiliaires généraux principaux : Ce sont des auxiliaires (Redresseurs, pompes puisard etc.) sans lesquels l’usine cessera d’être opérationnelle à plus au moins long terme, ils sont alimentés soit par le réseau 22Kv soit par le groupe diesel en cas de coupure de la tension 22Kv. Les services auxiliaires de l’usine sont généralement alimentés par : Un poste moyenne tension/basse tension alimenté par la ligne 22Kv. Un groupe hydraulique auxiliaire s’il existe (cas des usines d’Afourer et Bin El Ouidane). Un transformateur de soutirage du groupe. Un groupe diesel.
II-
AUXILIAIRES A COURANT CONTINU:
Les auxiliaires courant continus de chaque usine hydraulique sont constitués par deux réseaux d’alimentation : Le réseau 127V CC qui assure l’alimentation des systèmes de contrôle commande, de signalisation, de protection et d’éclairage secours. Le réseau 48v CC qui assure l’alimentation des équipements de transmission, de téléphonie, de télésignalisation etc. Chaque réseau à courant continu est constitué généralement par les éléments suivants :
Un ou deux redresseurs : Ils sont alimentés en courant alternatif et ils permettent la recharge en courant continu ou le maintien de la tension batterie et ils assurent l’alimentation des auxiliaires de l’usine à travers l’armoire de distribution. Un ou deux batteries au plomb : Les batteries sont raccordées aux redresseurs via l’armoire de distribution et elles assurent l’alimentation des auxiliaires CC pendant une durée bien limitée en cas de coupure de secteur alternatif. Une armoire de distribution de courant continu : elle contient des appareils de coupure (sectionneurs inverseurs…), de protection (disjoncteurs, fusibles…), d’indication de courant et tension (voltmètres, ampèremètres…), deus jeux de barres l’un appelé jeu de barres utilisation servant à l’alimentation normal des récepteurs de l’usine, l’autre appelé jeu de barres entretien servant à la maintenance du redresseur et au traitement de la batterie, elle contient aussi d’autres accessoires (shunts, prise de courant, bornes…), elle a pour rôle la distribution du courant continu vers tous les récepteurs de l’usine fonctionnant en courant continu. Une résistance de décharge : Comme son nom l’indique, cette résistance est utilisable uniquement pour la décharge de la batterie lors de son traitement. Les récepteurs à courant continu: Ce sont des appareils (bobines, relais, électrovannes, lampes etc.) consommateurs de l’énergie électrique en courant continu.
LES REDRESSEURS/CHARGEURS
I- LES COMPOSANTS DE BASE EN ELECTRONIQUE. I.1. LES RESISTANCES : I-1-1- Définition La résistance électrique, notée en général R, quotient de la tension U aux bornes d'un conducteur quelconque sur l'intensité I du courant qui traverse le conducteur : R = U/I (loi d'Ohm ; voir Circuits électriques). La résistance électrique s'exprime en ohms (symbole Ω). Un ohm correspond à la résistance d'un conducteur traversé par un courant de 1 A, la tension à ces bornes étant de 1 V. On utilise parfois l'expression inverse de la résistance, ou conductance G (G = 1/R). La résistance équivalente à un ensemble de résistances mises en série est la somme des résistances. Si les résistances R1, R2, ..., Rn sont mises en parallèle, la résistance équivalente Req est telle que : 1/Req = 1/R1 + 1/R2 +...+ 1/Rn. I-1-2- Classification des résistances Les résistances peuvent êtres classées comme suit :
Les résistances au carbone : - A couche carbonique
carbone aggloméré. Les résistances bobinées. Les résistances à couche métallique
- Au
- Les résistances au carbone : a- Les résistances à couche carbonique : Elles se composent d’un tube ou un bâtonnet isolant recouvert d’un mélange à base de carbone constituant l’élément résistant. à chaque extrémité on trouve un capuchon emmanché de force et terminé par un fil de cuivre étamé pour la soudure, l’ensemble
des constituants est protégé par une peinture sur la quelle sera marquée la valeur de la résistance - Les résistances agglomérées : Le corps résistant est constitué par le même mélange que le précèdent, la valeur de la résistance est indiqué par un code de marquage. * Code de marquage :
A
C
Selon le code de marquage il faut lire la valeur dans l’ordre ABCD ( tableau ci-joint) ABCD-
B indique la valeur en ohm. Second valeur en ohm Nombre de zéro qui font la suite La valeur de la tolérance de fabrication. Couleur Or Argent Noir Marron Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc
1er chiffre
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2eme et 3eme chiffre 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
D
multiplicate ur 10-1 10-2 100 101 102 103 104 105 106
tolérance +/-5% +/-10% +/-1% +/-2%
b- Les résistances bobinées : Sont constituées d’un fil bobiné sur un support isolant et maintenu à extrémité par des cosses, et existent en deux types - Résistances bobinées de puissance - Résistances bobinées de faible puissance.
Ces résistances sont généralement protégées par une peinture ou un ciment, comme elles peuvent êtres nus. C- Les résistances à couche métallique : - Résistances variables : appelées également des potentiomètres, ce sont généralement des diviseurs de tension. - Résistances ajustables : ce sont des résistances dont la valeur est réglée une fois pour toute lors de l’étalonnage d’un appareil.
I-2- LES CONDENSATEURS : I-2-1- Représentation : Le
condensateur
est
un
composant
électronique
capable
d’emmagasiner une charge électrique. Un condensateur se compose de deux armatures conductrices, séparées par une couche isolante, le diélectrique. Lorsque l’une des armatures est chargée
à
l’aide
d’un
courant
continu
ou
d’une
source
électrostatique, une charge induite de signe contraire apparaît alors sur l’autre armature. Un condensateur est caractérisé par sa capacité, c’est-à-dire la faculté de stocker sur ses armatures des charges électriques de signes opposés. La capacité C d’un condensateur est le rapport de sa charge Q à la différence de potentiel entre les armatures V1 - V2. On peut donc écrire C = Q / (V1 - V2). Lorsque Q est en coulombs et V en volts, C s’exprime en farads, de symbole F. Toutefois, cette unité s’avérant très grande, on préfère utiliser le microfarad (10-6 F), le nanofarad (10-9 F) ou le picofarad (10-12 F). La capacité d’un condensateur plan s’exprime par la formule : C = e S / d, où S est la surface en regard des armatures, d la distance entre les deux armatures et e la permittivité du milieu situé entre les armatures. I-2-2- Type des condensateurs : Comme les résistances, les condensateurs peuvent être classés en trois catégories. 1- Condensateurs fixes : qui se divisent en deux types : a- Condensateurs fixes non chimiques : ils existent en plusieurs modèles suivant le diélectrique utilisé, on distingue les modèles suivants :
Condensateurs au papier.
Condensateurs à film plastique.
Condensateur à film plastique met (alisé, souvent utilisés, leur valeur est indiquée soit en claire ou à l’aide d’un code de couleur.
Condensateurs céramiques beaucoup utilisés vu leur dimension et leur qualité. b- Condensateurs chimiques : sont polarisés, ne doivent jamais être branchés en inverse. Ils sont réalisés pour des fortes valeurs et sont souvent utilisés au filtrage. 2- Condensateur variables : ce sont des condensateurs destinés à accorder les circuits oscillants des appareils sur une fréquence déterminée. 3- Condensateurs ajustable : servent au réglage des appareils au cours de leur fabrication et qui ne doivent pas être retouché en service courant. I-3- LES DIODES A JONCTION : I-3-1- Définition : Une diode est un dipôle à semi-conducteur (silicium) qui laisse passer le courant dans un sens (sens dit "passant") et pas dans l'autre (sens dit "bloqué"). Pratiquement, le courant circule de l'anode à la cathode: dans le sens de la flèche du symbole.
