Conformité à la norme TPL-001-5 : Comment configurer la FCCP pour la détection de circuit ouvert sur une alimentation DC stationnaire non redondante
Ce blogue complète un article précédent de Multitel.
Multitel y proposait une solution économique destinée aux services publics d’électricité souhaitant se conformer à la nouvelle réglementation TPL-001-5 de la NERC, sans avoir à déployer un système coûteux d’alimentation DC redondante dans leur réseau de postes.
Nous vous recommandons de lire le blogue sur la norme TPL-001-5 afin de comprendre pourquoi la FCCP peut être utilisée pour détecter un circuit ouvert et pour signaler cette condition à un centre d’exploitation du réseau 24/7.
L’objectif du présent article est de guider le personnel des services publics d’électricité dans la configuration, l’installation et le déploiement de la FCCP pour les systèmes d’alimentation DC de poste. Des informations supplémentaires sur la réglementation TPL-001-5 de la NERC sont disponibles à la fin du blogue.
Note de bas de page 13c de la norme TPL-001-5c
Les postes électriques des services publics incluent une alimentation DC de station conçue pour maintenir les services critiques en fonctionnement en cas de perte d’alimentation AC. Parmi ces services critiques, on retrouve : les équipements de détection de défauts, les disjoncteurs, les bobines de déclenchement, les relais associés, les systèmes de surveillance et les équipements de communication. Pour des raisons budgétaires, de fiabilité ou de contraintes d’espace, une alimentation DC peut être conçue sans redondance.
Cela signifie qu’un point de défaillance unique est pris en compte lorsqu’une alimentation DC non redondante est associée à des fonctions de protection nécessaires pour un déclenchement normal. Dans ce cas, le risque doit être atténué par l’ajout d’un chargeur supplémentaire et d’une deuxième chaîne de batteries.
Il existe toutefois une exception selon la note 13c de la norme TPL-001-5 :
c. Une alimentation DC de station unique associée à des fonctions de protection nécessaires au déclenchement normal est permise si elle est à la fois surveillée et signalée à un centre de contrôle, pour les conditions de basse tension et de circuit ouvert.
La norme ne précise pas l’emplacement de la surveillance, mais il est clair que c’est l’alimentation DC de station qui doit être surveillée. Celle-ci comprend les batteries de station, les chargeurs de batteries, ainsi que les alimentations DC non basées sur des batteries.
Surveillance/Signalement de basse tension batterie
Conformément aux standards, une condition de basse tension DC doit être surveillée et signalée à un centre de contrôle. Par exemple :
Tous les systèmes de charge de batteries sont équipés d’alarmes de tension de flottement haute et basse, déclenchant un contact sec relié au centre de contrôle par un système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ou une unité de télémesure à distance (RTU).
Une autre méthode consiste à utiliser les entrées analogiques du SCADA ou de la RTU pour mesurer en continu la tension d’alimentation DC de station, déclencher des alarmes haute/basse tension, et les signaler directement au centre de contrôle.
Surveillance/Signalement de circuit ouvert
La détection de circuit ouvert est plus complexe.
Les systèmes de charge de batteries varient considérablement en coût et en fonctionnalités — certains offrent une alarme de défaut de circuit ouvert, d’autres non. Pour ces derniers, Multitel propose un capteur simple, fiable et éprouvé sur le terrain, facilement installable sur toute alimentation DC de station : la FCCP (Float Charging Current Probe).
Ce capteur se fixe sur le câble de la batterie (conducteur de charge) et mesure précisément le courant de flottement continu qui maintient la batterie à son état de charge complet (SoC). En cas de perte du courant de flottement, la FCCP détecte immédiatement cette condition de circuit ouvert.
Pour en savoir plus sur la FCCP, visitez la page produit FCCP.
Conformité à la norme NERC CIP V5
La FCCP ne dispose d’aucune connectivité à distance (pas de port Ethernet ou de communication série), ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire de se soucier de la conformité aux normes NERC CIP (Critical Infrastructure Protection), qui encadrent les programmes de cybersécurité du secteur électrique nord-américain.
