Tension minimale de seuil des bobines de déclenchement et de fermeture de disjoncteurs

De quoi il s’agit

L’essai de la tension minimale de seuil des bobines de déclenchement et de fermeture mesure la tension de commande la plus basse, continue ou alternative, à laquelle les bobines électromagnétiques d’un disjoncteur actionnent son mécanisme. La bobine de déclenchement libère le loquet qui permet l’ouverture du disjoncteur, et la bobine de fermeture libère l’énergie emmagasinée qui le ferme. Pendant l’essai, la bobine est alimentée par une source réglable qui part sous la plage de fonctionnement et que l’on élève lentement jusqu’à ce que la bobine agisse; la tension à ce moment est le seuil minimal. L’essai s’applique aux disjoncteurs à air, à huile, à vide et au SF6 de moyenne tension, aux commutateurs de circuit et aux réenclencheurs automatiques, ainsi qu’aux disjoncteurs basse tension à boîtier isolant munis d’opérateurs électriques. Les disjoncteurs à boîtier moulé à déclencheur shunt sont visés lorsque la conception comporte un dispositif shunt. Dans les spécifications publiées de réception et d’entretien, l’essai figure dans les sections de ces types de disjoncteurs, la version d’entretien étant souvent traitée comme l’élément le plus courant, tandis que la version de réception renvoie au tableau des limites de tension de commande applicable.

Pourquoi on le fait

La protection d’un disjoncteur n’est aussi fiable que l’alimentation qui le fait déclencher. L’alimentation de commande provient d’une batterie de poste ou, dans certaines installations, d’un dispositif de déclenchement à condensateur ou d’un transformateur de commande, et au moment d’un défaut l’alimentation peut fléchir, en particulier après une longue période de négligence de la charge d’entretien, avec un élément défectueux ou sur une longue distance de câble de commande. Une bobine de déclenchement qui exige presque toute la tension nominale pour agir a peu de marge et peut ne pas déclencher quand il le faut, laissant à un dispositif de secours plus en amont le soin d’éliminer le défaut, avec des dommages bien plus grands. La bobine de fermeture compte dans l’autre sens : un disjoncteur qui ne se ferme pas à la demande peut laisser une charge ou un jeu de barres hors tension ou mettre en échec un schéma de transfert. Les bobines et leurs noyaux se dégradent lentement par la saleté, la graisse durcie, un ressort faible, la corrosion ou un enroulement partiellement en court-circuit, et la tension de seuil grimpe avant toute défaillance en service. L’essai donne donc un avertissement précoce et constitue un moyen simple et peu coûteux de confirmer que la marge d’alimentation de commande existe.

Le principe

Une bobine est un électroaimant. Lorsqu’une tension est appliquée, le courant s’établit dans l’enroulement selon sa résistance et son inductance et produit une force magnétique sur un noyau plongeur ou une armature. Le noyau ne bouge que lorsque cette force dépasse les forces opposées, soit la charge du loquet du mécanisme, la force des ressorts, le frottement et le poids des pièces mobiles. À une tension suffisamment basse, le courant, et donc la force, sont trop faibles et rien ne bouge. À mesure que la tension monte, la force augmente jusqu’à vaincre la charge, et le noyau frappe le loquet. La tension à laquelle cela se produit pour la première fois est le seuil. Tout ce qui augmente la charge opposée, comme un loquet sec ou collant, un grippage dans la tringlerie ou un actionneur affaibli, élève la tension de seuil. Tout ce qui réduit la force effective de la bobine, comme une spire en court-circuit ou une connexion à haute résistance, fait de même. L’essai est donc une vérification indirecte de la bobine, du noyau et du loquet ensemble, et il complète les essais de temps et de course, qui montrent la rapidité avec laquelle tout le mécanisme se déplace une fois libéré.

