Descriptif technique :

Descriptif technique :
Dimensionnement des batteries.
Les armoires électriques développées dans le projet sont des produits standards et doivent
pouvoir s’adapter au besoin du client. Elles sont destinées à alimenter des charges variables selon les
spécificités de chaque demande.
Afin d’assurer la continuité de service en cas d’interruption du réseau, il est nécessaire de
dimensionner les batteries convenablement. De plus, cela nous fournis une information sur l’espace
nécessaire à allouer aux batteries.
Les systèmes :
Système 0-5kW : Cette gamme de produit doit pouvoir fournir au maximum 5kW.
En ce qui concerne l’autonomie, elle varie en fonction du client. Mais l’autonomie le plus souvent
souhaité est de 30 minutes. Enfin, tous les systèmes fonctionnent en 48V.
Calcul de capacité nécessaire des batteries :
Avec α= coefficient de décharge de la batterie.
Ce coefficient de sécurité permet de prévenir du vieillissement de la batterie afin de rallonger leur
durée de vie.
AN : on obtient ainsi :
Conformément au fournisseur de batteries retenu, on optera pour des batteries 12V, 31Ah. Il
sera nécessaire d’installer 8 batteries dans l’armoire.
Ces batteries ont pour dimensions 97mm x 280mm x 159mm. Il est possible de les aligner par 4 sur
un même plateau dans l’armoire. Ces Plateaux s’appellent des bancs. Dans notre cas, 2 bancs de
batteries seront nécessaires.
Sachant que l’espace libre dans ce modèle d’armoire est de 80cm pour une hauteur de
batterie de 16 cm, il est possible de faire tenir les 2 bancs de batteries dans la même armoire que les
systèmes de conversions.
Système 5-20kW : La puissance maximale est 4 fois plus élevée. Par conséquent, pour une
même autonomie, Il faudra 4 fois plus de batteries si on garde les mêmes, soit 8 bancs de batteries.
La distribution principale ne supporte que 2 bancs de batteries (sans le module d’extension
batterie). On change de modèle de batterie pour des 12V 120Ah.
Ces dernières ont pour dimensions 555/125/234 (L/l/H). L’avantage c’est qu’il est possible de
les rentrer en 2 bancs de 4 batteries dans l’armoire.
Système 20-40kW : Ici la puissance double par rapport à la gamme précédente. De plus la
monté en puissance de l’armoire impose un rack de conversion supplémentaire.
Dans ce cas, il n’est plus possible de placer les batteries dans la même armoire. Une deuxième
armoire pour les batteries est nécessaire.
Dimensionnement des jeux de barres.
Les jeux de barres des différentes armoires sont dimensionnés pour tenir les courants pour la
valeur maximale de la puissance de la plage de fonctionnement. La section des conducteurs a été
définie à l’aide d’abaques.
La forme des conducteurs est définie suivant les règles suivantes :
-
Une fois déplié le conducteur doit être rectangulaire, les découpes en L sont à proscrire.
Les conducteurs n’excéderont pas les 5mm d’épaisseurs pour faciliter les pliages.
Théoriquement, il faudrait prendre en compte la chute de tension maximale admissible en
sortie du jeu de barres. Pour se faire, il est nécessaire de calculer la résistance de chacune des barres
en fonction de leur section et de leur longueur.
Avec :
-R
-L
-S
-I
-U
la résistivité du conducteur
la longueur du conducteur
la section du conducteur
le courant le traversant
la chute de tension
Mais dans notre cas nous avons utilisé des sections normalisées issues d’abaques, arrondies
au supérieur. La chute de tension devrait, par conséquent être assez faible. Cette dernière sera
mesurée lors de la phase de qualification du système.
En cas de court-circuit, les convertisseurs limitent leur courant à leur courant maximum. Ainsi
cela n’influe pas sur la taille des conducteurs.
En revanche, les batteries, quant à elles, vont débiter de très forts courants : De l’ordre de plusieurs
milliers d’ampères.
Des fusibles sont là pour les protéger le système. Mais ces pics de courant peuvent induire
des forces magnétiques dans le jeu de barre pouvant le déformer.