Diode de redressement (en haut) et diode "petits signaux", avec leur symbole.
La diode est donc toute désignée pour le redressement d'une tension alternative, ou pour servir de protection vis-à-vis d'une éventuelle
tension
inverse
(fonction
anti-retour).
Certaines
diodes spéciales sont en outre utilisées pour remplir des fonctions très spécifiques. Ajoutons que la diode, qui est le plus "basique" des composants à semi-conducteur, se distingue par son coût dérisoire, sa très grande fiabilité, même à température élevée, un encombrement minimal et sa mise en œuvre on ne peut plus simple (à condition de bien repérer anode et cathode!).
I-3-2- Caractéristique d’une diode : La tension de seuil d'une diode, c'est-à-dire la tension directe (positive) à partir de laquelle cette diode devient passante, est d'environ 0,65 V. Cette valeur est la "barrière de potentiel" à franchir pour que la diode laisse circuler un courant. Tant que cette valeur de tension, dans le sens direct, n'est pas atteinte, aucun courant (ou presque) ne traverse la diode. Cette valeur de 0,7 V (en moyenne) est quasi constante. A titre documentaire: pour une diode au germanium, beaucoup moins répandue désormais que la diode au silicium, la tension de seuil est de 0,3 V seulement. Pour une diode électroluminescente (DEL) de couleur rouge, la tension de seuil se situe entre 1,5 et 1,7 V, selon le modèle. Si la diode est soumise à une tension inverse, donc négative, elle reste bloquée (aucun courant ne la traverse) jusqu'à une certaine valeur maximale. Si cette valeur est atteinte, la diode, parcourue par un courant très important, est immédiatement détruite: on dit qu'elle "claque". Cette tension inverse maximale est appelée tension de Zéner ou tension de claquage.
Caractéristique d'une diode au silicium. On ne représente ici que le premier quadrant. On observe que le courant direct augmente rapidement au delà de 0,65 V. Enfin, le courant qui traverse la diode, lorsque celle-ci est passante, ne doit pas dépasser une certaine valeur maximale.
I-4- LES TRANSISTORS A JONCTION: I-4-1- Présentation : Le transistor, dispositif électronique pouvant remplir les fonctions d'un amplificateur, d'un commutateur ou d'un oscillateur, dans les
télécommunications,
informatiques. I-4-2- Constitution :
le
contrôle
et
les
systèmes
Un transistor à jonction est constitué par trois couches des semiconducteurs dopées alternativement N-P-N et P-N-P séparées par deux zones de jonctions. La zone intermédiaire c’est la base, les zones extrêmes sont l’émetteur et le collecteur. Un transistor peut être assimilé à deux diodes réunies par leurs cathodes pour un PNP ou par leurs anodes pour un NPN. Trois courants entrent ou sortent du transistor, le courant de base Ib, le courant d’émetteur Ie et le courant de collecteur Ic. NB : En régime continu les conditions de fonctionnement impose que la jonction Jbe soit polarisée en directe et la jonction Jbc soit polarisée en inverse. Pour ce genre de polarisation deux sources sont indispensables. I-4-3- Test d’un transistor: Le transistor est analogue à deux diodes montées soit avec anodes ou cathodes communes. Pour tester donc un transistor il suffit de tester les deux diodes, et d’après le test d’une diode on doit avoir uniquement une seule déviation dans les deux sens. Pour un transistor on doit avoir deux déviations : une entre la base et l’émetteur et l’autre entre la base et le collecteur.
I-V- LES THYRISTORS : I-V-1- Descriptions et composition Le thyristor est un composant semi-conducteur qui devient totalement conducteur, en courant continu, à la suite d'une impulsion électrique sur son électrode appelée "gâchette" ou "G".Non seulement cette conduction est franche et brutale mais elle est permanente même après cessation de ce courant de gâchette. Le thyristor est un élément unidirectionnel contrairement au triac qui est bidirectionnel, ce composant est assimilable à une diode commandé donc le courant passe dans un seul sens de l’anode vers la cathode .La troisième électrode la gâchette permet de commander le déclenchement.
Symbole :
Le thyristor est redresseur du fait de sa conduction dans un seul sens, et il s’apparente à une diode. Il sert d’interrupteur, en appliquant un signal sur son électrode de contrôle G (Gâchette) il passe de l’état bloqué à l’état passant et peut ainsi remplacer un contacteur.
Le thyristor se comporte comme un amplificateur de puissance car le courant de commande de l’ordre du milliampère permet de commander le courant principal de plusieurs Ampères.
I-V-3- Schéma :
Après avoir examiné ce schéma, vous comprendrez le fonctionnement du thyristor. Un bref courant de gâchette par K1 laisse le thyristor conducteur. Seule une coupure par K2 le laissera isolant. Voyons d'autres particularités intéressantes : 1- La tension A/K maximale peut atteindre des valeurs élevées, de 100 à 1200V selon les modèles. C'est donc un contacteur de haute tension. 2- Le courant de gâchette "Ig" minimal pour déclencher la conduction A/K est de l'ordre de 10mA, parfois 1mA pour les
modèles sensibles. Ce courant entre par "G" et sort par "K" vers la masse, sa durée n'a aucune importance. 3- Le temps de réponse est très court (quelques nano secondes). 4- L'intensité de conduction Iak est également élevée, de 0.3 à 35A selon les modèles. 5- 5- Le thyristor ne peut revenir à l'état bloqué (isolant) que si l'intensité passante Iak tombe au dessous d'une valeur minimale. Ce seuil dit "courant d'arrêt" est de l'ordre de 2% de l'intensité maximale du modèle.
II- ROLE DU REDRESSEUR: Chaque redresseur industriel a été conçu pour fournir avec un maximum de sécurité, une source d’alimentation des plus fiables à la batterie et aux charges qui y est raccordées. Il assure la transformation du courant alternatif triphasé ou monophasé en courant continu, cette transformation est effectuée au moyen de diodes et des thyristors au silicium à refroidissement naturel ou forcé, la régulation de tension est obtenue par un dispositif à transistors commandant l’angle d’amorçage des thyristors. III- PRESENTATION DU REDRESSEUR: Le redresseur/chargeur est associé à une batterie d’accumulateurs stationnaire afin d’assurer l’alimentation permanente, en courant continu, de différents circuits d’utilisation et d’assurer l’entretien et la charge de la batterie. Il se présente sous la forme d’une armoire ayant des orifices de ventilation afin de permettre une libre circulation d’air de refroidissement, cette armoire est composée principalement par les équipements suivants : Circuit de puissance courant alternatif : o Un discontacteur d’entrée. o transformateur. o Un châssis électronique dans lequel est intégré le pont de redressement. o Un pont de redressement à thyristors et diodes. Circuit de puissance courant continu : o Des condensateurs de filtrage et une bobine de lissage. o Shunt de mesure de courant. o Fusibles de protection des batteries. Circuit de contrôle commande : o Un interrupteur marche/arrêt du redresseur. o Un transformateur d’isolement. o Des cartes électroniques. o Des fusibles de protection des cartes. o Un commutateur de choix de fonctionnement. o Des indicateurs de tension et de courant. o deux lampes de signalisation qui indiquent la mise en ou hors service et défaut redresseur. La face avant des redresseurs de la nouvelle génération est équipée simplement par un afficheur qui intègre tous
les informations nécessaires sur les redresseurs (courant, tension, alarmes, mode de fonctionnement etc.).