Comment on le réalise

Le disjoncteur est mis hors service, isolé et mis à la terre selon les procédures du propriétaire, et s’il est débrochable, il est placé en position d’essai de sorte que les contacts principaux soient séparés du réseau. L’énergie emmagasinée dans les ressorts de fermeture est respectée en tout temps. Pour l’essai de la bobine de fermeture, les ressorts de fermeture sont armés, puisque la bobine doit avoir quelque chose à libérer. L’alimentation de commande normale est déconnectée de la bobine éprouvée et une source réglable munie d’un voltmètre est raccordée à sa place. La source est réglée à une valeur basse, puis élevée par petits paliers, avec une pause entre chacun, jusqu’à ce que la bobine actionne le mécanisme, et la tension à ce moment est lue. La mesure est répétée pour confirmer sa constance. La même méthode s’applique à chaque bobine de déclenchement, y compris les bobines de déclenchement secondaires, et à la bobine de fermeture. L’essayeur évite une hausse soudaine de tension, qui peut faire agir la bobine à une lecture plus basse que sous une tension stable. Les bobines munies d’un interrupteur de coupure en série ou d’une commande électronique sont traitées selon les directives du fabricant, et le circuit de commande normal est rétabli et vérifié à la fin.

Ce qui est consigné

Le relevé contient, pour chaque bobine éprouvée, la tension minimale de seuil à laquelle le mécanisme a fonctionné, avec l’identification de la bobine comme déclencheur principal, déclencheur secondaire ou bobine de fermeture. Il identifie le disjoncteur et son mécanisme, la tension nominale du circuit de commande, l’instrument et la source réglable utilisés, le type d’alimentation de commande et la position du disjoncteur pendant l’essai. L’état constaté, y compris si le disjoncteur avait été manœuvré récemment et si une lubrification a été faite avant l’essai, est noté avec les lectures du compteur de manœuvres. Les lectures répétées et toute variation entre elles sont conservées, car un seuil qui fluctue est en soi le signe d’un mécanisme collant.

Comment les résultats sont jugés

Les valeurs de seuil se jugent par rapport à une plage définie relativement à la tension de commande nominale, et cette page ne donne aucune valeur de tension. Les recommandations publiées s’attendent à ce que la bobine fonctionne bien en dessous de la tension nominale afin d’offrir une marge lorsque l’alimentation fléchit, et le tableau des limites de tension de commande auquel renvoient ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 donne la plage permise pour chaque tension de commande nominale. Deux comparaisons étayent le jugement. L’une porte sur les données du fabricant de la bobine et du disjoncteur, qui prévalent. L’autre porte sur les résultats antérieurs du disjoncteur lui-même, car une dérive à la hausse d’un essai à l’autre indique un frottement croissant ou une détérioration de la bobine même si chaque valeur reste dans la plage. Les bobines du même type sur des disjoncteurs semblables doivent donner des résultats semblables, et une valeur atypique désigne un problème local. Un seuil élevé, erratique ou différent entre les bobines de déclenchement et de fermeture justifie d’inspecter le loquet, de nettoyer et de lubrifier le mécanisme, puis de refaire l’essai. Pour les limites de tension réelles, reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence des normes citées.

Variantes

À la réception, l’essai démontre que les bobines et les loquets d’un disjoncteur neuf agissent avec une marge et fixe la référence pour les essais ultérieurs, et la spécification de réception relie le résultat au tableau publié des limites. À l’entretien, l’essai est répété selon un calendrier et après des travaux sur le mécanisme, et l’accent est mis sur la dérive. La classe de disjoncteur modifie la pratique. Les disjoncteurs débrochables de moyenne tension sont éprouvés en position d’essai avec une armoire d’essai ou un cavalier. Les disjoncteurs basse tension à boîtier isolant munis d’opérateurs électriques ont moins de bobines et une tension de commande plus basse. Les disjoncteurs à huile, à vide et au SF6 diffèrent par le type de mécanisme, si bien que l’énergie à libérer n’est pas la même, mais la méthode d’élévation de la tension est identique. Les réenclencheurs à actionneurs à solénoïde ou magnétiques sont éprouvés selon leur propre conception de commande. Les disjoncteurs dotés de dispositifs de déclenchement à condensateur, de déclencheurs à minimum de tension ou d’une double bobine de déclenchement demandent des étapes supplémentaires pour éprouver chaque dispositif séparément, et un disjoncteur dont l’alimentation de commande est alternative est éprouvé avec une source alternative réglable.