Protection
L’élément à maximum de courant temporisé, fonction 51, déclenche après un délai qui raccourcit à mesure que le courant augmente. L’essai trouve le seuil et chronomètre le relais à plusieurs niveaux de courant pour comparer les points mesurés à la courbe et à l’étude de coordination.
La fonction 51 est l’élément à maximum de courant temporisé, le cheval de bataille de la protection de secours des départs, des moteurs, des transformateurs et des génératrices. Contrairement à un élément instantané, il retarde son déclenchement selon une caractéristique temps-courant inverse : plus le courant est grand, plus l’attente est courte. Dans un relais électromécanique, c’est un disque à induction qui tourne contre un aimant de freinage et ferme un contact après avoir parcouru une distance fixée par le cadran de temps, un bloc de prises déterminant le seuil. Dans les relais à semi-conducteurs et numériques, le même comportement est produit par une courbe mathématique, choisie dans une famille de formes telles que normalement inverse, très inverse et extrêmement inverse, avec un multiplicateur de temps et un réglage de seuil. L’essai vérifie le seuil et les temps en des points choisis de la courbe, et confirme que le relais se coordonnera avec les dispositifs en amont et en aval.
La protection à maximum de courant temporisé permet à un réseau de traverser des surcharges inoffensives et des courants de démarrage tout en éliminant les défauts soutenus, et sa valeur dépend de temps qui concordent avec l’étude de coordination. Un relais trop rapide peut déclencher pour un transitoire que les dispositifs en aval auraient dû éliminer, privant de courant plus de charge que nécessaire. Un relais trop lent peut laisser un conducteur ou un enroulement surchauffer au-delà de sa tenue thermique, ou laisser un défaut durer plus longtemps que le temps d’élimination supposé dans les calculs d’arc. Les relais à disque souffrent du frottement des paliers, de la saleté, de la dérive de l’aimant et de la fatigue du ressort, et les relais numériques peuvent recevoir la mauvaise famille de courbes ou le mauvais multiplicateur. Seul un essai de chronométrage avec des courants réels montre si le relais se comportera comme l’étude l’attend.
Un élément à temps inverse se comporte comme un intégrateur : plus le courant est proche du seuil, plus lentement l’élément progresse vers l’opération, et plus il le dépasse, plus vite il y arrive. Dans le disque à induction, le couple croît avec le carré du courant tandis que l’aimant de freinage s’oppose au mouvement en proportion de la vitesse; le disque avance donc à une vitesse qui augmente fortement avec le courant, et le cadran de temps fixe la distance à parcourir. Dans un relais numérique, le micrologiciel évalue une équation publiée du temps en fonction du multiple du seuil et intègre vers un seuil de déclenchement; de nombreux modèles émulent aussi le retour d’un disque, avec une décroissance lente de la course accumulée quand le courant baisse. Près du seuil, le temps est long et sensible; les essais se font donc à plusieurs multiples du seuil, habituellement un bas, un moyen et un élevé, pour montrer l’allure de la courbe et non un point isolé.
Le relais est isolé et les secondaires de ses transformateurs de courant sont court-circuités avant tout changement de raccordement. Une valise d’essai de relais injecte du courant au secondaire du relais. On consigne la prise, le cadran ou le multiplicateur de temps et la courbe sélectionnée tels que trouvés. On trouve d’abord le seuil en augmentant lentement le courant jusqu’à ce que le disque se mette en mouvement dans un relais électromécanique ou que l’indicateur de démarrage opère dans un relais numérique, et on note le retour. Les essais de temps appliquent ensuite un échelon de courant à chaque multiple choisi du seuil, en démarrant un chronomètre à l’application du courant et en l’arrêtant à la fermeture du contact, puis les intervalles se comparent à la courbe publiée par le fabricant pour cette position du cadran. Sur un relais à disque, on laisse le disque revenir à sa position de repos entre les essais, car un disque partiellement avancé raccourcit le temps suivant. Les niveaux d’injection restent dans les capacités continue et de courte durée de la bobine. Les éléments de phase et l’élément de terre s’éprouvent séparément, et la sortie de déclenchement se vérifie sur le circuit de déclenchement du disjoncteur ou sur un indicateur de remplacement.
Le relevé indique le type de relais, la famille de courbes, la prise et le cadran ou multiplicateur de temps, le seuil et le retour trouvés, ainsi que le temps d’opération mesuré à chaque multiple du seuil éprouvé, avec la méthode d’injection et l’appareil utilisé et l’état de son étalonnage. On y note les observations mécaniques sur un relais à disque, comme le nettoyage, l’ajustement de l’aimant de freinage ou l’état des paliers, ainsi que les réglages tels que trouvés et tels que laissés, afin que les essais ultérieurs montrent comment les temps ont évolué au fil des ans.
Chaque temps mesuré se compare à la valeur de la courbe publiée par le fabricant pour le réglage en service, en admettant la tolérance donnée pour ce relais, et au temps que l’étude de coordination attend. Les points d’essai doivent s’aligner le long de la courbe de façon cohérente, car un relais juste à un multiple et faux à un autre évoque un problème d’étalonnage et non une simple erreur de réglage. La comparaison entre les phases et avec les résultats antérieurs du même relais révèle la dérive. ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 traitent l’élément à maximum de courant temporisé parmi les essais des relais de protection. Pour les tolérances et les valeurs, reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence de ces normes et au manuel d’instructions du relais.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
La prise, ou réglage de seuil, choisit le niveau de courant à partir duquel l’élément commence à agir, tandis que le cadran ou le multiplicateur de temps déplace toute la courbe vers plus ou moins de temps. Ensemble, ils placent la courbe là où l’étude de coordination la veut.
La courbe est une allure, non un point. Un relais peut être juste à un multiple du seuil et faux à un autre si le disque ou la courbe sélectionnée est défectueux; on mesure donc plusieurs points pour confirmer toute la caractéristique.
Un disque qui n’est pas complètement revenu entame l’essai suivant avec une partie de la course déjà faite et déclenche trop tôt, ce qui ferait paraître le relais plus rapide qu’il ne l’est. Attendre le retour garde chaque mesure honnête.
L’injection est la même, mais il n’y a ni disque ni cadran à ajuster. La vérification confirme la courbe, le multiplicateur et le seuil chargés par rapport à l’étude, ainsi que le bon fonctionnement des entrées et des sorties, car un mauvais fichier de réglages peut sembler parfaitement sain.
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