IV- DESCRIPTION DES COMPOSANTS DU REDRESSEUR: A l’intérieur du redresseur, au niveau du circuit de puissance côté alternatif, prés des bornes d’entrées, il existe un discontacteur (contacteur et son relais de protection) qui permet la coupure de ce circuit soit manuellement à partir de l’interrupteur situé sur la face avant de la porte du redresseur, soit automatiquement par l’un des phénomènes suivants : - Manque tension alternative d’alimentation du redresseur. - Fonctionnement du relais thermique. - Fusion de l’un des fusibles installés sur le circuit de commande. Ce discontacteur précède un transformateur de puissance qui permet d’abaisser la tension d’alimentation en une tension adaptable au bloc de redressement. Après redressement, le circuit LC composé par une bobine de lissage et des condensateurs de filtrage permet la transformation du courant redressé en courant continu. Ce dernier suit son trajet vers les bornes de sorties en passant par un shunt de mesure de courant et par des fusibles de protection. Le redresseur alimente les récepteurs et charge la batterie à travers l’armoire de distribution. Les cartes électroniques installées dans le redresseur ont pour fonctions : - le contrôle et la régulation de la tension de sortie. - le contrôle et la limitation du courant débité lorsque ce dernier atteint sa valeur maximale de 1.1In. - Le contrôle des seuils maximum et minimum de tension de sortie. - La synchronisation des phases. Ces cartes sont alimentées à travers un transformateur d’isolement par une très basse tension. Un commutateur de choix de fonctionnement à quatre positions est installé à l’intérieur du redresseur et permet à ce dernier de fonctionner soit en mode automatique, manuel, floating ou en mode charge d’égalisation. La face avant de chaque redresseur comporte :
-
Un interrupteur qui permet à l’utilisateur de mise en marche ou à l’arrêt du redresseur en toute sécurité. Des lampes de signalisation : « défaut redresseur » et « redresseur en service ». Un ampèremètre pour la mesure du courant débité par le redresseur. Un voltmètre indiquant la tension d’utilisation et de charge batterie.
V- FONCTIONNEMENT: Le redresseur fonctionne en deux modes de marche : V.1.Marche en mode automatique : Cette marche explique le passage automatique de régime « floating » au régime « charge d’égalisation » et inversement, cette permutation est assurée par une minuterie ou relais temporisé réglé à 5 minutes et une horloge réglable de 0 à 24 heures et généralement réglée à 15 heures. Le courant débité en marche automatique est limité généralement à 1.1In, il est égal à la somme des courants absorbés par la batterie et les circuits d’utilisation. V.1.1 Floating : C’est le régime le plus utilisé en exploitation normale, il est illustré par la caractéristique (1) de la figure 2. le redresseur fourni alors en permanence, le courant demandé par l’utilisation (récepteurs) et le courant d’entretien absorbé par la batterie sous une tension constante, malgré les variations du courant d’alimentation et de la charge, la tension de charge est de 2.2V par élément pour la batterie au plomb et 1.4V par élément pour la batterie cadmium nickel, ajustable à plus au moins 5%, l’intensité est limité à 110% de sa valeur nominale. V.1.2. Passage de floating à charge d’égalisation : Il est assuré automatiquement par une minuterie ou relais temporisé et une horloge comme été décrit ci-dessus. V.1.2.1- Secteur alternatif présent : Le chargeur est en floating, maintenant à la batterie son état de charge initial et débite à l’utilisation son besoin en courant continu. V.1.2.2- Panne du secteur alternatif : Le chargeur se trouve à l’arrêt, seule la batterie assure l’alimentation de l’utilisation : c’est la décharge. Au retour du secteur, deux cas peuvent se produire : V.1.2.3- La durée de la panne du secteur est inferieure à 5minutes : Le chargeur reprend le régime de floating en considérant que la décharge de la batterie est négligeable, elle récupérera très lentement le peu de capacité perdue.
V. 1.2.4- La durée de la panne du secteur est supérieure à 5minutes : Après écoulement du temps préréglé du relais temporisé de 5minutes, le chargeur passe automatiquement en charge d’égalisation.
V.1.3. Charge rapide ou d’égalisation :
-
La batterie est considérée déchargée, le redresseur se met automatiquement en marche en régime charge d’égalisation et permet : D’alimenter les circuits d’utilisation sous une tension plus élevée qu’en floating, mais acceptable par l’utilisation. De fournir un courant de charge à la batterie jusqu’à ce qu’elle soit rechargée, durant un temps préréglé de 15heures. Si la coupure de réseau est de durée quelconque pendant la phase de charge, au retour du réseau, le redresseur repart aussi en régime charge d’égalisation et recommence la charge de 15heures, le courant nominal fourni par le redresseur pendant la phase de charge d’égalisation est supérieur au courant moyen permanent pour que la batterie soit rapidement rechargée. La tension de charge est égale à 2.25V par élément pour la batterie au plomb et 1.5V par élément pour la batterie cadmium nickel. C’est le régime utilisé pour la recharge normale de la batterie, il est illustré par la caractéristique (2) de la figure 2. V.1.3.1. Passage de charge d’égalisation à floating: Après 15 heures de marche en charge d’égalisation, temps contrôlé par une horloge, le redresseur se retrouve finalement et automatiquement en fonctionnement floating et considère que la batterie est finalement rechargée.
-
V.1.3.2. Limitation d’intensité: C’est un régime de fonctionnement exceptionnel que l’on ne pas choisir, mais qui est imposé dès que le débit du redresseur a tendance à dépasser le courant nominal. Il est illustré par la caractéristique (3) de la figure 2. Afin de limiter son échauffement et la destruction de certains composants, le redresseur passe donc automatiquement en limitation de courant dans les cas suivants : Au retour du secteur alternatif, à la suite d’une décharge excessive de la batterie. Lorsque les surcharges momentanées dues à des pointes consommation dépassant la possibilité du redresseur.
U bat 2. 3V Uch
2
2.25 Ufl 3 1 In
I chargeur
- Figure 2 – V.2. Marche en mode manuel: Ce mode de marche est appelé mode exceptionnel, il permet des charges à fond périodiques de la batterie. La régulation est éliminée et le courant du redresseur est réglé manuellement entre 0 et l’intensité nominale non limité automatiquement, ce réglage est effectué par un potentiomètre installé à l’intérieur du redresseur. Ce mode de fonctionnement est utilisé seulement en cas de défaillance du système de régulation ou en cas de traitement de la batterie. La marche en mode manuel nécessite une surveillance humaine permanente afin d’éviter des éventuels incidents des récepteurs suite à des surtensions ou des surcharges et aussi d’apporter les corrections nécessaires au réglage du potentiomètre pour compenser les variations de tension réseau et la variation de la charge.
