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Un relais de protection détecte un défaut en 20 millisecondes. Il envoie une commande de déclenchement. Le disjoncteur ne fait rien.
Ce scénario - où le circuit de déclenchement échoue silencieusement - compte parmi les conditions les plus dangereuses dans les appareillages de commutation à moyenne tension. Le défaut persiste, l'équipement est endommagé par l'arc électrique et ce qui aurait dû être une protection de routine devient une enquête sur un incident majeur.
La supervision du circuit de déclenchement permet d'éviter cette situation. En vérifiant en permanence l'intégrité de chaque composant entre le relais de protection et la bobine de déclenchement, le TCS transforme les défaillances cachées en alarmes visibles. Un fil cassé, une borne corrodée, un enroulement de bobine défectueux - tout circuit ouvert déclenche une alarme des jours ou des semaines avant qu'un défaut ne mette à l'épreuve le système de protection.
La surveillance du circuit de fermeture applique des principes identiques au circuit de fermeture du disjoncteur, garantissant que les séquences de restauration et de réenclenchement automatique s'exécutent de manière fiable.
Ce guide couvre les trois principales architectures de TCS, fournit des procédures de test étape par étape pour la mise en service et la maintenance, et propose des méthodes de dépannage systématiques pour les alarmes intempestives qui affectent de nombreuses installations. La compréhension de ces circuits de supervision est fondamentale pour maintenir une protection fiable pour disjoncteur à vide et d'autres appareillages de commutation MT.
La supervision du circuit de déclenchement surveille en permanence le chemin complet entre l'alimentation en courant continu et la bobine de déclenchement, en émettant immédiatement une alarme en cas de défaillance d'un composant en série. Cette détection proactive permet d'éviter le scénario catastrophique où un relais de protection fonctionne correctement mais où le disjoncteur ne reçoit jamais sa commande de déclenchement.
Le courant de supervision - typiquement 20-50 mA DC - traverse tout le circuit de déclenchement sans actionner le disjoncteur. Ce courant reste bien en dessous du seuil de déclenchement de la bobine de déclenchement, qui se situe entre 100 et 200 mA pour la plupart des disjoncteurs moyenne tension. Lorsqu'un élément s'ouvre, le courant de supervision tombe à zéro et le relais TCS se déclenche.
Les composants faisant l'objet d'une surveillance continue sont les suivants
| Type de défaillance | Cause commune | Vitesse de détection du TCS |
|---|---|---|
| Circuit ouvert | Fil cassé, borne desserrée | Immédiat (< 2 secondes) |
| Perte d'alimentation en courant continu | Défaillance de la batterie, fusible grillé | Immédiate |
| Bobine de déclenchement ouverte | Rupture de l'enroulement, dommages thermiques | Immédiate |
| Haute résistance | Connexion corrodée | Dépendante du voltage |
| Défaut du contact auxiliaire | Usure mécanique, contamination | Dépendante de l'État |
Les données de terrain issues des dossiers de mise en service des sous-stations industrielles révèlent que les défaillances des terminaisons de câblage représentent environ 35-40% des défaillances des circuits de déclenchement détectées. Les cycles thermiques, les vibrations des équipements adjacents et la pénétration de l'humidité accélèrent la dégradation des connexions. Les relais TCS modernes fournissent un enregistrement des défauts horodatés par Lignes directrices de l'IEEE PSRC, permettant aux équipes de maintenance d'établir une corrélation entre les alarmes de supervision et les conditions environnementales.
Le choix du schéma dépend de la criticité, des contacts auxiliaires disponibles et du fait que l'installation utilise des relais discrets ou une protection numérique intégrée.
La configuration la plus simple surveille le circuit de déclenchement uniquement lorsque le disjoncteur est fermé. Une résistance de supervision se connecte en série avec la bobine de déclenchement et le courant passe par le contact auxiliaire 52a normalement ouvert.
Exemple de dimensionnement de la résistance pour un système 110V DC :
La limitation critique : lorsque le disjoncteur s'ouvre, le contact 52a s'ouvre et la supervision s'arrête. Un défaut du circuit de déclenchement survenant alors que le disjoncteur est ouvert n'est pas détecté jusqu'au prochain cycle de fermeture/déclenchement.
Cette configuration permet une supervision continue quelle que soit la position du disjoncteur. Le schéma utilise à la fois le contact normalement ouvert 52a et le contact normalement fermé 52b pour maintenir un chemin de supervision dans les deux états.
Le système à deux éléments détecte les défaillances des contacts auxiliaires que les systèmes à un seul élément ne détectent pas. Si le contact 52b ne se ferme pas lorsque le disjoncteur s'ouvre, le courant de supervision chute et une alarme se déclenche. Ce schéma est une pratique courante pour les lignes d'alimentation critiques et les disjoncteurs de classe transmission.
