La clé du succès de la protection des relais : la coopération
L’objectif des relais et des systèmes de protection, comme nous le savons tous, est de protéger les équipements électriques tels que les transformateurs, les lignes, les câbles, les jeux de barres dans des conditions anormales. Le relais de protection exige donc une attention et une diligence extrêmes. Cependant, lorsqu’ils ont affaire à la protection par relais, les ingénieurs se concentrent, par inadvertance, uniquement sur les relais. Il s’agit généralement du choix des relais appropriés, de l’application des réglages adaptés, de la vérification du câblage et des interconnexions et de la réalisation de tests efficaces.
Cependant, il faut savoir que la protection par relais ne peut exister isolément. Outre les relais de protection, les postes électriques contiennent d’autres équipements essentiels tels que des disjoncteurs, des transformateurs de courant (TC), des transformateurs de potentiel (TP), un système de batteries, des transformateurs, etc. Dans la plupart des grandes compagnies d’électricité, il existe une barrière invisible entre le service des relais et le service des équipements du poste. L’équipement des postes électriques ainsi que les relais et les systèmes de protection par relais sont testés à intervalles réguliers par les services respectifs.
Cette dépendance essentielle de la protection par relais vis-à-vis des TC, des disjoncteurs, etc. est peu connue. Il faut donc éviter de distinguer la protection par relais des TC, TP, disjoncteurs et batteries. Ces éléments sont interdépendants. La figure 1 ci-dessous illustre les éléments constitutifs du système de protection par relais : relais, transformateurs de courant et de tension, disjoncteurs, batteries et liaisons de communication. La défaillance de l’un de ces éléments perturbera le système de protection par relais.
Comme mentionné ci-dessus, les compagnies d’électricité réalisent des tests sur les TC, les TP, le système de batterie et les disjoncteurs. Cependant, les résultats des tests de maintenance périodiques ne sont généralement pas partagés avec les ingénieurs du service de protection par relais. Par exemple, l’équipe de protection peut ne pas être consciente de l’allongement récent du temps d’ouverture du disjoncteur ou du fait que l’âge d’un TC peut avoir entraîné une détérioration du niveau des caractéristiques de saturation. L’équipe responsable de la préservation des paramètres des relais doit être tenue informée des résultats de ces tests, car l’accès à ces connaissances peut avoir un impact sur les hypothèses d’établissement des paramètres des relais. En fait, la seule fois où l’on constate un échange de données de test des TC, TP et disjoncteurs, c’est en cas de dysfonctionnement du relais, ce qui entraîne une analyse post-mortem.
Une approche globale de la protection par relais
Le schéma de protection par relais est le cœur de toute la logique intégrée, et les autres éléments assistent, ou soutiennent, ces schémas. Les TC et les TP fournissent les entrées de courant et de tension aux relais. Les relais fournissent à leur tour une entrée pour mettre sous tension le circuit de déclenchement, ce qui entraîne l’ouverture du disjoncteur pour isoler la section défectueuse du réseau électrique. Les batteries de la station, autre élément constitutif de la protection par relais, alimentent le circuit de déclenchement en courant continu.
Figure 1 : Éléments constitutifs d’un système de protection par relais
Il est essentiel de comprendre la manière dont chacun de ces composants contribue au bon fonctionnement du schéma de protection par relais pour assurer le bon fonctionnement de votre système de protection.
Relais
Les ingénieurs doivent choisir les relais appropriés et définir les réglages adéquats. Les relais/systèmes de protection doivent être testés au moment de leur mise en service. Ensuite, les opérations de maintenance doivent être effectuées à des intervalles prédéfinis.
Pour le test des relais, les logiciels tels que Doble Protection Suite et Doble RTS™ offrent les fonctionnalités idéales. Protection Suite fournit un environnement de test complet, suffisamment flexible pour s’adapter à vos exigences techniques et opérationnelles, y compris pour les réseaux basés sur les normes CEI 61850. RTS est une application indépendante du fabricant qui permet de standardiser les éléments de votre programme de tests de relais.
Tout défaut de sélection, de réglage, de câblage ou de test peut entraîner un dysfonctionnement du système de protection par relais en présence de conditions anormales. Dans certains systèmes, il existe des liaisons de communication entre les relais à chaque extrémité de la ligne de transmission. Des essais de bout en bout doivent être menés pour garantir le bon fonctionnement du système de relais par protection, y compris au niveau des récepteurs et des émetteurs.
En outre, les postes numériques conformes à la norme CEI 61850 nécessitent des tests différents de ceux des postes conventionnels. Les tests des postes numériques impliquent une vérification approfondie de la communication entre les relais. Il convient de tester l’ensemble du système comme une entité indépendante. Doble propose le simulateur de réseau électrique polyvalent F6150sv, la solution idéale pour tester les dispositifs et systèmes de protection conformes à CEI 61850.