Afin d’éviter au mieux ce phénomène, les barres sont placées le plus souvent possible
orthogonalement l’un par rapport à l’autre.
Une réflexion sur la possibilité d’utiliser des jeux de barres en aluminium à la place du cuivre
a été lancée mais rapidement abandonnée pour les raisons suivantes :
-
La section des conducteurs est à multiplier par 1.6
Le système doit être modulaire et laisser la possibilité au client de l’adapté en cas de
changement de charges (ex : déconnection partielle des charges). Or, il s’avère que
l’oxyde d’aluminium est un isolant. Ce qui pose un problème si l’on souhaite effectuer
des rajouts sur le jeu de barre.
Figure1 : Abaque pour le dimensionnement des conducteurs
Notion de fiabilité, disponibilité :
La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance que l’on
obtient en divisant la durée durant laquelle le système est opérationnel par la durée totale durant
laquelle on aurait souhaité qu'il le soit.
On exprime classiquement ce ratio sous forme de pourcentage.
La disponibilité est aussi à prendre de manière relative. Les systèmes n'ont pas la même
importance suivant les moments. L’impact n'est pas le même lorsque l’on a absolument besoin du
système à ce moment-là, ou alors si l’on se trouve dans une période de moins grand besoin.
La disponibilité est notée A, comme Availibility.
MTTF est le temps moyen de fonctionnement.
Il est noté 1/λ où λ représente le taux de défaillance.
En général (surtout dans le domaine électronique) ce coefficient est donné par le fournisseur,
et si cela n’est pas le cas il existe des abaques génériques auxquelles on peut se référer.
MTTR est le temps moyen de réparation.
Les critères de maintenabilité doivent être pris en compte dès la conception des
équipements. Ils visent à minimiser les coûts de maintenance en temps et en argent. C’est suivant ce
critère qu’il a été décidé de mettre tous les composants à risque de la distribution facilement
accessible. (Relais, fusibles…)
MTBF est le temps moyen entre pannes.
Pour le moment, aucun calcul n’a été effectuer parce qu’il s’agit d’un travail de longue
haleine. De plus la société MITRA préfère se baser sur le retour d’expérience du produit.
Afin d’accroitre la disponibilité du produit, nous utilisons le principe de la redondance.
C’est-à-dire que dans l’étage de conversion, il y a volontairement un convertisseur
supplémentaire et les bancs de batteries sont doublés. Cela permet en cas de panne de redresseur
ou de vieillissement prématuré des batteries de pouvoir intervenir sans arrêter le système.
Débogage de cartes de monitoring :
Chaque client à des besoins différents en ce qui concerne la gestion de site.
C’est la raison pour laquelle, les cartes de monitoring sont régulièrement mise à jour, et que de
nouvelles cartes voient le jour. Elles sont généralement associées à des cartes d’affichages et ne sont
pas testées avec toutes les cartes existantes
Ce qui peut poser des soucis de compatibilités.
Lors d’un test de compatibilité, une erreur dans l’affichage des valeurs de tensions et
courants a été détectée.
Afin de trouver l’origine du problème, il a été nécessaire de revoir le schéma électrique des cartes
concernés et de tester les différents étages un à un.
Il en est ressorti que :
- Le défaut d’affichage de la tension de bus était dû à une erreur de dénomination du -48v
dans le schéma.
Un -48VSENSE au lieu d’un -48V_SENSE arrivait sur l’AOP.
De plus ce dernier se bloquait en saturation au
démarrage. Ceci étant due au fait que la tension de bus (48V_SENSE) s’établissait plus vite que les tensions
d’alimentation de l’AOP.
Figure 2 : schéma d’implantation
Par conséquent, Il a été nécessaire de rajouter une diode entre l’entrée de l’AOP et son entrée VCC-.
- Un problème d’échelle sur les valeurs affichées.
Dans ce cas, il s’est avéré que les deux cartes possédaient toutes les deux un pont diviseur
pour étalonner le niveau de tension pour l’afficheur. Pour corriger ce problème, il a suffi de
supprimer quelques résistances.
Figure 3 : schéma électrique