Qu’est-ce que la FCCP ?
La FCCP est un capteur de batterie spécialisé capable de mesurer avec précision les faibles courants de charge de flottement, tout en résistant aux déplacements de courant DC de forte intensité répétés, sans compromettre la précision des mesures.
La FCCP repose sur une technique de mesure brevetée, offrant une solution fiable et précise pour la détection des conditions critiques sur les alimentations DC non redondantes.
La FCCP est offerte en deux (2) modèles : un pour les systèmes DC et un pour les systèmes UPS.
Les deux modèles partagent les mêmes caractéristiques techniques et fonctionnalités.
La différence réside dans le micrologiciel (firmware) : le modèle UPS dispose d’un temps d’échantillonnage plus long, ce qui permet de réduire l’effet des bruits basse fréquence provenant de l’onduleur dans les systèmes UPS.
Pour la détection de circuit ouvert, Multitel recommande le modèle FCCP pour systèmes DC.
Ce produit est utilisé et approuvé par les compagnies d’électricité en Amérique du Nord depuis le début des années 2000.
Le contrôleur FCCP peut prendre en charge jusqu’à deux CT (transducteurs de courant).
La longueur du câble CT est disponible en 10 pieds (3,3 m) ou 50 pieds (15,3 m).
Consultez le tableau ci-dessous pour plus de détails.
Models | Qty split-core CTs | CT cable length | Response time |
FCCP DC System | 1 or 2 CTs | 10’ or 50’ | +/- 10 minutes |
FCCP UPS System | 1 or 2 CTs | 10’ or 50’ | +/- 25 minutes |
Acheter la FCCP
Le produit FCCP repose sur une conception brevetée et est fabriqué par Multitel, une entreprise canadienne dont le siège social est situé à Québec.
La FCCP est actuellement disponible sur la boutique en ligne de Multitel.
N’hésitez pas à contacter l’équipe des ventes ou le support technique de Multitel — une équipe chaleureuse et professionnelle, disponible pendant les heures normales d’ouverture (heure de l’Est),
par téléphone au 418-847-2255
ou par courriel à info@multitel.com
Mise en service de la FCCP
Un manuel utilisateur complet, incluant les instructions d’installation et de programmation, est disponible sur la page des ressources du site Web de Multitel.
La FCCP est composée essentiellement de deux éléments principaux :
Le boîtier contrôleur FCCP
Un ou plusieurs transducteurs de courant (CT) à noyau fendu spécialisés
Tous les raccordements électriques sont effectués à l’arrière du contrôleur FCCP (voir illustration ci-dessous).
Panneau arrière de la FCCP
Powering the FCCP
La tension d’entrée du contrôleur FCCP doit être comprise entre 18 et 60 Vcc, avec une consommation électrique de 2,7 W pour une sonde CT et de 3,3 W pour deux sondes CT.
En général, la FCCP est alimentée à partir d’un fusible de 2 A @ 48 Vcc, lorsque le poste électrique est déjà équipé d’un système de télécommunication ou de communication.
Si une tension de 48 Vcc n’est pas disponible, un adaptateur secteur AC/DC Type 2 se branchant à une prise 120 Vca est disponible sur la boutique en ligne de Multitel.
Une autre option est l’utilisation d’un convertisseur DC/DC, mais celui-ci est moins pratique à installer et plus coûteux que l’adaptateur AC/DC.
À savoir :
Tous les paramètres sélectionnés par l’utilisateur sont enregistrés dans une mémoire EEPROM non volatile. Ainsi, les valeurs configurées ne seront jamais perdues, peu importe la durée d’interruption de l’alimentation.
Installation du contrôleur FCCP
Le contrôleur FCCP doit être fixé sur une surface plane, comme le dessus d’une armoire ou un mur plat, à l’aide des supports de montage fournis.
En option, un support 19” ou 23” est disponible pour une installation en baie ouverte ou dans une armoire de serveur.
