Protection
Le relais de facteur de puissance, fonction 55, opère quand l’angle entre la tension et le courant dépasse une valeur réglée. L’essai injecte tension et courant à un angle de phase réglable pour trouver le seuil, le retour et la réponse de déclenchement du côté en retard et du côté en avance.
La fonction 55 est le relais de facteur de puissance, un élément qui réagit à l’angle de phase entre la tension et le courant d’un circuit, et non à leurs seules amplitudes. Il ne faut pas le confondre avec l’essai de facteur de puissance de l’isolation, qui vérifie les pertes diélectriques d’une traversée ou d’un enroulement; il s’agit ici d’un élément de protection. On l’applique surtout aux moteurs et aux génératrices synchrones, où un changement soudain du facteur de puissance révèle une perte d’excitation ou une perte de synchronisme, ainsi que dans certaines commandes de batteries de condensateurs et de correction du facteur de puissance, où il supervise les manœuvres. L’essai confirme que l’élément démarre à l’angle réglé, du côté en retard, du côté en avance ou des deux selon l’application, qu’il retombe correctement, qu’il exige une tension et un courant suffisants pour être fiable et que sa sortie atteint le circuit de déclenchement ou d’alarme.
Une machine synchrone qui perd son excitation ou décroche tire du réseau une puissance réactive très différente, ce qui se traduit par une oscillation du facteur de puissance bien avant que la machine n’atteigne ses limites thermiques. Laissée telle quelle, cette condition peut causer de fortes pulsations de couple, endommager le rotor et les enroulements amortisseurs, perturber la tension de l’alimentation et provoquer le déclenchement de tout le jeu de barres. L’élément de facteur de puissance est un moyen de voir cette condition rapidement et de retirer la machine du service. Une relation de phase erronée dans les raccordements, un transformateur de courant inversé, un réglage entré avec le mauvais signe ou un contact mort garderont le relais muet au moment critique, et rien de cela ne se découvre en regardant seulement les réglages. L’essai éprouve toute la chaîne de mesure, polarité comprise.
Le facteur de puissance est le cosinus de l’angle de phase entre la tension et le courant; un relais fondé sur lui est donc en réalité un détecteur d’angle. Dans une conception électromécanique, une bobine de tension et une bobine de courant agissent sur un disque ou une coupelle, et le couple dépend du produit des deux grandeurs et du cosinus de l’angle entre elles; le relais opère donc quand ce couple dépasse la retenue à un angle donné. Dans un relais numérique, le micrologiciel mesure les deux phaseurs, calcule l’angle et le compare à la valeur réglée, avec une logique distincte pour les conditions en retard et en avance. Comme l’angle n’a de sens que si les deux grandeurs sont assez grandes pour être mesurées, l’élément est supervisé par une tension et un courant minimaux. Le signe de l’angle dépend aussi de la polarité; c’est pourquoi la convention de raccordement, le sens du transformateur de courant et la phase mesurée doivent tous concorder avec le schéma.
Le relais est isolé, les secondaires des transformateurs de courant sont court-circuités avant tout changement de raccordement et les secondaires des transformateurs de tension sont isolés pour que rien ne soit réalimenté en sens inverse. Une valise d’essai de relais triphasée ou monophasée fournit tension et courant aux entrées du relais selon le raccordement qu’il attend, avec la séquence de phases respectée. On applique d’abord des valeurs normales et saines de tension et de courant, l’angle étant réglé à une condition de fonctionnement confortable, puis on déplace lentement l’angle pour trouver où la sortie opère, d’abord vers le côté en retard, ensuite vers le côté en avance. On balaie l’angle en sens inverse pour trouver le retour. L’opération est répétée avec un changement brusque d’angle afin de mesurer le temps de réponse, lorsque le fabricant en précise un. On vérifie aussi le courant ou la tension minimale à laquelle l’élément fonctionne encore, car la supervision fait partie de la fonction. La sortie de déclenchement ou d’alarme est confirmée sur le circuit qu’elle commande. Les réglages trouvés restent inchangés, sauf directive contraire du bon de travail.
Le relevé indique le type de relais et ses réglages, la tension et le courant appliqués pendant l’essai, l’angle auquel le démarrage s’est produit de chaque côté, l’angle de retour, le temps de réponse lorsqu’il a été mesuré et le résultat de la vérification de la supervision. On y note le raccordement d’essai et la séquence de phases utilisés, l’appareil de mesure et l’état de son étalonnage, les réglages tels que trouvés et tels que laissés ainsi que l’état du circuit de déclenchement ou d’alarme, afin de pouvoir comparer les angles aux essais antérieurs.
Les angles de démarrage mesurés se comparent aux réglages de l’étude de protection ou de la machine, en admettant la tolérance publiée pour le relais, et les côtés en retard et en avance se vérifient séparément parce qu’ils sont souvent réglés différemment. Le comportement de retour et les seuils de supervision se jugent par rapport aux données du fabricant, et les résultats se comparent aux essais antérieurs du même relais pour déceler la dérive. Un résultat juste d’un côté et faux de l’autre évoque généralement un problème de polarité ou de raccordement plutôt que d’étalonnage. ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 incluent le relais de facteur de puissance 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.
Non. L’essai de facteur de puissance de l’isolation mesure les pertes diélectriques des traversées, des enroulements et des câbles. L’essai de la fonction 55 vérifie un relais de protection qui réagit à l’angle de phase entre la tension et le courant du réseau.
Les deux côtés protègent souvent contre des problèmes différents et sont fréquemment réglés à des angles différents. Un relais peut être juste d’un côté et faux de l’autre; chacun s’éprouve donc séparément.
Un angle n’a pas de sens quand les grandeurs sont trop petites pour être mesurées avec fiabilité; le relais bloque donc l’élément sous un plancher de tension et de courant. L’essai confirme que le blocage fonctionne, afin d’éviter les opérations intempestives à faible charge ou pendant un démarrage.
L’angle dépend de la tension associée à chaque courant et de la polarité du transformateur de courant. Un raccordement inversé peut renverser ou décaler l’angle, de sorte que le relais reste muet devant un événement réel ou opère à charge normale.
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