Les relais modernes conformes à la norme IEC 61850 intègrent le TCS en tant que fonction standard. Au lieu d'injecter un courant de supervision par l'intermédiaire d'un relais externe, le dispositif de protection surveille la tension du circuit de déclenchement par l'intermédiaire d'entrées opto-isolées.
Caractéristiques de fonctionnement :
Aucun relais de supervision externe n'est nécessaire, ce qui réduit le câblage du panneau et les points de défaillance potentiels.
| Fonctionnalité | De base (52a) | Double élément | Intégré |
|---|---|---|---|
| Supervision en cas d'ouverture | Non | Oui | Oui |
| Supervision en cas de fermeture | Oui | Oui | Oui |
| Relais externe nécessaire | Oui | Oui | Non |
| Contacts auxiliaires requis | 1 NO | 1 NO + 1 NC | 1 NO minimum |
| Meilleure application | Non critique | Alimentateurs critiques | Nouvelles installations |
[Regard d'expert : la sélection des schémas dans la pratique]
- Pour les lignes de distribution de 11kV à réenclenchement automatique, les schémas à deux éléments justifient le coût supplémentaire du contact auxiliaire.
- Les projets de modernisation utilisent souvent des schémas de base en raison de la disponibilité limitée des contacts auxiliaires sur les anciens disjoncteurs.
- Le TCS intégré élimine les problèmes de déclassement thermique de la résistance de supervision dans les installations à ambiance élevée.
- Toujours vérifier le temps de chevauchement des contacts auxiliaires avant de spécifier des schémas à deux éléments.
La surveillance des circuits fermés utilise des architectures identiques mais supervise le chemin vers la bobine de fermeture plutôt que la bobine de déclenchement. La différence essentielle réside dans l'interaction du relais anti-pompe.
Les circuits anti-pompes empêchent les tentatives de fermeture répétées si la commande de fermeture reste active après la fermeture du disjoncteur. Le contact du relais anti-pompe s'ouvre après le déclenchement de la fermeture, interrompant le circuit de la bobine de fermeture. Cette fonction de protection normale peut déclencher des alarmes intempestives si la supervision du circuit de fermeture réagit avant que le relais anti-pompe ne se réinitialise.
Solution : Configurer la supervision avec une réinitialisation temporisée de 2 à 5 secondes après les opérations de fermeture. Ce délai permet aux contacts du relais anti-pompes de revenir à leur état normal avant que la supervision ne réévalue l'intégrité du circuit.
| Aspect | Circuit de déclenchement | Fermer le circuit |
|---|---|---|
| Impact de la défaillance | Défaut de protection | Retard de restauration |
| Niveau de priorité | Critique | Important |
| Interaction anti-pompe | Non | Oui - nécessite une réinitialisation retardée |
| Supervision typique | Toujours recommandé | En fonction de l'application |
Les défaillances des circuits fermés retardent les séquences de restauration et compromettent les schémas de réenclenchement automatique. Bien que moins critique que les défaillances des circuits de déclenchement, la surveillance des circuits fermés devient essentielle pour les lignes d'alimentation desservant les hôpitaux, les centres de données ou les industries de traitement en continu où la vitesse de rétablissement a un impact direct sur les opérations.
La mise en service et la maintenance périodique nécessitent une vérification systématique que le TCS détecte les défauts à chaque point de défaillance potentiel. Les tests doivent confirmer à la fois la génération d'alarmes sur les conditions de défaillance et l'absence d'interférence avec les opérations de déclenchement réelles.
Procédure :
Résumé des critères d'acceptation :
Les alarmes intempestives sapent la confiance de l'opérateur et entraînent une fatigue des alarmes, une situation dangereuse où les alarmes légitimes sont ignorées. Le dépannage systématique élimine les faux positifs tout en préservant la supervision réelle.
Symptôme : Alarme TCS momentanée pendant les opérations de déclenchement ou de fermeture, avec réinitialisation dans les 1 à 2 secondes.
Cause : Les contacts auxiliaires mécaniques présentent un rebond lors des transitions d'état. Si le contact 52a s'ouvre avant que le contact 52b ne se ferme lors d'une opération de déclenchement, une brève interruption de la supervision se produit.
Corrections :
Symptôme : Alarmes intermittentes du TCS en corrélation avec des opérations de commutation ailleurs dans le système de courant continu.
Cause : Les défauts de mise à la terre non détectés sur les systèmes de courant continu non mis à la terre créent des chemins de courant furtifs qui affectent les niveaux de tension de supervision lorsque d'autres circuits commutent.
Corrections :
Symptôme : Le relais TCS ne capte pas de manière fiable ou tombe en panne en cas de légères fluctuations de la tension continue.
Cause : La valeur de la résistance de supervision est trop élevée, ce qui entraîne des conditions de ramassage marginales.