BATTERIE D’ACCUMULATEURS
I-
INTRODUCTION : Dû à son applicabilité universelle, l’énergie électrique joue un rôle prépondérant dans la technologie d’aujourd’hui. " L’inconvénient ": De toute évidence nous avons besoin de l'électricité. Il ne peut pas être entreposé ou ne peut être créé par de simples appareils; il doit être obtenu directement d'une centrale électrique. La quantité d'énergie électrique qui peut être emmagasinée directement dans les condensateurs, est si petite qu'elle peut seulement être utilisée dans les applications où une très faible demande est exigée pour compenser des interruptions d'alimentation électrique. Par conséquent, pour que l'énergie électrique soit conservée, elle doit être convertie sous une autre forme d'énergie. Les batteries, aussi appelée " accumulateurs ", sont des réservoirs d'énergie électrochimiques rechargeables qui utilisent les propriétés chimiques pour le stockage. Alors pour des raisons de sécurité, de qualité de service, mais aussi de coût, de nombreux domaines d'application souhaitent ou doivent se prémunir contre toute coupure énergétique, en ayant à disposition une source d'énergie indépendante et fiable, c’est une énergie de secours stockée dans des batteries d’accumulateurs. Parmi les choix possibles, la batterie d'accumulateurs au plomb objet de notre chapitre est une solution de stockage d’énergie particulièrement séduisante et aussi très utilisée dans les centrales électriques.
II-
NOTIONS DE BASE : Pour comprendre les parties suivantes, il est nécessaire d’avoir des bases sur les grandeurs qui caractérisent les batteries ainsi que sur ses phases de fonctionnement. II.1. Grandeurs caractéristiques des accumulateurs : II.1.1 La capacité : La capacité est la caractéristique principale d’un accumulateur, c’est l’énergie qu’un accumulateur est capable d’emmagasiner et donc celle qu’il est capable de restituer. Cette capacité s’exprime en Ampères heure (Ah). Par exemple : un accumulateur de 10Ah est capable de fournir 10A pendant 1 heure, ou encore 5A pendant 2 heures. II.1.2 La densité d’énergie :
La densité d’énergie est l’énergie emmagasinée par rapport au poids ou au volume. La densité d’énergie s’exprime en Wattheure/kilogramme (Wh/kg) ou en Wattheure/litre (Wh/l). II.1.3 La tension : C’est la tension moyenne que délivre la batterie en phase de décharge, elle s’exprime en Volt Sa valeur varie en fonction de la technologie employée pour la batterie mais aussi en fonction du temps lors de la décharge.
II.1.4 La résistance interne : La résistance interne est due aux connexions internes ainsi qu’à l'inertie de la réaction chimique. C’est une caractéristique pénalisante de l’accumulateur. II.2. Les phases de fonctionnement : Quelle que soit la technologie employée, les accumulateurs passent par au moins deux phases de fonctionnement : la charge et la décharge. C’est le principe même de l’accumulateur : on stocke de l’énergie (charge) pour la restituer ensuite (décharge). II.2.1 La charge La charge est la phase de stockage d’énergie dans l’accumulateur. Pour l’effectuer, on utilise un chargeur qui sera spécifique pour chaque technologie de batterie. Le rendement de la charge n’est pas de 100% mais plutôt de 50 à 75%. On apportera donc plus d’énergie à l’accumulateur qu’il sera capable d’en restituer ensuite. II.2.2 La surcharge Lorsque l’accumulateur est totalement chargé et qu’on continue de le charger, il passe en surcharge. Les effets peuvent être une simple élévation de la température, une destruction partielle de l’accumulateur ou même une l’explosion de l’élément. II.2.3 La décharge Une fois que l’accumulateur est chargé, on peut utiliser l’énergie qui y est emmagasinée. L’élément fournit alors de l’énergie tant qu’on lui en demande et surtout tant qu’il lui en reste. Si on demande trop d’énergie trop longtemps à un accumulateur, on le décharge de trop. C’est une décharge profonde et cela endommage l’accumulateur. Lorsque l’accumulateur est vide, on observe une chute brutale de la tension à ses bornes. II.2.4 L’autodécharge Même si l’accumulateur n’est pas utilisé, il se décharge, c’est l’autodécharge. Elle est exprimée en pourcentage par mois et varie selon le type de la batterie. III-
LES DIFFERENTS TYPES DES BATTERIES : Pour les éléments rechargeables on utilise les termes de batteries ou d’accumulateurs, à la différence d’une pile qui n’est pas rechargeable. La batterie est désignée par un groupe d’accumulateurs assemblés ; c’est une batterie d’accumulateurs. Elle existe en plusieurs types :
-
III.1. La batterie au Nickel-Cadmium et Nickel-Hydrure Métallique : Dans la famille des accumulateurs au nickel, on retrouve deux types d'accumulateurs qui correspondent à deux couples électrolytiques différents : le Nickel-Cadmium (Ni-Cd) découvert en 1899 par Jungner ; le Nickel-Hydrure Métallique (Ni-MH), ces accumulateurs sont les plus répandus dans les appareils portatifs.
III.2. La batterie au Lithium ion (Li-ion) : C’est la dernière génération d’accumulateurs. Le principe est connu depuis la fin des années 70 mais le lithium étant instable à la charge. Les accumulateurs Li-ion sont très utilisés car : ils offrent une densité d’énergie très supérieure aux autres technologies pour un poids inférieur (80 à 160 Wh/kg) ; il n’y a pas d’entretien particulier à apporter. Par contre : ces batteries s’usent même lorsqu’elles ne servent pas ; durée de vie de 2 à 3 ans après leur fabrication ; risque d’explosion si elles ne sont pas chargées correctement; capacité faible (150 à 4500mAh). Depuis 1999 est apparue une nouvelle génération d'accus Li-ion : le Lithium ion Polymère (Li-po). L'électrolyte est un polymère gélifié qui permet d'obtenir des éléments très fins, souples et se présentant sous la forme de “paquets“. Encore chère aujourd'hui, cette nouvelle technologie est promise à beaucoup d'avenir. Elle doit, à terme, revenir moins cher à la réalisation que le Li-ion classique. III.3. Les super condensateurs : Toutes les batteries et accumulateurs décrits précédemment sont électrochimiques, ils se basent sur une réaction chimique pour produire de l’énergie. Le fonctionnement général des super condensateurs est similaire aux condensateurs classiques mais ils peuvent stocker beaucoup plus d’énergie, ils sont capable de subir un nombre de cycles charge/décharge très important (plus de 500 000 cycles) ; il se charge quasiment instantanément ; l’intensité de décharge peut être très importante sans dommages pour le composant ; très bon rendement, l’énergie fournie pour la charge est presque toute restituée lors de la décharge ; aucune maintenance n’est nécessaire ; très robuste, il peut donc être utilisé dans des environnements très sévères ; fabriqué à l’aide de composants non toxiques et bon marché.
III.4. La batterie au plomb : C’est le type de batterie le plus largement répandu sur le marché et c’est aussi la plus ancienne technologie de stockage d’énergie. Nous les connaissons surtout dans nos voitures pour alimenter le démarreur. La batterie au plomb est l’objet de notre chapitre suite à son utilisation particulaire comme source de secours dans les centrales de production électriques. IV- HISTORIQUE DE LA BATTERIE AU PLOMB: En 1800, Volta en fait la première démonstration en réalisant un empilement successif d’une lame de zinc, d’une lame de feutre imbibée d’eau vinaigrée et d’une lame de cuivre. Il crée le premier dispositif de production électrochimique d’énergie électrique, on lui attribue le nom de “pile“ de par sa structure. C’est en 1859 que Gaston Planté réalise le premier accumulateur. Il est composé de deux feuilles de plomb roulées en spirale, séparées par une toile de lin et plongées dans un bac contenant une solution d’acide sulfurique à 10%.