La distance entre la FCCP et les sondes CT ne doit pas dépasser 100 pieds (33,3 m).
Il est recommandé d’installer la FCCP le plus près possible de la chaîne de batteries surveillée.
Installation des sondes CT
There is no need to open the battery circuit as the split-core designed CT is quick, safe and simple to install. The CT is polarized and must be installed facing the negative post of the battery string, see the pointing arrow sticker on the CT.
The CT is available in two cable lengths, a 10’ (3.3m) or 50’ (15.3m). The cable can be extended in the field with certain precautions following a step-by-step procedure available from support@multitel.com.
The CT cable comes pre-terminated. The cable is usually routed along the battery rack and plugged at the back of the FCCP controller. Do not affix the CT permanently during the installation as you will need to remove it and put it back on for the calibration procedure.
Quick facts about the CT:
Il n’est pas nécessaire d’ouvrir le circuit batterie, car la sonde CT à noyau fendu est conçue pour une installation rapide, sécurisée et simple.
La sonde CT est polarisée et doit être installée face au pôle négatif de la chaîne de batteries (se référer à l’étiquette fléchée sur la sonde).
Deux longueurs de câble sont disponibles : 10 pieds (3,3 m) ou 50 pieds (15,3 m).
Le câble peut être rallongé sur le terrain en suivant une procédure précise à demander à : support@multitel.com
Le câble est pré-connecté en usine. Il est généralement acheminé le long du support batteries puis branché à l’arrière du contrôleur FCCP.
Ne fixez pas la sonde CT de manière permanente lors de l’installation, car elle devra être retirée et replacée pour effectuer la procédure de calibration.
Branchement des contacts secs (alarmes)
La FCCP dispose de deux (2) contacts secs permettant d’indiquer une situation anormale lorsque le courant de flottement dépasse les seuils bas ou hauts configurés.
Lorsque ALM_1 est activé, cela signifie que le courant de flottement est passé en dessous du seuil bas.
Lorsque le courant dépasse le seuil haut, les deux relais ALM_1 et ALM_2 sont activés.
Pour la détection de circuit ouvert, seul le contact ALM_1 doit être utilisé.
Branchement :
Connectez simplement la sortie ALM_NO ou NC à une entrée binaire SCADA/RTU à l’aide d’un câble de 22 à 26 AWG
Pour fixer la broche de connexion au câble, utilisez une pince à sertir ou l’outil de sertissage TE Connectivity 58614-1
Informations essentielles sur les contacts secs :
Les alarmes ALM_1 et ALM_2 fournissent des contacts NO (normalement ouvert) et NC (normalement fermé).
Toutefois, lorsque l’alimentation de la FCCP est coupée, les contacts NO et NC pour ALM_1 ne correspondent pas à ce qui est imprimé sur l’étiquette.
Cela s’explique par le fait que la FCCP utilise ALM_1 à la fois pour signaler un seuil de courant bas et pour détecter une panne du processeur (CPU).
Le CPU maintient le relais ALM_1 activé en continu. Ainsi, en cas de défaillance du processeur, le relais est désactivé, ce qui déclenche une alarme.
Spécification électrique du relais :
Tension maximale : 150 Vdc
Courant maximal : 0,2 A (charge résistive)
Remarque importante :
Les temporisations d’activation des alarmes ne sont pas configurables par l’utilisateur. Elles ont été introduites pour éviter les alarmes parasites, notamment dans les situations normales de recharge ou de décharge, où le courant de flottement peut momentanément atteindre les seuils d’alarme.
Définir les seuils de courant
Par défaut, les seuils HAUT et BAS du courant sont réglés à zéro (0), ce qui désactive les alarmes.
Il est donc nécessaire de configurer des seuils spécifiques selon l’objectif recherché :
Le seuil BAS doit être utilisé pour détecter une condition de circuit ouvert, ce qui déclenchera le contact ALM_1.
Le seuil HAUT doit être utilisé pour détecter une condition précurseur d’emballement thermique.
Les valeurs configurées sont enregistrées dans une mémoire non volatile et ne seront pas perdues même en cas de coupure d’alimentation.
