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Les fabricants de relais de protection destinés à l'appareillage de commutation des services publics et de moyenne tension doivent faire preuve d'une expertise reconnue en matière de détection des défauts, de protocoles de communication et d'intégration au réseau. Ce guide évalue les principaux fabricants et fournit une liste de contrôle de sélection structurée pour les équipes d'approvisionnement qui spécifient des relais dans la gamme de 3,3 kV à 36 kV.
Un relais de protection constitue le noyau décisionnel de chaque ensemble d'appareillage de commutation MT. Lorsqu'une ligne de distribution de 15 kV présente un défaut phase-terre, le relais doit détecter le courant anormal, appliquer la logique de coordination temps-courant et émettre un ordre de déclenchement, le tout en l'espace de 20 à 40 millisecondes. Cette séquence s'achève avant que la plupart des opérateurs ne remarquent que les lumières vacillent.
Les contacts de sortie du relais alimentent la bobine de déclenchement du disjoncteur à vide, libérant ainsi l'énergie stockée dans le mécanisme de fonctionnement. Le temps de fonctionnement combiné du relais (typiquement 15-30 ms pour les éléments instantanés) plus le temps d'ouverture mécanique du VCB (25-60 ms) déterminent la durée totale de l'élimination du défaut. Chaque milliseconde compte : l'énergie de l'arc augmente avec le carré du courant de défaut multiplié par le temps.
Les relais numériques modernes ont remplacé leurs prédécesseurs électromécaniques dans 90% de nouvelles installations. Ces dispositifs à microprocesseur intègrent de multiples fonctions de protection, des interfaces de communication et l'enregistrement des perturbations au sein d'une plate-forme unique. La transition actuelle du marché est centrée sur l'adoption de la norme IEC 61850 - les fabricants qui ont investi tôt offrent maintenant des implémentations matures, tandis que d'autres ont adapté le protocole au matériel existant avec un succès variable.
Selon la norme CEI 60255-151, les relais de protection doivent maintenir une précision de synchronisation de ±2,5% ou ±10 ms (la valeur la plus élevée étant retenue) afin de garantir une coordination prévisible entre les dispositifs en amont et en aval. Cette norme établit la référence par rapport à laquelle les produits de tous les fabricants doivent être évalués.
Le choix d'un mauvais fabricant présente des risques qui vont au-delà de la non-conformité aux spécifications : angles morts de protection dus à des implémentations d'algorithmes inadéquates, déclenchements intempestifs dus à une mauvaise immunité au bruit, défaillances d'intégration empêchant la connectivité SCADA, et perturbation du cycle de vie lorsque les pièces de rechange ne sont plus disponibles. Le relais représente 3-8% du coût total de l'appareillage de commutation mais influence 100% de la fiabilité du système de protection.
[Avis d'expert : observations sur le terrain]
Le marché des relais de protection se divise entre les équipementiers mondiaux disposant d'un portefeuille complet et les spécialistes régionaux desservant des applications ou des zones géographiques spécifiques.
Tier 1 - équipementiers mondiaux
Siemens (SIPROTEC 5) offre une architecture modulaire permettant des configurations allant d'une simple surintensité à des schémas différentiels complexes de barres omnibus. La prise en charge native de la norme IEC 61850 Edition 2.1 avec des latences GOOSE inférieures à 4 ms convient aux applications de bus de processus. L'expérience sur le terrain confirme la robustesse des performances dans les environnements industriels difficiles, bien que l'effort d'ingénierie initial pour les configurations complexes dépasse celui de certains concurrents.
ABB (Relion 615/620/630) couvre la protection des lignes d'alimentation, des transformateurs et des moteurs avec une interface homme-machine cohérente. L'outil d'ingénierie de la plate-forme rationalise la configuration IEC 61850, et la base installée d'ABB dans les applications d'utilité publique fournit des projets de référence étendus. Le REF615 est devenu une norme de facto dans de nombreuses spécifications de services publics.
Schneider Electric (Easergy P3/P5) vise la gamme 1-52 kV avec des dimensions compactes adaptées aux applications de modernisation. L'intégration avec la plateforme EcoStruxure intéresse les opérateurs à la recherche d'une architecture SCADA/protection unifiée. Les caractéristiques de cybersécurité sont conformes aux exigences de la norme IEC 62351.
GE Grid Solutions (série Multilin 8) maintient une forte présence dans les services publics nord-américains. La plateforme Universal Relay offre une flexibilité exceptionnelle pour les schémas de protection complexes, et l'intégration de la mesure de la synchronicité positionne ces relais pour des applications de protection de zones étendues.
SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) domine les marchés nord-américains des services publics et de l'industrie avec des relais conçus pour une fiabilité extrême. L'approche conservatrice de SEL à l'égard des nouveaux protocoles signifie que les mises en œuvre de la norme IEC 61850 sont arrivées plus tard que les concurrents, mais avec une validation approfondie. Le relais d'alimentation SEL-751 et le différentiel de transformateur SEL-487E démontrent l'importance qu'ils accordent à la sécurité et à la fiabilité de la protection.