Gaston Planté En 1880, Camille Faure facilite la création de l’accumulateur au plomb : une pâte à base d’oxyde de plomb et d’acide sulfurique est appliquée directement sur les lames de plomb ; elles sont maintenues en place en enroulant le tout dans du feutre (voir figure ci-dessous). En 1881, Henri Owen Tudor développa une batterie formée d'une plaque négative en plomb spongieux et d'une plaque positive en oxyde de plomb. Il fait breveter son invention et devient l’inventeur de la batterie au plomb. Depuis, les batteries au plomb n’ont pas cessé d’évoluer, ce qui leur permet aujourd’hui d’être très largement utilisées.
V. LES DIFFERENTS TYPES DES BATTERIES AU PLOMB : V.1. Les batteries de démarrage : Ces batteries destinées aux automobiles sont fabriquées partout dans le monde, dans des volumes très importants, d'où leur faible prix de vente. Ce sont souvent les seules disponibles, les autres catégories n'étant pas distribuées. Ces batteries sont constituées d'un grand nombre de plaques fines qui leur permettent de fournir de fortes intensités au démarrage, pendant quelques minutes seulement. Elles sont conçues pour être maintenues en permanence chargées et elles résistent très mal aux décharges profondes. De plus, elles subissent une autodécharge importante. Leur durée de vie en usage solaire varie de 6 mois à un an, mais elle peut être prolongée jusqu'à deux ans si la profondeur de décharge est limitée à 20%. V.2. Les batteries de traction : Elles sont utilisées dans les transpalettes, les chariots élévateurs ou les voitures électriques. L'épaisseur des plaques est beaucoup plus forte que le cas précédent : elle varie entre 2 mm et 6 mm. Un alliage Pb-Sb est généralement utilisé pour ce type de batterie. Ce type de batterie est beaucoup plus adapté aux applications photovoltaïques. Leur durée de vie peut atteindre sept à huit ans avec des décharges à 80%, mais avec un entretien impeccable. V.3. Les batteries stationnaires : - Batteries stationnaires « ASI » Elles sont couramment utilisées afin de fournir un courant de qualité (ASI Alimentation sans interruption) pour des relais télécom, des salles informatiques Ces batteries sont généralement conçues pour être chargées en permanence par de faibles courants (courants dits de « floating »), pour n'avoir qu'une faible auto- décharge (1 à 2% / mois), et pour pouvoir supporter des décharges profondes. - Batteries « tubulaires »
Les batteries tubulaires stationnaires sont caractérisées par une grande réserve d'électrolyte au dessus des électrodes ce qui permet un entretien moins fréquent, ainsi que par une hauteur importante de fond de la batterie sous les plaques qui permet d'éviter le court-circuit provoqué par les déchets de plaques. Les batteries tubulaires sont souvent utilisées en tant que batteries stationnaires, mais elles possèdent en plus de très bonnes caractéristiques en cyclage profond (10 à 15 ans d'espérance de vie en application photovoltaïque). Par rapport aux autres batteries ouvertes, les batteries tubulaires souffrent plus de la stratification de l'électrolyte à cause de leur hauteur. Les batteries tubulaires sont vendues sous forme d'élément de 2V de plusieurs centaines d'A/h. - Batterie à recombinaison de gaz (batterie VRLA) Un des grands inconvénients des batteries « ouvertes » est l'entretien important qu'elles imposent, en particulier l'ajout régulier d'eau. Une réponse a été apportée au début des années 80, avec un nouveau type de batteries ne nécessitant qu'un très faible niveau de maintenance: les batteries à recombinaison de gaz. En cas de dégazage, l'hydrogène et l'oxygène se recombinent pour former de l'eau. Le taux de recombinaison varie entre 95% et 99% alors qu'il est inférieur à 30% dans le cas des batteries ouvertes. Si la pression interne des gaz devient trop forte, ces batteries disposent d'une vanne-soupape que relâche les gaz, d'où leur nom anglais : VRLA Batteries pour Valve Regulated Lead Acid Batteries. Inconvénients et avantages des batteries VRLA par rapport aux batteries ouvertes Dans les batteries VRLA, l'électrolyte est figé ce qui permet de transporter ce type de batterie beaucoup plus facilement que les batteries ouvertes. Des alliages Pb-Ca-Sn sont souvent utilisés dans ce type de batteries. Il existe deux grands types de batteries VRLA : - les batteries gélifiées
- les batteries AGM - Batterie « gel » L'électrolyte est figé par l'addition de gel de silice. Dans certaines batteries, de l'acide phosphorique est additionnée afin d'améliorer la durée de vie en cyclage profond. Des fissures se créent lors de premiers cycles au travers de l'électrolyte gélifié entre les électrodes positives et négatives. Ceci facilite la recombinaison en favorisant le transport des gaz. - Batteries AGM ( Absorbed Glass Mat) L'électrolyte est absorbé et donc immobilisé dans des tissus en fibre de verre (boro-silicate), placés entre les électrodes. Le processus de recombinaison des gaz est différent du cas précédent : les molécules d'oxygène diffusent à travers les tissusséparateurs, des électrodes positives vers les électrodes négatives pour y former de l'eau.
VI- CONSTITUTION DES BATTERIES AU PLOMB: Un accumulateur de 2V est l'unité de base d'une batterie au plomb. Il se compose notamment d'électrodes positives et négatives, d'un séparateur microporeux et d'un électrolyte. Une batterie au plomb est composée de plusieurs accumulateurs logés dans un bac, le plus souvent en plastique, muni d’orifices en partie supérieure pour permettre le remplissage et les compléments en eau si nécessaire ainsi que pour l'évacuation des gaz produits. Le nombre des accumulateurs détermine la tension que la batterie délivrera. Un élément est une association d’électrodes positives et négatives baignant dans de l’électrolyte. L’ensemble a une différence de potentiel entre ses bornes d’environ 2 Volts. L'électrode positive est composée d'oxyde de plomb et l'électrode négative de plomb. L'électrolyte, dont la fonction est d'assurer le transfert des ions entre les électrodes pendant la réaction chimique, est une solution acide. ==> Electrodes positives Les électrodes positives sont des grilles, en alliage binaire ou ternaire de plomb (Pb-Sb, Pb-Sn, Pb-Ca, Pb-Sb-As...) dont les alvéoles sont remplis d'une pâte poreuse de peroxyde de plomb PbO2 (matériau actif aux électrodes positives). Les éléments d'alliage permettent d'améliorer les propriétés mécaniques des grilles et ont une influence sur les performances des batteries. ==> Electrodes négatives Les électrodes négatives comparables aux grilles positives, sont remplies de plomb métallique très poreux (matériau actif aux électrodes négatives) : on parle d'éponge de plomb métallique. Les électrodes sont souvent appelées « plaques » en raison de leur forme. ==> Séparateurs Afin d'éviter le contact entre les électrodes positives et négatives, et donc des courts-circuits, les plaques sont isolées entre elles par un séparateur. Ces séparateurs sont généralement des feuilles rectangulaires, intercalées entre les plaques positives et les plaques négatives, et possèdent des qualités remarquables : - isolant électrique parfait - très grande perméabilité aux ions porteurs de charges électriques - barrière pour les particules de matières - porosité élevée - excellente tenue à l'acide sulfurique
Les séparateurs sont le plus souvent constitués par un feutre de fibres cellulosiques protégées par une résine ou encore par du chlorure de polyvinyle fritté ou des feutres en fibre de verre. ==> Electrolyte L'électrolyte est une solution diluée d'acide sulfurique, sous forme liquide, de gel ou absorbée dans des feutres en fibre de verre.