Programmation des seuils de courant
Une fois que vous avez déterminé les valeurs de seuil BAS et HAUT de courant adaptées à votre application, mettez sous tension le contrôleur FCCP.
Dès que le FCCP est prêt :
Appuyez sur le bouton MODE.
Chaque pression sur le bouton fait défiler les différents paramètres de fonctionnement à configurer.
Les quatre (4) voyants DEL s’allumeront selon un motif spécifique pour indiquer le paramètre actuellement en configuration.
À savoir sur le mode programmation :
La FCCP revient automatiquement en MODE NORMAL après une période d’inactivité en MODE PROGRAMMATION.
Toute valeur modifiée est enregistrée automatiquement avant ce retour en mode normal.
Pour revenir manuellement au MODE NORMAL, appuyez plusieurs fois sur le bouton MODE jusqu’à ce qu’aucune DEL ne soit allumée.
Lorsque vous réglez une valeur, maintenez la flèche haut ou bas pendant 2 secondes pour faire défiler rapidement les valeurs (10 valeurs/seconde).
Procédure de calibration (IMPORTANT)
La FCCP s’appuie sur les champs magnétiques et le filtrage numérique pour garantir une mesure fiable. Ces mesures peuvent être influencées par le champ magnétique terrestre ou les équipements électriques voisins. Une calibration initiale est donc nécessaire pour ajuster l’offset zéro.
Étapes de la procédure de calibration :
Coupez l’alimentation du FCCP ;
Placez la sonde CT à l’extérieur du câble batterie, perpendiculairement à ce dernier et aussi proche que possible de sa position finale ;
Assurez-vous que l’ouverture de la CT est bien fermée et verrouillée ;
Appuyez simultanément sur les flèches haut et bas, mettez le FCCP sous tension tout en maintenant les boutons enfoncés ;
Relâchez les boutons après que la DEL s’est allumée puis éteinte : la calibration est effectuée ;
Laissez la FCCP sous tension et installez la CT dans sa position finale, fixée à l’aide de colliers de serrage (tie-wraps).
Test de la détection de circuit ouvert
Multitel recommande de tester la séquence d’alarme avec l’aide du Centre de Contrôle.
Une fois la FCCP entièrement installée et opérationnelle, simulez une condition de circuit ouvert (en ouvrant temporairement la chaîne de batteries, par exemple).
Remarque : L’état de circuit ouvert doit durer au moins 30 minutes pour déclencher l’alarme, en raison de la fréquence d’échantillonnage de la FCCP et pour éviter les fausses alertes.
Ce test permet de valider toute la chaîne de détection jusqu’à la réception de l’alarme au centre de contrôle.
Suivi du courant de flottement dans le temps (Trending)
La FCCP offre deux (2) sorties analogiques :
Une pour le capteur A, et
Une pour le capteur B.
En configuration standard, la FCCP fournit un signal analogique de 50 mV, similaire à celui des shunts.
En connectant cette sortie analogique à un système SCADA, vous pouvez suivre l’évolution du courant de flottement dans le temps et effectuer une analyse comportementale.
Une version de la FCCP avec sortie analogique 4–20 mA est également disponible.
Contactez un représentant Multitel pour connaître le prix et la disponibilité.
À savoir sur les sorties analogiques :
La sortie 50 mV n’est pas isolée. Si une isolation électrique est requise, utilisez le modèle FCCP avec sortie 4–20 mA.
Le signal 4–20 mA est passif : la FCCP ne fournit pas l’alimentation de la boucle.
En phase de décharge, la sortie analogique tombe à -60 mV ; en phase de recharge, elle monte à +53 mV.
Interprétation des sorties ANALOGIQUES
Si une seule sonde CT est connectée au capteur A, connectez les pointes de test d’un multimètre (DVM) à la façade du FCCP. Réglez le multimètre sur la plage de lecture en millivolts (mV).
Utilisez ensuite le tableau de conversion (non fourni ici) pour convertir les valeurs 0–50 mV en courant de flottement (en mA).
