Protection
Un relais différentiel, dispositif 87, compare le courant qui entre dans une zone protégée et celui qui en sort, et déclenche quand ils diffèrent. L’essai injecte du courant dans les voies de retenue et de fonctionnement pour vérifier le seuil, la pente, la retenue harmonique et l’élément à seuil élevé.
Un relais différentiel, dispositif ANSI 87, protège une zone définie, comme un transformateur, une génératrice, un moteur, un jeu de barres ou une ligne courte, en comparant les courants qui entrent dans la zone à ceux qui en sortent. Pour une zone saine, les deux concordent; pour un défaut interne, ils divergent, de sorte que le relais peut déclencher rapidement et sans devoir se coordonner avec les dispositifs en aval. L’essai confirme que le relais démarre sur une petite différence, que sa pente de retenue se comporte comme réglé, que la retenue contre le courant d’enclenchement et la surexcitation fonctionne là où le relais en est doté, que l’élément à seuil élevé fonctionne sans retenue et que la sortie de déclenchement est correcte. Il s’applique aux relais électromécaniques, statiques et numériques, et aux schémas différentiels de transformateur, de génératrice, de jeu de barres et de ligne. Les rapports des transformateurs de courant et la compensation des couplages d’enroulements se vérifient dans le même exercice.
La protection différentielle est la plus rapide et la plus sélective sur le matériel le plus précieux; une erreur cachée coûte donc très cher. Un relais trop peu sensible laisse un défaut d’enroulement brûler jusqu’à ce qu’un secours plus lent agisse, et un relais trop sensible déclenche sur le courant d’enclenchement, un défaut traversant ou la saturation d’un transformateur de courant et met hors service un équipement sain. Parmi les erreurs qui comptent figurent de mauvais réglages de prise pour le rapport des transformateurs de courant, une compensation absente ou erronée du déphasage du transformateur, une polarité inversée sur un transformateur de courant et un circuit de retenue qui ne retient pas. Bien des erreurs restent invisibles jusqu’à la mise sous tension ou à un défaut traversant. L’injection au secondaire les révèle alors que la zone est hors service.
Le relais forme deux grandeurs à partir des courants qu’il reçoit. La grandeur de fonctionnement est la différence entre les courants qui entrent dans la zone et ceux qui en sortent, mise à l’échelle selon les rapports des transformateurs de courant et corrigée de tout déphasage de l’équipement protégé. La grandeur de retenue mesure la charge de la zone, habituellement à partir de la somme ou du plus grand des courants. Le relais déclenche quand la grandeur de fonctionnement dépasse un minimum et dépasse un pourcentage de la grandeur de retenue, ce qui forme une caractéristique à pente. La pente tolère de petites erreurs des transformateurs de courant et des prises à mesure que la charge augmente. Les relais de transformateur ajoutent un blocage fondé sur le contenu harmonique, car le courant d’enclenchement et la surexcitation renferment des harmoniques caractéristiques qu’un défaut interne n’a pas. Un élément à seuil élevé sans retenue fonctionne sur une très grande différence sans attendre la logique de retenue, parce qu’un défaut interne sévère peut saturer un transformateur de courant et fausser les signaux sur lesquels la retenue s’appuie.
L’équipement protégé est mis hors tension et le relais est isolé de ses transformateurs de courant et de ses circuits de déclenchement, selon le plan de sécurité du propriétaire. On consigne l’identification, les réglages, les valeurs de prise et le couplage des enroulements du transformateur, et l’on mesure l’isolement entre les circuits du relais et le châssis au niveau que prévoit la norme. Une valise d’essai de relais injecte ensuite du courant, habituellement par un canal distinct pour chaque enroulement ou entrée de retenue. Pour trouver le seuil minimal, on augmente le courant dans un seul enroulement jusqu’au fonctionnement du relais. La pente se vérifie en injectant des courants équilibrés à un niveau de retenue choisi, puis en augmentant la différence jusqu’au fonctionnement, à plusieurs niveaux de retenue, pour confirmer que les points tombent sur la caractéristique. La compensation se vérifie en injectant des courants avec le rapport de phase que produirait le couplage du transformateur et en confirmant que le relais ne voit aucune différence. La retenue harmonique s’essaie en ajoutant au courant injecté le contenu harmonique spécifié et en vérifiant que le relais bloque. L’élément sans retenue s’essaie par une hausse brusque du courant, en mesurant le temps de fonctionnement. Chaque phase est éprouvée tour à tour et la sortie de déclenchement est observée au contact. Les réglages sont ensuite rétablis, et la polarité des transformateurs de courant est vérifiée sur place avant la mise sous tension de l’équipement.
Le relevé décrit le relais et les réglages auxquels il a été éprouvé, ce qui a été constaté pour chaque élément de protection et l’état d’isolement de ses circuits, avec l’appareillage d’essai employé et son état d’étalonnage. L’état à l’arrivée et au départ est consigné séparément, afin qu’un réviseur ultérieur voie ce que le relais faisait avant et après les travaux et puisse reprendre l’essai de la même façon.
Les résultats se comparent aux réglages du relais et aux tolérances publiées par le fabricant, et les points mesurés doivent tomber sur la caractéristique configurée, ou près d’elle, avec la marge qu’indique le fabricant. Le seuil minimal, la pente et le fonctionnement à seuil élevé se jugent chacun séparément. Les phases se comparent entre elles, car une seule phase différente révèle un problème de câblage ou d’entrée. La retenue harmonique doit bloquer là où elle le doit et se lever là où elle ne le doit pas. Les écarts par rapport aux essais antérieurs du même relais sont examinés même dans la tolérance. La lecture d’isolement s’interprète avec le tableau de la norme pour la tension du circuit. La fonction différentielle figure parmi les essais de relais de protection d’ANSI/NETA ATS-2025 pour la réception et d’ANSI/NETA MTS-2023 pour l’entretien. Pour les valeurs et critères réels, reportez-vous à vos exemplaires sous licence des deux et aux instructions du fabricant.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Les erreurs des transformateurs de courant et le déplacement du changeur de prises créent de petites différences factices qui croissent avec la charge. Une pente permet au relais de rester stable sous un fort courant traversant tout en demeurant sensible à faible charge. Un seuil fixe unique serait trop peu sensible pour les petits défauts ou trop délicat sous charge.
À la mise sous tension d’un transformateur, le courant d’enclenchement ressemble à un défaut interne pour l’élément différentiel, mais il a un contenu harmonique distinctif. Le relais s’en sert pour bloquer le déclenchement. L’essai confirme que le blocage fonctionne et se lève pour un vrai défaut interne.
Il déclenche sur un très grand courant différentiel sans attendre la logique de retenue, parce qu’un défaut interne sévère peut saturer les transformateurs de courant et fausser les signaux de retenue. On l’essaie par une injection brusque et en chronométrant la réponse.
Elle prouve le relais et ses réglages, mais pas le câblage de terrain vers les transformateurs de courant. La polarité, le rapport et les raccordements se vérifient à part, et un contrôle final avec le courant de charge, en lisant la valeur différentielle du relais, confirme que la zone s’équilibre réellement.
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