==> Expandeurs Les premiers accumulateurs au plomb industriels ont utilisé des séparateurs en bois. Quand on a mis des séparateurs en plastique ou en fibre de verre, les performances des batteries se sont effondrées ! Avant que l'on comprenne que le bois était chimiquement utile pour maintenir la porosité de la matière active. Le bois libère des macromolécules organiques en milieu sulfurique. Ces composés appelés ligno-sulfonâtes sont utilisées sous le nom d’éxpandeurs dans les batteries modernes afin de maintenir leur performance dans le temps.
A ce stade de la discussion, on identifiera deux grands types de batteries Plomb / acide : - les batteries "ouvertes : (flooded batteries) : ces batteries Plomb / acide sont dites ouvertes car elles disposent de bouchons qui permettent d'accéder à l'électrolyte qui est alors sous forme de liquide. - les batteries étanches VRLA : Ces batteries sont dite étanches par opposition aux batteries ouvertes. Dans ce cas, il est impossible de rajouter de l'eau dans la batterie Plomb.
VII.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
A la décharge : Les deux polarités se sulfatent, l'électrolyte est consommé ( les ions SO42- vont sur les électrodes). L'oxygène libéré par l'électrode positive s'unit aux ions H+ en solution pour former de l'eau. Si la décharge est totale, l'électrolyte ne sera plus composé que d'eau distillée. A la recharge : Les deux polarités se désulfatent, l'électrolyte est régénéré (mise en solution d'ions SO42- ). La plaque positive est peroxydée (formation de PbO2) et des ions sont libérés (augmentation de la concentration H+ de l'électrolyte). VIII.
FACTEURS DE DEGRADATION DES BATTERIES AU PLOMB : VIII.1 Corrosion des électrodes : Les électrodes, surtout positives, sont sensibles à la corrosion : le plomb de la grille se transforme en dioxyde de plomb PbO2. La vitesse de corrosion augmente avec la concentration en acide sulfurique, la température et quand la batterie vieillit. La corrosion provoque un gonflement des électrodes positives car le dioxyde de plomb est 37% plus volumineux que le plomb. Ceci induit des contraintes mécaniques qui déforment les électrodes et fragilisent la liaison entre la grille et les matériaux actifs : la
capacité de la batterie diminue alors car la résistance interne augmente. Si la corrosion devient trop importante, les matériaux actifs tombent peu à peu au fond des accumulateurs, et l'ensemble des électrodes se désagrège. L'ensemble de ces débris peut alors créer des courts-circuits. Ainsi, dans certaines batteries, les séparateurs enveloppent les électrodes afin d'éviter l'accumulation de débris au fond des accumulateurs.
Grille positive corrodée VIII.2. Risque de gel et variation de la densité spécifique : La densité spécifique de l'électrolyte est définie par le rapport de la densité de la solution d'acide sulfurique sur celle de l'eau distillée. Nous avons vu que si la décharge est totale, l'électrolyte ne sera plus composé que d'eau : la densité spécifique varie en fonction de l'état de charge de la batterie. L'état de charge de la batterie est souvent mesuré en estimant la densité spécifique de l'électrolyte à l'aide d'un hydromètre. Cet appareil utilise généralement le principe d'Archimède : des graduations placées sur le flotteur permettent d'estimer la densité de l'électrolyte.
VIII.3. Sulfatation : Durant la décharge, des cristaux de sulfate de plomb (PbSO4) se forment sur les électrodes positives et négatives. Si la batterie reste longtemps déchargée, ces cristaux de sulfate de plomb grossissent et coalescent. Ils peuvent alors déformer les électrodes et provoqués des courts-circuits en perforant les séparateurs. Si la batterie reste déchargée trop longtemps, la transformation des matériaux actifs (Pb et PbO2) en sulfate peut devenir irréversible, ce qui réduit la capacité effective de la batterie. De plus, les sulfates augmentent la résistance interne des batteries car ils ne sont pas de bons conducteurs électriques. L'occurrence de la sulfatation dépend : - du taux de décharge : plus le taux de décharge est important, plus la sulfatation est importante. - du temps de maintien de la batterie sous un taux de décharge donné : la sulfatation augmente avec le temps de maintien en décharge. - du type de batterie plomb/acide, en particulier des alliages de plomb utilisés. VIII.4. Stratification de l'électrolyte : La stratification de l'électrolyte est un problème propre aux batteries ouvertes (électrolyte liquide) : la stratification est généralement provoquée par un état prolongée de sous charge ou par des surcharges qui ne sont pas assez fréquentes car la surcharge créée des bulles d'oxygène et d'hydrogène qui permettent d'agiter l'électrolyte. Un des objectifs des charges d'égalisation est de lutter contre les effets néfastes de la stratification en créant ce bouillonnement gazeux qui agite l'électrolyte et uniformise sa concentration. VIII.5. Surcharge et dégazage : Quand la tension de charge excède une valeur qui dépend du type de batterie, la batterie est en surcharge : le dégazage devient trop important. Pour les batteries ouvertes à électrolyte liquide, le dégazage est nécessaire et bénéfique car il combat la stratification, mais il ne doit pas dépasser quelques minutes car : - le dégazage provoque une élévation de température - les bulles descellent les matériaux actifs des grilles
- le dégazage consomme de l'électricité - les dégagements gazeux consomment de l'eau, ce qui a pour effet d'augmenter la concentration de l'électrolyte en acide sulfurique ( + de corrosion) ainsi que d'augmenter les besoins en maintenance. La production d'hydrogène induit des risques d'explosion : les endroits où sont placées les batteries ouvertes doivent être ventilés car il y a risque d'explosion quand la concentration de l'air en hydrogène atteint 4%. VIII.6. Effet de la température : - Influence de la température sur la duré de vie des batteries La température a des effets importants sur la durée de vie des batteries au plomb. Quand la température augmente de 10°C, la vitesse des réactions électrochimiques double : la durée de vie moyenne des batteries diminue d'un facteur 2 à chaque augmentation de 10°C car la corrosion est accélérée. Quand la température baisse, la durée de vie des batteries augmente, mais leur capacité diminue. Emballement thermique (Thermal runaway) Si une batterie opère sous une température ambiante élevée alors qu'elle est en surcharge, la quantité de chaleur produit lors d'un dégazage intensif peut dépasser la quantité de chaleur qui s'échappe de la batterie. La température de la batterie s'élève alors, ce qui accélère encore la vitesse des réactions chimiques exothermiques : c'est l'emballement thermique et la batterie sera perdue. Pour éviter les problèmes de température, les batteries doivent être placées dans un bâtiment thermiquement isolé ou doivent être associées à des radiateurs thermiques (dissipation de chaleurs).