Battery Operating Modes | Battery Current | Analog Output Signal | |
50mV | 4-20mA | ||
Battery on “Float” | Current between 0 and 5.3 amperes | 0mA = 0mV 1250mA = 12,5mV 5000mA = 50mV | 0mA = 4mA 1250mA = 8mV 5000mA = 20mA |
Battery on discharge (BOD) | Negative current below 0 ampere. | -60mV | 2mA |
Battery on recharge (BOR) | Positive current beyond 5.3 amperes | +53mV | 20.9mA |
Interpréter le capteur B
Pour interpréter les données du capteur B, les sondes de test du multimètre (DVM) doivent être connectées à l’arrière du contrôleur FCCP, à l’endroit indiqué « ANALOG Sensor B ».
Pour les modèles de FCCP avec sortie analogique 4–20 mA, réglez le multimètre pour lire un courant en mA et placez les sondes en série dans la boucle 4–20 mA
Avantages clés de la FCCP :
Depuis le début des années 2000, les mesures de courant de flottement sont reconnues comme une méthode fiable pour déterminer l’état de charge (SoC) des batteries VLA et VRLA (voir la norme IEEE-450).
Contrairement aux transducteurs à effet Hall, la FCCP utilise une technique numérique qui peut supporter de forts courants de décharge/recharge sans effet d’hystérésis. Il n’y a pas de rémanence, ni de dérive dans le temps de la mesure.
La FCCP intègre un système d’alarme intelligent, capable de reconnaître les événements de décharge ou de recharge. Par conséquent, aucune alarme n’est générée durant ces modes normaux de fonctionnement.
Le courant de flottement est le paramètre de référence pour prévenir l’emballement thermique.
Grâce à sa mesure numérique et son filtrage intégré, la FCCP fournit une composante DC pure du courant de charge. Elle ne mesure pas le courant d’ondulation (ripple).
Le temps de réponse de la FCCP peut aller jusqu’à 20 minutes avant d’atteindre une mesure stabilisée et fiable.
Clause de non-responsabilité
Multitel ne fournit pas de seuils de courant prédéfinis. Toutefois, voici des recommandations pratiques pour les configurer en fonction de votre application de surveillance :
Déterminez la valeur nominale (théorique) du courant de charge de flottement à partir des spécifications techniques de votre produit ou en contactant le fabricant ou fournisseur de batteries.
Vérifiez que cette valeur nominale est cohérente avec la valeur de sortie analogique obtenue par la FCCP (voir section précédente sur l’interprétation du signal analogique).
Notez que la valeur typique communiquée par le fabricant est donnée pour une température de 25 °C (77 °F) à la tension de flottement nominale. Toute déviation de ces conditions influencera le niveau du courant de charge.
Les tests ohmiques réalisés avec des testeurs ou systèmes de surveillance de batteries n’affectent pas les mesures de la FCCP.
Surveillance de l’emballement thermique
L’emballement thermique est une condition dangereuse pouvant entraîner :
le gonflement des cellules/jars,
des fuites d’acide,
voire des situations catastrophiques si elle n’est pas détectée à temps.
Même si ce phénomène est plus fréquent sur les batteries VRLA, il peut également affecter les batteries VLA. Utiliser la FCCP constitue une précaution essentielle pour protéger les opérateurs et les infrastructures critiques.
Références à la norme TPL-001-5
L’ordonnance FERC n° 754 a été intégrée à la version la plus récente de la norme TPL-001-5, approuvée le 23 janvier 2020 et entrée en vigueur le 1er juillet 2023.
Parmi les modifications apportées, deux éléments sont à l’origine de ce blogue :
La catégorie P5 a été modifiée pour inclure la notion de point de défaillance unique ;
La note de bas de page 13c décrit les composants de systèmes de protection non redondants à prendre en compte pour la catégorie P5.
Pour plus d’informations sur ces changements, consultez la formation TPL-001-5 de la NERC (lien à insérer selon le site officiel).