Auteurs : Stefan Larsson, Andrea Bonetti, etLennart Schottenius
Lors du test des relais de protection auto-alimentés, de nombreux techniciens se demandent pourquoi un courant de 1 A injecté par le testeur de relais n'est pas enregistré comme 1 A par le relais. Stefan Larson, responsable des produits de protection de l'énergie chez Megger Suède, apporte la réponse à cette question et aborde d'autres problèmes liés au test des relais auto-alimentés.
Au cours des 40 dernières années, les relais auto-alimentés ont été utilisés dans les sous-stations MT/BT sur le réseau de distribution secondaire. Traditionnellement, les transformateurs MT/BT de plus de 800 kVA étaient protégés par l'un de ces dispositifs, tandis que la protection des transformateurs plus petits était assurée par un fusible MT. Toutefois, au cours des 15 dernières années, les compagnies d'électricité ont commencé à protéger les transformateurs de 100 kVA avec des relais auto-alimentés,ils sont à présent plus courants dans les sous-stations et les postes du réseau de distribution secondaire.
Les relais de protection auto-alimentés puisent l'énergie dont ils ont besoin pour fonctionner dans le courant fourni au relais par le transformateur de courant. Cela signifie que le courant de charge - et, le cas échéant, le courant de défaut - dans le circuit surveillé fournit l'énergie nécessaire pour alimenter le relais. Cette disposition présente le grand avantage de minimiser ou, dans de nombreux cas, d'éliminer complètement la nécessité d'une alimentation électrique externe, qui prend généralement la forme d'une batterie et de son infrastructure de réseau à courant continu. Cela simplifie le système de protection et réduit considérablement les coûts.
Dans un avenir proche, ces considérations devraient devenir encore plus importantes, car le concept de "réseau intelligent" devient de plus en plus omniprésent. Des panneaux solaires sont de plus en plus souvent installés sur les toits des habitations ordinaires, les véhicules électriques sont rechargés à la maison et, à un moment donné, on espère qu'ils pourront fournir de l'énergie au réseau (V2G). En d'autres termes, le réseau intelligent pénétrera les systèmes électriques à tous les niveaux de tension.
Un facteur clé qui influencera la vitesse de cette pénétration est le coût, et en particulier le coût de la fourniture d'une protection adéquate pour le réseau intelligent. En principe, il n'y aurait guère de problème à protéger le réseau intelligent en utilisant les solutions éprouvées qui ont été développées pour protéger les réseaux électriques à haute tension. Toutefois, dans le cas du réseau intelligent, ces solutions sont trop complexes et trop coûteuses. Les relais auto-alimentés apportent une contribution importante à la résolution de ces problèmes et on s'attend donc à ce que leur utilisation augmente de manière significative au fur et à mesure de la mise en œuvre des systèmes de réseaux intelligents.
Malgré leurs avantages, les relais auto-alimentés présentent également un certain nombre de défis, en particulier en ce qui concerne les tests. En raison de leur alimentation à découpage intégrée, ils présentent une charge non linéaire. Cela signifie qu'un courant nominalement sinusoïdal de 1 A injecté par le testeur peut être fortement déformé par le relais qui, en conséquence, peut mesurer un courant beaucoup plus élevé ou beaucoup plus faible.
Un autre problème est celui des conditions préalables au défaut. Comme nous l'avons déjà expliqué, l'énergie nécessaire au fonctionnement d'un relais auto-alimenté provient des transformateurs de courant. Cela signifie que s'il n'y a pas de courant de charge dans la ligne d'alimentation protégée, il n'y a pas d'énergie pour alimenter le relais et, par conséquent, le relais n'est pas actif. Si, dans ces conditions, un défaut se produit, le courant de défaut fournit de l'énergie au relais qui se met alors en marche, détecte le défaut et émet un ordre de déclenchement. Le temps de fonctionnement effectif, cependant, est le temps de fonctionnement normal du relais plus le temps nécessaire au démarrage du relais.
Cette situation est liée à la commutation sur une condition de défaut : si le disjoncteur est fermé sur un défaut, il ne peut y avoir de précharge dans le relais de protection avant la fermeture du disjoncteur. Une situation similaire peut se produire si le disjoncteur est fermé, mais jusqu'à ce qu'un défaut se produise, le courant de charge est inférieur au niveau nécessaire pour fournir suffisamment d'énergie pour alimenter le relais.
Les problèmes associés au test des relais auto-alimentés peuvent être résolus avec succès en utilisant un testeur tel que la SVERKER 900 de Megger, qui a été développée dès le départ en pensant aux relais auto-alimentés. Les générateurs de courant embarqués dans la SVERKER 900, associés à des algorithmes sophistiqués de génération de courant en temps réel, permettent de tester de manière fiable tous les types de relais de protection, y compris les relais auto-alimentés.
La SVERKER 900 est unique en son genre, car elle est compatible avec les nombreux types de charges associés aux différents types de relais de protection. Elle s'adapte facilement aux relais électromécaniques, aux relais statiques, aux relais numériques sophistiqués, aux relais auto-alimentés et aux relais avec déclencheur à transformateur de courant. L'instrument de pré-défaut peut effectuer des tests de synchronisation multiples, ce qui est particulièrement utile pour tester les relais auto-alimentés, car le pré-défaut fournit la charge nécessaire pour maintenir le relais sous tension.
La SVERKER 900 est conçue pour gérer la génération de courant des relais auto-alimentés en tenant compte des éléments suivants :
- Les harmoniques générées par les relais auto-alimentés, qui peuvent perturber les circuits de contrôle d'un instrument de test de relais.
- La charge non linéaire présentée par les relais auto-alimentés, qui nécessite des boucles de contrôle en temps réel très performantes pour s'assurer que l'instrument de test génère les formes d'ondes correctes.
- La nécessité pour l'instrument de test de générer une puissance relativement importante par rapport au courant injecté, afin de tenir compte de la puissance nécessaire à l'alimentation du relais.
La généralisation des réseaux intelligents signifie que les relais de protection auto-alimentés sont susceptibles d'être largement utilisés à l'avenir, même dans les petits réseaux électriques. Le test de ces relais peut sembler difficile à première vue, mais en réalité, les difficultés peuvent être facilement surmontées. L'essentiel est d'utiliser un ensemble de test, tel que la SVERKER 900, qui a été spécialement conçue pour les relais auto-alimentés et pour répondre à leurs exigences particulières.