INTERVENTIONS SUR LES REDRESSEURS ET BATTERIES
I-
INTERVENTION SUR LES REDRESSEURS :
I-1- Installation : Chaque redresseur doit être installé dans un local propre et aéré répondant aux conditions climatiques correspondant aux spécifications constructives de l’appareil (sauf indication contraire, norme par exemple). - L’armoire ne doit pas se trouver à proximité d’une source de chaleur et son accès doit être facile. - Les orifices de ventilation doivent être dégagés pour permettre la libre circulation de l’air. - Le redresseur mis en place doit être éventuellement fixé au sol qui doit être plat afin de ne pas introduire de contrainte mécanique. I-2- Raccordement : Tout type de raccordement doit être fait avec redresseur éteint et avec les circuits de batterie et d’alimentation interrompus pour qu’il n’y’a pas de danger pour l’installateur. - Placer en position « arrêt » tous les organes de coupure électriques. - Pour les redresseurs triphasés, vérifier que les coupleurs se trouvent dans la position correspondant à la tension réseau («380V ou 220V). - Raccorder la prise de terre à la borne - Raccorder les câbles de signalisations installées à distance. - Raccorder les autres connexions suivant le schéma électrique joint. - La section des câbles doit être prise en considération. - Raccorder le circuit d’alimentation aux bornes d’entrées en commençant du côté redresseur puis source d’alimentation en vérifiant que le disjoncteur de protection et de coupure du départ « alimentation redresseur » est ouvert, ce disjoncteur est installé dans l’armoire de distribution des auxiliaires alternatifs. - Raccorder la batterie aux bornes (+) et (–) en respectant les polarités (+ batterie au + chargeur, - batterie au – chargeur). - Raccorder le circuit utilisation. I-3- Mise en service: Avant de mettre le redresseur sous tension, vérifier les points suivants : 1- Mettre l’inverseur « manuel/automatique » en position manuelle et ramener le potentiomètre manuel à zéro, l’inverseur est placé dans boitier électronique à l’intérieur du redresseur.
-
-
2- Pour les anciens redresseurs, régler la minuterie ou le relais temporisé sur 5minutes et l’horloge sur 16heures, pour les nouveaux redresseurs la temporisation est programmable. 3- Vérifier la tension et les polarités de la batterie au niveau des bornes d’entrées au redresseur. 4- Fermer le circuit batterie et voir la tension batterie au niveau du voltmètre ou sur l’afficheur. 5- Fermer le disjoncteur d’alimentation du redresseur situé dans l’armoire des auxiliaires alternatifs. 6- Fermer l’interrupteur marche/arrêt du redresseur qui est installé sur sa face avant. Le contacteur d’alimentation installé dans le redresseur se ferme. On doit pouvoir faire varier la tension par l’intermédiaire du potentiomètre manuel. Le courant de charge doit apparaitre sur l’ampèremètre. 7- Vérifier le sens du champ tournant par la visualisation de l’allumage d’une led rouge intégrée dans une carte électronique à l’intérieur du redresseur ou par un appareil adéquat (contrôleur d’ordre de phase). Si le sens du champ tournant est mauvais, permuter deux phases aux bornes d’entrées d’alimentation. Si le fonctionnement est correct, placer l’inverseur en position automatique, le redresseur passe en limitation de courant ou en régulation de tension suivant l’état de la batterie. 8-
Contrôler la tension de sortie du redresseur à l’aide d’un voltmètre de précision. Le redresseur est alors en marche. Les tensions de charge et de floating sont préréglées à l’usine chez le fabriquant, mais pour toute correction éventuelle agir à l’aide d’un tournevis fin, sur les potentiomètres respectifs intégrés dans la carte de régulation de la tension. I-4- Maintenance: Le redresseur étant entièrement statique son entretien est réduit. Il est cependant conseillé de procéder une fois par an à un dépoussiérage complet, particulièrement pour les ailettes de refroidissement du pont redresseur, le transformateur et la self. Vérifier le serrage de toutes les connexions électriques et la fixation des équipements installés. Contrôler l’état des ampoules des voyants. Vérifier les tensions charge et floating. Pour effectuer la maintenance et éviter tout risque de court circuit, il est nécessaire d’isoler préalablement le redresseur. I-5- Incidents et dépannage:
Le déclenchement ou la mise à l’arrêt par défaut redresseur se traduit généralement par l’allumage du voyant « défaut » sur le redresseur, la fermeture de la boucle de signalisation à distance sur le tableau de commande, courant débité est nul et chute de la tension batterie. L’identification de la cause est alors facile : Si le défaut est dû à la rupture d’un fusible, celle –ci est détectée par le déclenchement du microcontact correspondant; il suffit alors, après remplacement du fusible, de réarmer le microcontact. De même si le défaut est dû au déclenchement du relais thermique de protection, il suffit d’appuyer sur son bouton de réarmement. Pour un défaut, il faut vérifier les fusibles non signalés et de s’assurer de la présence secteur. De toute façon, le schéma électrique du redresseur indique le branchement précis des différents équipements et permet de les contrôler individuellement. Une absence de débit de courant, un emballement du redresseur ou un court circuit peut se traduire par le claquage d’un thyristor ou d’une diode. Une mesure du courant dans les diodes ou dans les thyristors à l’aide d’une pince ampèremétrique, ou encore la mesure à l’ohmmètre des semi-conducteurs débranchés peut permettre l’identification de la panne. En cas de mauvaise régulation ou d’absence de débit, faire un essai en manuel ; si celui-ci est correct, la panne se situe dans la partie régulation, si non la panne peut être due au générateur d’impulsion. En cas de panne d’un circuit imprimé, la meilleure solution consiste en son remplacement par un élément identique et le retour chez le constructeur pour réparation. En effet, le dépannage des circuits électroniques est une opération très délicate qui ne peut être effectuée qu’en laboratoire sous peine d’aggraver la panne.
Si le défaut persiste et la cause n’est pas identifiée, il est conseillé de se reporter au tableau d’aide au dépannage cidessous afin de remédier au défaut.
I.6. Diagnostique des pannes CAUSES POSSIBLES
Absence réseau alimentation Fusible HS Interrupteur de cde sur arrêt Carte électron MT en panne Thyristors ou diodes défectueux Condensateur de filtrage en c.c Fils contrôle shunt coupé Fils contrôle tension coupée
ACTION CORRECTIVE
SYMPTÔMES voyant défaut allumé
pas de débit
X
X
X
X
X
X
X
X
emballeme nt tension de sortie
X
Fusion fusible de puissanc e
X
X
X
X
X X X
Pas de commutati on automatiqu e de régime
X
Pas de limitatio n d’intensi té
X
Rétablir l’alimentation du redresseur Remplacer le fusible après vérification de la cause Mettre l’inter sur position marche Remplacer la carte Les remplacer après contrôle séparé à l’ohmètre Remplacer le condensateur défectueux Rétablir la liaison électrique Rétablir la liaison électrique
II-
INTERVENTION SUR LES BATTERIES : II-1- Consignes d’installation et d’intervention : Avant de procéder à l’installation de la batterie, s’assurer que le matériel de première urgence est disponible, notamment : Eau, Rince œil avec eau. En cas de projection d’électrolyte rincer abondamment à l’eau froide les parties des corps affectées. Si l’électrolyte atteint les yeux, laver abondamment au rince œil. Toujours porter des lunettes de protection, des gants et des habilles anti acides quand il s’agit de remplissage de la batterie avec de l’électrolyte. Il faut impérativement éviter : De fumer dans les locaux des batteries. De provoquer des étincelles électriques. D’utiliser du matériel de soudure. D’utiliser des matériels portatifs reliés à une prise de courant. D’utiliser des outils non protégés. Les charges électrostatiques ou se décharger régulièrement à la terre en touchant une partie métallique. Eviter les courts circuits accidentels entre les électrodes (+) et (–) ou en laissant tomber un objet métallique sur les barrettes de connexion. II-2- Installation: La salle des batteries permettra un acheminement facile des accumulateurs. La salle doit être pourvue d’un extracteur des gaz ou bien aérée afin d’éliminer le mélange gazeux explosif. La quantité d’air nécessaire en litre par heure est : Q = 55 x N x I N : nombre d’éléments I: Intensité maximale de charge. II.2.1. Installation du chantier : Assembler le chantier en suivant les instructions jointes de l’envoi. Si nécessaire placer les isolateurs. Placer les chevrons et les longerons et s’assurer de l’emboitement. Vérifier que le support est d’aplomb. Rattraper les irrégularités du sol par des calles appropriées sous les isolateurs.
