Protection
L’essai volts par hertz vérifie qu’un relais du dispositif 24 détecte un flux excessif dans le noyau d’un alternateur ou d’un transformateur, démarre au seuil réglé et agit le long de sa courbe, afin que l’unité soit déclenchée avant que la surexcitation ne l’échauffe.
Le dispositif 24 est le relais volts par hertz, qui protège les alternateurs et les transformateurs contre la surexcitation. Il réagit au rapport entre la tension et la fréquence, qui suit le flux magnétique du noyau. L’essai applique une tension et une fréquence maîtrisées à partir d’une valise d’essai de relais et vérifie où le relais démarre, comment il agit dans le temps et où il retombe. Bien des relais ont un palier d’alarme à délai défini et un palier de déclenchement qui suit une courbe à temps inverse, ou deux paliers à temps défini, de sorte que chaque palier et chaque courbe sont vérifiés. Le relais peut être électromécanique, à semi-conducteurs ou une fonction intégrée à un relais de protection d’alternateur ou de transformateur à microprocesseur. L’essai porte sur le relais lui-même, de même que sur l’entrée de tension et sur la voie de sortie vers le circuit de déclenchement.
Lorsque la tension monte ou que la fréquence baisse, le flux du noyau augmente, le fer se sature et le flux se répand dans la structure environnante. Il en résulte un échauffement rapide des tôles du noyau, des boulons et du métal voisin que la protection ordinaire contre les surintensités ne voit pas, et les dommages s’accumulent avec le temps au niveau élevé. La surexcitation survient pendant le démarrage ou l’arrêt d’un alternateur dont le régulateur est en service, après une perte de charge, avec un régulateur défectueux ou lorsqu’une perturbation du réseau fait chuter la fréquence. Un relais qui démarre trop tard, agit trop lentement ou ne déclenche pas peut laisser une machine coûteuse surchauffer, tandis qu’un relais réglé trop serré déclenche une unité saine lors de transitoires normaux. L’essai prouve que le réglage et la courbe en service sont ceux que l’étude de protection prévoyait.
La tension induite dans un enroulement est proportionnelle au flux et à la fréquence; le flux est donc proportionnel au rapport entre la tension et la fréquence. Le relais calcule ce rapport à partir d’une tension et d’une fréquence mesurées, habituellement rapportées aux valeurs nominales de l’unité protégée et exprimées en valeurs relatives, et le compare à ses réglages. Le palier d’alarme avertit l’exploitant, et le palier de déclenchement suit une caractéristique de temps où un excès plus grand déclenche plus tôt, ce qui reflète la baisse de la tenue thermique du noyau à mesure que l’excitation augmente. Une valise d’essai peut hausser la tension à fréquence constante, abaisser la fréquence à tension constante ou faire les deux, et chaque approche vérifie le même calcul sous un autre angle. Puisque le relais emploie un rapport, les références de tension et de fréquence doivent être connues et exactes, et la caractéristique inverse doit être éprouvée en plusieurs points.
Le relais est isolé de ses circuits de déclenchement et d’alarme, ou ces circuits sont bloqués, selon les procédures de cadenassage et de permis de travail du propriétaire, afin que l’essai ne puisse déclencher ni un alternateur ni un transformateur. L’entrée de tension est débranchée du secondaire du transformateur de tension et raccordée à la valise d’essai, et le secondaire n’est jamais alimenté à rebours. Les réglages du relais, y compris les références nominales de tension et de fréquence, sont lus et consignés. La valise hausse la tension à fréquence constante jusqu’au démarrage des paliers d’alarme et de déclenchement, puis le démarrage est répété en déplaçant la fréquence. Le temps est mesuré à plusieurs niveaux d’excitation le long de la courbe inverse ou à chaque palier à temps défini, le chronomètre démarrant à l’application du niveau et s’arrêtant à la fermeture du contact de sortie. On laisse le relais retomber entre les essais, car bien des conceptions intègrent l’excès dans le temps et gardent la mémoire des essais précédents. Le comportement au retour est aussi observé. Ensuite, les raccordements sont rétablis et les réglages sont comparés à l’étude de protection.
Le dossier contient le seuil de démarrage trouvé pour chaque palier, le temps mesuré aux points de la courbe, le comportement au retour, les références de tension et de fréquence utilisées dans le calcul, l’identification et les réglages du relais, la valise d’essai employée avec son état d’étalonnage et tout ajustement effectué avec le résultat final. L’unité protégée et le rapport du transformateur de tension sont notés pour relier le résultat à l’application.
Le seuil et le temps sont jugés par rapport aux réglages de l’étude de protection, dans la limite de l’exactitude indiquée par le fabricant du relais, et par rapport à la courbe de tenue publiée par le fabricant de l’équipement protégé. La courbe inverse doit suivre l’allure attendue aux points éprouvés, et le palier d’alarme doit opérer avant le palier de déclenchement. La comparaison avec les essais antérieurs du même relais montre la dérive. ANSI/NETA ATS-2025 décrit les essais de réception des relais de protection, et l’entretien relève de ANSI/NETA MTS-2023. Reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence pour les valeurs et les tolérances.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Le flux du noyau dépend du rapport entre la tension et la fréquence, et non de la tension seule. Une machine qui tourne lentement sous tension normale peut être surexcitée tout comme une machine à vitesse normale sous tension élevée; le relais surveille donc les deux ensemble.
Le noyau se sature et le flux fuit vers les pièces de structure, ce qui produit une chaleur que la protection ordinaire contre les surintensités ne détecte pas. Les dommages s’accumulent avec le temps au niveau élevé; le relais déclenche donc selon une courbe où les écarts plus grands déclenchent plus tôt.
Bien des relais intègrent l’excès dans le temps pour suivre l’échauffement du noyau; un essai récent laisse donc une mémoire qui raccourcit le suivant. Laisser le relais retomber donne à chaque essai de temps un point de départ équitable.
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