Dans les sous-stations modernes, une conception précise du système électrique nécessite une compréhension claire des charges instantanées (transitoires) et de leur impact sur le dimensionnement des équipements, notamment pour les chargeurs de batterie des systèmes CC. Cet article détaille le concept de charges transitoires, leurs implications et explique comment calculer correctement la capacité d'un chargeur dans de telles conditions.

1. Qu'est-ce qu'une charge instantanée (transitoire) ?

Une charge transitoire désigne une demande de puissance élevée et de courte durée, généralement comprise entre quelques millisecondes et plusieurs secondes. Ces charges se caractérisent par :

(1)Courant ou puissance de forte amplitude

(2)Brève durée

(3)Calendrier imprévisible

Exemples courants :

Courants d'appel lors du démarrage du moteur ou de la mise sous tension du transformateur (jusqu'à 5 à 10 fois le courant nominal)

Surtensions de commutation provenant de machines à souder ou d'équipements à induction haute fréquence

Des événements de défaut, tels que la foudre ou des courts-circuits, provoquant des pics de charge brefs mais intenses

2. Pourquoi les charges transitoires sont-elles importantes ?

(a) Impact sur les équipements électriques

Les composants électriques tels que les disjoncteurs, les transformateurs et les câbles doivent être conçus pour supporter :

Courants de résistance de pointe

Contrainte thermique lors des surtensions :
Le non-respect de ces consignes peut entraîner une rupture de l’isolation, une surchauffe ou une défaillance de l’équipement.

(b) Défis pour les dispositifs de protection

Les relais de protection peuvent interpréter à tort les charges transitoires comme des défauts. Il est donc essentiel de :

Définir des seuils de protection appropriés

Faire la distinction entre les transitoires normaux et les défauts réels

3. Comment calculer la capacité du chargeur (systèmes CC de sous-station)

Scénario:

Un chargeur alimente un système CC qui alimente les batteries, les protections de contrôle et les charges de secours. Un dimensionnement approprié doit tenir compte des éléments suivants :

Demande de charge de la batterie

Charges CC à l'état stationnaire

Charges transitoires potentielles (instantanées)

4. Calcul étape par étape

(a) Déterminer le courant de charge

Pour les batteries au lithium ou au plomb-acide, la charge à courant constant est généralement de 0,1 à 0,2 °C, où C est la capacité nominale (Ah).

Exemple:
Capacité de la batterie = 200 Ah
Courant de charge = 0,1 C = 20 A

(b) Calculer la puissance de charge

Tension de charge = 2,35 V/cellule × 110 cellules = 258,5 V
Puissance de charge = 20 A × 258,5 V = 5,17 kW

(c) Ajouter d'autres charges

Charge en régime permanent : par exemple, dispositifs de contrôle/protection ≈ 1 kW

Charge transitoire : par exemple, fermeture du disjoncteur ≈ 3 kW (courte durée)

(d) Tenir compte de l'efficacité et de la marge de sécurité

Efficacité du chargeur (η) : généralement 85 %

Facteur de marge : généralement 20 à 30 %

5. Formule finale

P _chargeur =P _charge +P _{charge régulière} +P _{charge transitoire /} η ×(1+marge)

6. Exemples de calculs

Cas A : La charge et la charge transitoire ne se chevauchent pas

Puissance de charge = 5,2 kW

Charge régulière = 1 kW

Charge transitoire = exclue

P=(5,2+1)×1,2/0,85≈8,75 kW⇒sélectionnez un chargeur de 10 kW

Cas B : la charge et la charge transitoire se produisent simultanément (pire scénario)

Charge transitoire = 3 kW inclus

P=(5,2+1+3)×1,2/0,85≈13,06 kW⇒sélectionnez un chargeur de 15 kW

Conclusion

La conception des postes électriques en conditions de charge transitoires est essentielle pour garantir leur fiabilité. Une sous-estimation des pics de demande peut entraîner des pannes d'équipement et des interruptions de service. Lors du calcul de la capacité d'un chargeur, tenez toujours compte des éléments suivants :

Exigences de charge de la batterie

Chevauchement des charges en régime permanent et transitoire

Marges d'efficacité et de sécurité

Grâce à ces considérations, vous pouvez garantir que vos systèmes d’alimentation CC fonctionnent de manière sûre, efficace et fiable, même en cas de surtensions momentanées.