Niveau 2 - Spécialistes régionaux
Basler Electric Le relais de surintensité BE1-851 est destiné aux applications industrielles et aux petites utilités, avec une configuration simple et un prix compétitif. Le relais de surintensité BE1-851 offre des fonctions essentielles sans surcharge de complexité.
Beckwith Electric est spécialisée dans la protection des générateurs et des transformateurs. Le relais de transformateur M-3425A offre une protection différentielle, thermique et de surintensité complète, particulièrement efficace pour l'interconnexion de la production distribuée.
Ashida Electronics (Inde) fournit des relais numériques en Asie et en Afrique à des prix inférieurs de 30-50% à ceux des fabricants de niveau 1. La qualité s'est considérablement améliorée depuis 2018, bien que la profondeur du réseau de service mondial reste limitée.
NR Electric (Chine) s'est développée au-delà des marchés chinois avec des offres compétitives, en particulier dans les domaines du CCHT et de la protection FACTS. L'adoption par les services publics en dehors de l'Asie nécessite une évaluation des engagements de soutien à long terme.
| Fabricant | Edition IEC 61850 | GOOSE Latence | Bus de processus | Cybersécurité | Position de prix |
|---|---|---|---|---|---|
| Siemens SIPROTEC 5 | Ed. 2.1 | < 4 ms | Complet | Élevé | Prime |
| ABB Relion | Ed. 2 | < 4 ms | Complet | Élevé | Prime |
| SEL | Ed. 2 | < 5 ms | Limité | Très élevé | Moyen à élevé |
| Schneider Easergy | Ed. 2 | < 5 ms | Série P5 | Élevé | Moyen à élevé |
| GE Multilin 8 | Ed. 2 | < 4 ms | Complet | Élevé | Prime |
| Basler BE1 | Ed. 1 | < 8 ms | Non | Modéré | Moyen |
| Ashida Aegis | Ed. 2 | < 6 ms | Non | Modéré | Budget |
La profondeur du protocole de communication varie considérablement d'un fabricant à l'autre. Les installations qui mettent en œuvre des relais conformes à la norme CEI 61850 démontrent des améliorations mesurables de la vitesse d'isolement des défauts, la messagerie GOOSE poste à poste réduisant les temps de verrouillage des zones de 100-150 ms à moins de 4 ms par rapport aux schémas câblés.
Pour les installations utilisant encore le DNP3 ou le Modbus, vérifiez que les variantes de protocole requises (DNP3 Secure Authentication, Modbus TCP) sont prises en charge sans modules matériels supplémentaires.
Lors de la spécification des relais de protection pour les disjoncteurs à vide, vérifier la compatibilité de la bobine de déclenchement. Les bobines de déclenchement des disjoncteurs à vide nécessitent généralement 2 à 5 A à 24-220 V CC pendant 50 à 100 ms. Les contacts de sortie des relais doivent dépasser ces exigences avec une marge appropriée. Pour des conseils détaillés sur les spécifications des VCB, consultez le document principes de fonctionnement des disjoncteurs à vide qui complètent la sélection des relais de protection.
[Regard d'expert : les réalités de la mise en service]
Les relais de protection installés dans des appareillages de commutation extérieurs ou dans des environnements industriels sont soumis à des conditions bien plus difficiles que les salles de relais climatisées.
Les relais standard de qualité commerciale fonctionnent de -20°C à +55°C. Les variantes pour environnements difficiles vont de -40°C à +70°C mais coûtent plus cher que les relais standard. Les variantes pour environnements difficiles s'étendent de -40°C à +70°C mais entraînent un surcoût de 15-25%. La tolérance à l'humidité de 95% RH sans condensation convient à la plupart des installations, bien que les environnements tropicaux puissent nécessiter un revêtement conforme sur les circuits imprimés internes.
Les caractéristiques vibratoires conformes à la norme IEC 60255-21-1 sont réparties en différentes classes : La classe 2 (0,5 g, 10-150 Hz) convient à la plupart des applications d'appareillage de connexion, tandis que les zones sismiques requièrent la certification de la classe 3. L'immunité CEM selon la norme CEI 60255-26 niveau 4 représente le minimum pour la proximité MT - les niveaux inférieurs invitent à des opérations de nuisance dues aux transitoires de commutation.
L'interface relais-disjoncteur détermine l'efficacité du système de protection. Les relais modernes offrent une supervision directe des bobines de déclenchement pour détecter les bobines ouvertes ou court-circuitées avant qu'un défaut n'exige un fonctionnement. Les fonctions de supervision rapprochée vérifient l'état prêt du disjoncteur, le contrôle du synchronisme pour les sources parallèles et la logique anti-pompage - éliminant les relais d'interposition externes.
