Protection
Le relais à puissance directionnelle, fonction ANSI 32, fonctionne lorsque la puissance active ou réactive circule dans un sens choisi au-delà d’un niveau réglé. L’essai injecte tension et courant à des angles contrôlés, prouve le sens de fonctionnement et le seuil, et vérifie la temporisation et la sortie.
Un relais de fonction 32 mesure le sens et la quantité de puissance qui circule en un point du réseau. Il a besoin à la fois d’une tension et d’un courant, prélevés sur des transformateurs de potentiel et de courant, car la puissance est le produit des deux et de l’angle qui les sépare. L’élément peut être réglé pour réagir à un flux direct ou inverse, à la puissance active ou réactive, et à une puissance supérieure ou inférieure à un réglage. On le trouve typiquement sur les disjoncteurs de génératrices, où il détecte la machine qui fonctionne en moteur à partir du réseau, et aux interconnexions, où il limite ou bloque l’exportation ou l’importation. Il existe des versions électromécaniques et à microprocesseur. L’essai sur le terrain fournit un ensemble triphasé de tension et de courant dont l’angle est contrôlé, et observe où la sortie fonctionne, à quelle vitesse et dans quel sens.
Lorsqu’une machine d’entraînement perd son alimentation alors que la génératrice reste connectée, la machine continue de tourner comme un moteur et tire de la puissance du réseau. Une turbine à vapeur peut surchauffer ses aubes, et un moteur à combustion peut être endommagé ou s’enflammer avec du carburant non brûlé; la puissance inverse doit donc être détectée et l’unité séparée. À une interconnexion, une exportation imprévue peut enfreindre une entente ou réalimenter un circuit que le personnel croit hors tension. Ces situations mettent en jeu des puissances très faibles par rapport à la capacité de l’équipement; le relais est donc réglé sensible et lent, et de petites erreurs d’angle ou de câblage peuvent le rendre aveugle ou le faire fonctionner dans le mauvais sens. L’essai est le seul moyen de confirmer la polarité, le sens et la sensibilité avant la mise en marche de la machine.
L’élément multiplie les phaseurs de tension et de courant et utilise la composante de ce produit située sur un axe choisi. La puissance circulant dans le sens direct donne un résultat positif et celle qui circule en sens contraire un résultat négatif; le relais n’a donc qu’à observer le signe et l’ampleur du résultat. Comme la grandeur mesurée dépend du cosinus de l’angle entre tension et courant, un flux de puissance active apparaît lorsque les deux sont presque en phase, tandis qu’un flux réactif apparaît lorsqu’ils sont très déphasés. À très faible facteur de puissance, les erreurs d’angle propres aux transformateurs de mesure deviennent une grande part de ce que voit le relais, ce qui explique que les éléments sensibles de puissance inverse soient jugés en tenant compte de cette erreur. La plupart des appareils ajoutent une temporisation définie afin qu’une brève oscillation après une perturbation ne provoque pas de déclenchement.
Le relais étant isolé des circuits sous tension et ses sorties bloquées, le technicien consigne l’identité du relais, la convention de raccordement et les réglages de sens, de grandeur et d’angle. Une valise d’essai triphasée de tension et de courant est raccordée aux entrées correspondantes, en respectant la polarité et l’ordre des phases exactement comme en service, et le contact de sortie est surveillé par le chronomètre de la valise. La tension est maintenue à un niveau normal pendant que le courant est appliqué à un angle représentant une puissance directe, et le relais doit rester au repos. L’angle est ensuite tourné pour représenter un flux dans le sens de fonctionnement et le courant est augmenté lentement jusqu’à ce que la sortie fonctionne, ce qui donne le seuil, puis diminué pour trouver le retour. Le sens est confirmé en répétant l’essai à des angles de part et d’autre de la limite de la caractéristique. Le temps est mesuré en faisant passer le courant de zéro à un multiple choisi du seuil. Lorsque c’est possible, le contact est vérifié jusqu’au circuit de déclenchement, le disjoncteur en position d’essai.
Le relevé donne l’identité et les réglages du relais, les niveaux de tension et de courant injectés avec leur angle, le seuil et le retour trouvés pour chaque sens vérifié et la temporisation mesurée. Il note que le relais est resté au repos dans le sens de non-fonctionnement, quelle valise d’essai et quel état d’étalonnage ont été utilisés, ainsi que les réglages tels que trouvés et tels que laissés. Il précise aussi si la sortie a été vérifiée jusqu’au circuit de déclenchement ou de blocage et tout ajustement effectué.
Les résultats sont jugés par rapport aux réglages émis par l’étude de protection, car le seuil approprié dépend de la machine ou de l’interconnexion en cause. Les critères prennent ces formes : un seuil qui concorde avec le réglage dans la précision annoncée par le fabricant, un fonctionnement dans le sens voulu et aucun fonctionnement dans le sens opposé, une temporisation conforme au réglage et un contact net. Les résultats d’entretien sont aussi comparés aux essais antérieurs et à la référence de réception. La portée des essais de relais est décrite dans ANSI/NETA ATS-2025 pour la réception et dans ANSI/NETA MTS-2023 pour l’entretien. Pour les tolérances et le détail des articles, consultez votre propre exemplaire sous licence de ces normes et les données du fabricant.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Le plus souvent, une génératrice qui a perdu sa machine d’entraînement et se met à fonctionner en moteur, ce qui peut endommager turbines et moteurs. Il sert aussi aux interconnexions pour limiter ou bloquer l’exportation ou l’importation de puissance.
La puissance dépend de la tension, du courant et de l’angle entre les deux. Avec une seule de ces grandeurs, le relais ne pourrait pas distinguer le sens du flux; la valise d’essai doit donc fournir les deux avec un angle contrôlé.
Le fonctionnement en moteur ne tire qu’une petite fraction de la puissance nominale, donc le seuil est bas. Un délai défini évite que de brèves oscillations de puissance après une perturbation déclenchent une unité saine.
La fonction 67 est un élément à maximum de courant directionnel qui réagit au sens du courant de défaut. La fonction 32 réagit au sens et à la quantité de puissance, habituellement à des niveaux bien plus bas et avec des délais plus longs.
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