Protection
Un relais de fréquence, dispositif 81, déclenche ou signale quand la fréquence du réseau sort de sa plage normale. L’essai applique une tension à fréquence variable, trouve le seuil en fréquence décroissante et croissante, vérifie l’inhibition par minimum de tension et chronomètre la sortie.
Un relais de fréquence, dispositif ANSI 81, surveille la fréquence d’un signal de tension et fonctionne quand elle passe sous une valeur réglée ou au-dessus. Les éléments de sous-fréquence protègent contre un manque de production et sont à la base des schémas de délestage. Les éléments de surfréquence protègent génératrices et turbines contre l’emballement après une perte de charge. Certains relais ajoutent un élément de vitesse de variation, qui réagit à la rapidité avec laquelle la fréquence change, et une fonction qui agit sur une bande de fréquence pour détecter un îlotage ou séparer une génératrice. L’essai confirme que chaque élément démarre à sa fréquence réglée, fonctionne après sa temporisation, se bloque quand la tension est trop basse pour mesurer la fréquence de façon fiable et commande la bonne sortie. Il s’applique aux relais électromécaniques, statiques et numériques sur les génératrices, les postes, les usines dotées d’une production sur place et les interconnexions avec le réseau.
La fréquence reflète l’équilibre entre production et charge. Quand une grosse génératrice déclenche ou que le réseau se sépare, la fréquence chute, et la seule défense pratique est de délester assez de charge rapidement et par étapes. Un relais qui démarre trop tard, trop tôt ou pas du tout brise cette gradation et risque un effondrement plus large, ou coupe des clients qui auraient dû rester alimentés. Sur une génératrice, un élément de fréquence qui n’agit pas peut laisser une unité tourner hors de la plage que tolèrent sa turbine et son alternateur, avec des dommages qui s’accumulent en silence. Aux interconnexions, un élément lent ou absent peut laisser une source locale alimenter un îlot. Comme les relais de fréquence fonctionnent rarement, des erreurs de réglage, de source de tension ou de câblage de sortie peuvent passer des années inaperçues. Un essai périodique est souvent la seule preuve que le schéma fonctionne encore.
Le relais mesure la période de l’onde de tension entrante, habituellement entre des passages par zéro ou par un filtre numérique, et la convertit en fréquence. Il compare cette valeur à son réglage et, quand la condition a duré le temps réglé, ferme sa sortie. La mesure n’est fiable que si la tension est suffisante; l’élément de fréquence est donc couplé à une inhibition par minimum de tension qui bloque le fonctionnement quand la tension s’effondre, car une tension mourante donne une lecture erratique et un déclenchement intempestif serait néfaste. Les éléments de vitesse de variation comparent la fréquence sur une courte fenêtre et réagissent à une pente prononcée avant que la valeur absolue ait beaucoup chuté. Certains relais utilisent plusieurs échelons, chacun avec son réglage et sa temporisation, de sorte que la réponse est graduelle. Comme l’élément dépend de l’amplitude de la tension et de la pureté de l’onde, des harmoniques ou une mauvaise source d’essai peuvent fausser la lecture, et la source doit être précise et stable en fréquence pour que le résultat ait un sens.
Le relais étant isolé des transformateurs de tension et des circuits de déclenchement selon le plan de sécurité du propriétaire, le technicien consigne l’identification du relais et lit le réglage, la temporisation et le niveau d’inhibition de chaque échelon. L’isolement entre les circuits du relais et le châssis est d’abord mesuré au niveau que prévoit la norme. Une valise d’essai de relais applique ensuite aux entrées de tension une tension d’amplitude adéquate, en partant de la fréquence normale. Pour un échelon de sous-fréquence, on abaisse la fréquence par petits paliers, ou en rampe lente, jusqu’au démarrage du relais, et on note la valeur; on répète pour le retour. Les échelons de surfréquence s’essaient de la même façon en sens contraire. L’inhibition par minimum de tension se vérifie en réduisant la tension et en confirmant que l’élément est bloqué sous son niveau. Le temps se mesure par un saut de fréquence de la valeur normale à une valeur au-delà du réglage, en notant le temps jusqu’à la sortie, et chaque échelon est chronométré. Si un élément de vitesse de variation est présent, la valise applique une rampe de fréquence à une pente choisie. On surveille le bon fonctionnement des contacts de sortie et la bonne signalisation, et le câblage vers les circuits de délestage ou de déclenchement de la génératrice se vérifie de façon contrôlée. Les réglages sont rétablis ensuite.
Le relevé comprend l’identification du relais et les réglages de chaque échelon, la tension appliquée pendant l’essai, les fréquences de démarrage et de retour trouvées, les temps de fonctionnement, le comportement de l’inhibition par tension et de tout élément de vitesse de variation, la lecture d’isolement, la source d’essai et sa précision ainsi que l’état à l’arrivée et au départ.
Le démarrage et le retour se comparent au réglage configuré et à la précision déclarée par le fabricant, chaque échelon étant jugé séparément. Les temps de fonctionnement se comparent à la temporisation configurée plus le temps de traitement fixe du relais. L’inhibition doit bloquer au niveau de tension prévu et se lever au retour de la tension. On vérifie la cohérence entre échelons et on examine tout écart par rapport aux essais antérieurs du même relais, même dans la tolérance, car une dérive peut révéler une référence ou une entrée défaillante. La lecture d’isolement s’interprète avec le tableau de la norme pour la tension du circuit. La fonction de fréquence figure parmi les essais de relais de protection décrits dans ANSI/NETA ATS-2025 pour la réception et dans ANSI/NETA MTS-2023 pour l’entretien. Pour les valeurs et les critères, reportez-vous à vos exemplaires sous licence des deux et aux exigences du distributeur ou d’interconnexion qui fixent les réglages.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Quand la tension s’effondre, l’onde est trop faible pour une mesure de fréquence fiable, et le relais pourrait voir un écart de fréquence apparent qui n’est pas réel. L’inhibition bloque l’élément sous une tension réglée pour qu’un faux déclenchement ne délaste pas de charge et ne déclenche pas une génératrice.
Une valise d’essai de relais génère une tension dont la fréquence peut être abaissée, élevée ou variée en rampe à volonté. Le relais la voit comme si elle venait du réseau, de sorte que chaque échelon peut être sollicité, chronométré et vérifié sans aucune perturbation réelle sur le réseau.
Il réagit à la rapidité avec laquelle la fréquence change, et non seulement à sa valeur. Une chute rapide signale un déficit grave de production, de sorte que l’élément peut amorcer le délestage plus tôt qu’un simple échelon de sous-fréquence. On l’essaie avec une rampe de fréquence à pente contrôlée.
Le retour montre le comportement de réarmement du relais et l’hystérésis entre le fonctionnement et le relâchement. Un relais qui ne se réarme pas bien peut vibrer ou garder une sortie alors qu’il devrait revenir à la normale; le point où il relâche fait donc partie de la caractéristique.
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