La coordination de la détection de l'arc électrique permet d'obtenir des temps de déclenchement inférieurs au cycle lorsqu'elle est correctement mise en œuvre. Les capteurs photosensibles réagissent en moins de 2,5 ms ; si l'on ajoute le temps de fonctionnement du relais et le temps d'ouverture du VCB, la durée totale de l'arc reste inférieure à 100 ms pour les systèmes correctement coordonnés. Vérifier la compatibilité des relais avec les fabricants de détecteurs d'arc électrique lors de la spécification.
Compréhension fabricant de disjoncteurs à vide Les offres permettent de spécifier les marges de temporisation des relais adaptées à des mécanismes de fonctionnement spécifiques de la VCB.
La plupart des services publics adoptent des approches hybrides qui mettent en balance les avantages de la normalisation et la dynamique de la concurrence.
Les environnements de configuration unifiés réduisent les frais généraux d'ingénierie. Une plate-forme de relais normalisée signifie un seul programme de formation, un seul stock de pièces détachées et un seul système de gestion des microprogrammes. En cas de problème, la responsabilité de l'assistance ne fait l'objet d'aucune ambiguïté.
Les appels d'offres concurrentiels permettent de maintenir une discipline en matière de prix. Les fournisseurs spécialisés comme Beckwith pour la protection des transformateurs ou SEL pour les applications de générateurs offrent une profondeur que les portefeuilles généralistes peuvent ne pas avoir. La résilience de la chaîne d'approvisionnement s'améliore lorsqu'il existe plusieurs sources qualifiées.
Normaliser les applications à fort volume - la protection des alimentateurs représente 60-70% de la quantité de relais dans les sous-stations typiques. Autoriser les fournisseurs spécialisés pour les applications complexes où l'expertise unique justifie la complexité de l'intégration. Établir des spécifications d'interface claires en cas de mélange de plates-formes.
Les installations industrielles disposant d'un personnel limité en matière d'ingénierie de protection sont celles qui bénéficient le plus de la normalisation à partir d'une source unique. Les frais généraux d'ingénierie liés au maintien des compétences sur plusieurs outils de configuration des relais dépassent souvent les économies réalisées sur les achats grâce aux appels d'offres.
Pour une spécification complète de l'appareillage de commutation, y compris les dispositifs de protection et l'équipement primaire, la fabricant de composants d'appareillage de connexion fournit un contexte pertinent en matière de marchés publics.
Les assemblages XBRELE VCB s'adaptent aux principales plateformes de relais de protection incluant les séries Siemens SIPROTEC, ABB Relion, SEL, et Schneider Easergy. Les dispositions de montage pré-établies permettent des configurations standard en rack 19 pouces et en panneau sans modifications sur le terrain.
La temporisation du relais de protection est coordonnée avec les mécanismes de fonctionnement de la VCB de XBRELE lors de la vérification en usine. Le temps total d'élimination des défauts - temps de fonctionnement du relais plus temps d'ouverture du VCB - est vérifié en dessous de 100 ms pour les configurations standard. L'intégration de la détection de l'arc électrique est disponible pour les applications nécessitant une protection sous-cycle.
Contactez l'équipe technique de XBRELE pour discuter des exigences d'intégration des relais de protection pour vos disjoncteurs à vide.
Référence externe : IEC 62271-106 - Norme CEI 62271-106 pour les contacteurs à courant alternatif
R : Les relais numériques ont généralement une durée de vie de 20 à 25 ans, les fabricants garantissant la disponibilité des pièces de rechange pendant au moins 15 ans ; la durée de vie réelle dépend des conditions environnementales et de la poursuite de l'assistance micrologicielle.
R : La norme CEI 61850 permet l'interopérabilité entre plusieurs fournisseurs grâce à la messagerie GOOSE normalisée, bien que les essais d'interopérabilité lors de la mise en service restent essentiels car il existe des variations de mise en œuvre entre les fabricants et les générations de produits.
R : La pratique industrielle recommande un examen annuel du journal d'autocontrôle et une inspection visuelle, avec un test d'injection complet tous les 4 à 6 ans en fonction de la criticité et de l'exposition à l'environnement.
R : La protection standard des départs MT nécessite 50/51 (surintensité de phase), 50N/51N (défaut de terre) et souvent 67/67N (surintensité directionnelle) ; les départs de transformateurs ajoutent généralement 87 (différentiel) et 49 (thermique) fonctions.
R : GOOSE fournit une signalisation d'égal à égal basée sur Ethernet avec des temps de latence inférieurs à 4-5 ms, tandis que les circuits câblés utilisent la fermeture par contact physique ; les applications critiques mettent souvent en œuvre les deux méthodes à des fins de redondance.
R : Les services publics doivent vérifier la conformité aux normes d'authentification IEEE 1686 et IEC 62351, la mise en œuvre du contrôle d'accès basé sur les rôles, les options de communication cryptées et les capacités d'enregistrement des événements de sécurité avant l'approbation de l'achat.
R : Les installations extérieures requièrent généralement une plage de température étendue (-40°C à +70°C), un indice de vibration IEC 60255-21-1 classe 2 ou supérieur, et des options de revêtement conforme pour la protection contre l'humidité dans les climats tropicaux.