Transformateurs de courant (TC)
Le rôle des TC est beaucoup plus simple que celui des relais. Les TC fournissent simplement le courant aux relais. Au niveau de l’enroulement primaire du TC, le courant réellement présent circule, alors que l’enroulement secondaire permet d’obtenir des niveaux de courant plus faibles, proportionnels au rapport de transformation du TC. Sous un courant de charge normal, les TC restituent correctement les courants en fonction de ce rapport.
Cependant, en cas de court-circuit, lorsque le courant de défaut est élevé, les TC risquent de ne pas restituer précisément le courant au secondaire. Dans ces conditions, le courant fourni au relais est généralement inférieur à ce qu’il devrait être. Le degré d’imprécision dépendra de l’amplitude du courant de court-circuit, du rapport de transformation, etc. Ce comportement est dû à la saturation du noyau du TC. La saturation du TC a un impact direct sur les performances des relais simples à surintensité, à distance et différentiels.
Il est indispensable d’effectuer le test suivant sur les TC. Chaque compagnie d’électricité détermine la périodicité d’entretien pour effectuer ces tests en fonction de ses propres procédures internes.
- Excitation du TC
- Rapport des courants
- Polarité
- Erreur de rapport et d’angle de déphasage
- Résistance d’isolation
- Résistance des enroulements
- Test de charge
L’instrument qui permet d’aider les équipes à augmenter leur productivité et à gagner du temps lors des opérations de mise en service, EZCT-2000C, est conçu spécifiquement pour les tests TC.
Dans les postes électriques numériques avec un bus de processus, les valeurs analogiques des sorties des TC sont transmises à une unité de fusion. L’unité de fusion délivre les échantillons numérisés équivalents qui alimentent les IED (dispositifs électroniques intelligents) CEI 61850. Les IED sont essentiellement des relais à microprocesseur, ou relais numériques, avec une protection intégrée élevée et des capacités de communication. Les IED CEI 61850 n’acceptent pas les signaux analogiques des TC et TP, il faut donc leur envoyer les échantillons numérisés correspondants. Dans ce cas, en plus de tester les TC, il faut également tester les unités de fusion.
Certaines unités de fusion sont équipées de TC optiques intégrés et ne nécessitent pas de signaux provenant de TC à induction conventionnels. Ces unités de fusion nécessitent des outils et des techniques de test spécifiques.
Les figures 2 et 3 illustrent la traversée et le TC autonome.
Disjoncteurs
Les disjoncteurs doivent se déclencher (s’ouvrir) lorsqu’ils sont sollicités par le relais de protection. Si le disjoncteur dédié ne s’ouvre pas, la protection de secours provoquera l’ouverture d’autres disjoncteurs secondaires pour isoler rapidement l’équipement défectueux. Cependant, l’élimination du défaut par le relais de secours entraînera la mise hors service d’une plus grande partie du système ; bien que cela ne soit pas souhaitable, c’est nécessaire dans cette situation. Pour cette raison, il est indispensable d’entretenir et de tester scrupuleusement les disjoncteurs qui assurent cette fonction.
Figure 4 : Disjoncteur
Outre un disjoncteur qui ne s’ouvre pas, nous pouvons également constater des problèmes si l’ouverture des contacts est plus longue que prévu. Dans les systèmes de protection, le temps d’ouverture du disjoncteur est pris en compte lors de la définition du schéma de relais. Si le temps d’ouverture réel du contact est supérieur à la durée utilisée pour les réglages du relais, une grande partie du système risque de se mettre en panne inutilement.
Par exemple, pour élaborer un schéma de défaillance du disjoncteur, nous utilisons le temps d’ouverture de ce disjoncteur dans les calculs. Si la durée effective s’avère plus importante, nous déclencherons plusieurs autres disjoncteurs dans le cadre d’un plan de secours. Il s’agit d’une situation indésirable qui entraîne la coupure de la totalité du jeu de barres. De la même manière, lors de la coordination de deux relais de surintensité, si un des disjoncteurs prend plus de temps à s’ouvrir, la synchronisation risque d’être impossible. Il est donc essentiel de tester les disjoncteurs pour s’assurer qu’ils fonctionnent bien selon les paramètres définis par leur fabricant, notamment le temps d’ouverture des contacts.
Pour garantir l’intégrité des disjoncteurs, il faut réaliser les tests suivants :
- Minutage du disjoncteur
- Résistance de contact statique
- Résistance de contact dynamique
- Courants de bobine de déclenchement et de fermeture
- Tension minimale d’excitation
- Temps de course
- Test de facteur de puissance
En outre, certains tests spécifiques sont effectués sur les disjoncteurs à gaz SF6, à vide et à soufflage d’air. L’analyseur de disjoncteurs Doble TDR9100 et l’analyseur de disjoncteurs numériques CT-800 S3 constituent des solutions de test fiables pour les disjoncteurs.
La figure 4 illustre un disjoncteur.
Retrouvez-nous bientôt pour le prochain épisode de ce blog. Vous aurez plus de détails sur l’impact des batteries, des transformateurs de potentiel/TPC et des liaisons de communication sur les schémas de protection par relais.
INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES
- Blog – Modifier les objectifs des tests de protection des relais
- Informations sur le produit