S’assurer que tous les isolateurs soutiennent le support. II.2.2. Installation des batteries : Les éléments de la batterie doivent montés en série. Assembler la batterie sur le chantier en s’assurant que la borne positive d’un élément est du côté de la borne négative de l’autre élément et continuer dans cet ordre. Vérifier l’alignement des éléments. Placer les connexions et les écrous en contrôlant le serrage et la propreté. Mettre les protections isolantes. S’assurer que les bouchons sont mis en place. Mettre la batterie en charge d’égalisation II-3- Charges: II.3.1. Généralités : La batterie est chargée lorsque la densité de l’électrolyte de chaque élément se situe à 1.24 +ou- 0.01 à 25°C. Si la température s’écarte de 25°C, il y’a lieu de corriger la valeur lue au pèse acide de 0.01 par fraction de 15°C en plus au moins. La température maximale admise pendant la charge est de 45°C. Si on atteint cette température, arrêter la charge. Le courant maximal admis pour la recharge est de C/10, la quantité de courant à fournir étant de 1.2 fois la quantité retirée par la décharge. II.3.2. Indices de fin de charge : La tension de chaque élément reste stable et soit égale à la tension de chaque élément. La densité de l’électrolyte reste constante et égale à la densité des autres éléments 1.24 plus au moins 0.01. Que le bouillonnement de l’électrolyte soit franc dans tous les éléments. II.3.3. La recharge après une décharge : Après chaque décharge, toute batterie doit être rechargée immédiatement sous une tension constante de charge de
2.25V par élément jusqu’à apparition des indices de fin de charge. Exceptionnellement, une tension de 2.25V à 2.40V peut être appliquée pour la charge rapide ou à fond de la batterie. II.3.4. La charge d’égalisation : La charge d’égalisation, qui a pour effet d’homogénéiser l’état de charge d’électrolyte, est à effectuer : Si une baisse de densité est constatée. Après une panne de secteur alternatif de durée supérieure à 5 minutes. Après adjonction d’eau distillée. Cette charge est appliquée à une intensité maximale de C/10 ampères jusqu’à fin de charge.
II-4- Fonctionnement: Généralement, les accumulateurs sortent de l’usine chargés. Toutefois, dans la plus part des cas, il est nécessaire de parfaire cette charge de formation lors de la mise en service pour compenser la perte de capacité due au stockage chez le constructeur ou dans l’attente de la mise sous tension de la batterie sur le chantier. Normalement, les consignes de mise en service sont indiquées sur la notice d’utilisation jointe à chaque batterie fournie par le fabriquant. En exploitation normale la batterie est connectée en permanence, en parallèle sur le chargeur et ne débite qu’exceptionnellement lors des pannes du réseau d’alimentation. En marche normale, secteur présent, le chargeur alimente seul l’utilisation. La tension moyenne à appliquer à la batterie est de 2.20V par élément, ces valeurs sont valables pour des températures de 20 à 30°C. Cette tension peut être modifiée en fonction des résultats de contrôles trimestriels. - Une baisse de densité sur l’ensemble des éléments indique une insuffisance de charge. Dans ce cas augmenter la tension de floating. - Une consommation d’eau anormale sur l’ensemble des accumulateurs indique une surcharge. Dans ce cas abaisser la tension de floating. II-4- Maintenance et contrôle: II.4.1. Matériel à utilisé : Densimètre. Thermomètre. Remplisseur d’électrolyte. Voltmètre II.4.2. Maintenance systématique : La durée de vie des batteries au plomb varie de 6 à 10 ans, elle est conditionnée par le respect des règles suivantes :
Hebdomadaire : Maintenir en parfait état de propreté les bacs, les couvercles ainsi que la salle des batteries. Eliminer les sels, traces d’acide sur les bornes, connexions et couvercles avec une éponge imbibée d’eau. Ne jamais nettoyer les bacs et les couvercles avec des solvants, des détergents, de l’huile.
Mensuelle : Vérification de la tension totale de la batterie : U totale = Nombre d’éléments x U floating par élément. Mesurer la tension, la densité, la température et le niveau d’électrolyte de chaque élément. Mesurer la température du local. Nettoyer les couvercles, le sommet des bacs et les connexions au moyen d’un chiffon sec. Placer de la graisse adéquat sur toutes les connexions au moyen d’un pinceau.
Trimestrielle : Mesure de la tension totale de la batterie. Mesurer la tension, la densité, la température et le niveau d’électrolyte de chaque élément. Remplir en eau distillée chaque élément jusqu’au niveau MAX. Ne jamais ajouter d’acide ou de l’eau de ville. Procéder à une charge d’égalisation. Nettoyer complètement la batterie au moyen d’un chiffon sec. Placer de la graisse adéquat sur toutes les connexions. Vérifier le bon fonctionnement du chargeur. Chaque deux ans : Laver périodiquement chaque deux ans les bouchons à l’eau courante puis les sécher. II.4.3. Recommandations : Addition d’eau : - Le remplissage avec de l’eau distillée ou déminéralisée doit s’effectuer sur une batterie chargée avant que l’électrolyte n’atteigne le niveau MIN. - Ne jamais dépasser le niveau MAX lors des additions d’eau. - L’intervalle de temps entre deux adjonctions d’eau varie entre 1 à 6 ans suivant l’âge de la batterie, la température du local, le type d’élément etc.
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Une charge d’égalisation est recommandée après mise au point du niveau pour bien homogénéiser d’électrolyte jusqu’à obtention de densité nominale. Tenir un cahier de visite dans lequel pourra être noté : o Température des éléments. o Température du local. o Densité d’électrolyte des éléments. o Tension totale de la batterie et par élément.
: II.4.4. Contrôle total et sanction : Si le nombre d’élément défectueux est ,pour la batterie à 24 éléments 2=< Ou pour les batteries 58 éléments 4=< La batterie est insuffisamment chargée, il est nécessaire de provoquer 3 à 4 charges d’égalisation de 15 heures. Si les densités nominales sont atteintes : la batterie est en bon état, il suffit de faire ajuster la tension de floating. Dans le cas contraire, c’est un signe de fin de vie de la batterie. Il faut prévoir son remplacement. Un ultime essai de régénération de la batterie peut être tenté ; cette opération qui nécessite une batterie tampon est effectuée par une charge à fond en observent visuellement la batterie pendant toute la durée de l’opération. Nota : le remplacement d’élément n’est rentable que pour une batterie de moins de 5 ans
et pour un nombre d’éléments
inférieur à 1/10 du nombre total d’éléments.