Corrections :
Symptôme : Alarmes TCS pendant les opérations de commutation ailleurs dans la sous-station, sans corrélation avec la position des disjoncteurs ou les défauts du système de courant continu.
Cause : Les interférences électromagnétiques dues aux transitoires de commutation se couplent au câblage de supervision.
Corrections :
| Symptôme | Premier contrôle | Correction probable |
|---|---|---|
| Alarme pendant les opérations | Temporisation du contact auxiliaire | Ajouter un délai de 50 à 100 ms |
| Alarmes intermittentes aléatoires | Détecteur de défaut de masse DC | Localiser et réparer le sol |
| Le relais ne reste pas décroché | Niveau actuel de supervision | Réduire la valeur de la résistance |
| Alarmes lors de la commutation à proximité | Acheminement des câbles | Blinder ou réacheminer les câbles |
[Regard d'expert : Raccourcis de dépannage sur le terrain].
- La pince milliampèremètre permet de mesurer le courant de supervision réel et d'identifier immédiatement les conditions marginales de prise de courant.
- Les alarmes intermittentes sont souvent en corrélation avec la température ; vérifiez les schémas d'alarme du matin et de l'après-midi.
- Avant de remplacer des composants, plier doucement les câbles au niveau des terminaisons tout en surveillant l'état du TCS - cela permet de détecter les connexions desserrées plus rapidement que les tests d'isolation.
- Documenter chaque enquête sur les alarmes intempestives ; des schémas se dégagent de plusieurs événements que l'analyse d'un seul événement ne permet pas d'identifier.
Les nouvelles installations doivent spécifier les contacts auxiliaires et les caractéristiques des bobines qui permettent une mise en œuvre fiable des TCS depuis la mise en service jusqu'à la fin de la durée de vie.
Exigences relatives aux contacts auxiliaires :
Spécifications des bobines de déclenchement et de fermeture :
Exigences d'intégration :
XBRELE disjoncteurs à vide sont fournis avec des configurations de contacts auxiliaires compatibles avec le TCS. Contactez notre équipe technique pour discuter des exigences du schéma de supervision pour votre application spécifique.
La mise en service de douzaines de projets TCS dans des postes de distribution et industriels a révélé des schémas cohérents que la documentation ne permet que rarement d'appréhender.
Les connexions au bornier tombent plus souvent en panne que les passages de câbles. L'environnement vibratoire autour des disjoncteurs desserre les sertissages des bagues sur une période de 3 à 5 ans. Lors de la mise en service, vérifiez le couple de serrage de chaque terminaison et enregistrez les valeurs de référence. Revérifier lors du premier cycle de maintenance annuel.
La temporisation du contact auxiliaire varie selon les fabricants de disjoncteurs. Certains disjoncteurs présentent des écarts de 10 à 15 ms entre l'ouverture de 52a et la fermeture de 52b pendant les opérations de déclenchement. Tester la synchronisation réelle lors de la mise en service et ajuster le délai de décrochage du relais TCS en conséquence.
La documentation de base permet d'éviter les retards de dépannage. Enregistrez l'intensité du courant de supervision, les temps d'enclenchement et de déclenchement du relais TCS et la tension du circuit de déclenchement lors de la mise en service. Lorsque des alarmes intempestives apparaissent des années plus tard, la comparaison des valeurs de courant avec les valeurs de référence permet d'identifier immédiatement la dégradation.
Etiqueter distinctement les câbles des circuits de supervision. Les marquages standard bleus ou gris des câbles de commande sont insuffisants. Utiliser des étiquettes de câble uniques ou des thermorétractables de couleur pour identifier les circuits de supervision lors d'une maintenance ultérieure, lorsque les plans ne sont pas disponibles.
Inclure l'état des SDC dans les inspections de routine. Ajouter la vérification des voyants d'alarme du TCS à la liste de contrôle mensuelle de la sous-station. Un voyant d'alarme allumé en permanence, que les opérateurs ont appris à ignorer, indique à la fois un défaut de circuit et une défaillance de procédure.
Comprendre la interrupteur à vide technologie et composants de commutation que les SDC protègent fournit un contexte essentiel pour la conception d'un système de supervision complet.
La supervision des circuits de déclenchement transforme les défaillances cachées en éléments de maintenance exploitables. L'investissement dans la conception d'un schéma TCS approprié, dans des tests de mise en service approfondis et dans l'élimination systématique des alarmes intempestives est rentabilisé par l'amélioration de la fiabilité de la protection et la réduction des dommages dus aux pannes.
Principaux enseignements :
Les systèmes de protection existent pour fonctionner lorsque les défauts exigent une action. Le système TCS veille à ce qu'ils le fassent.
Référence externe : IEC 62271-106 - Norme CEI 62271-106 pour les contacteurs à courant alternatif
R : Une alarme TCS se déclenche lorsque le courant de supervision tombe en dessous du seuil de déclenchement du relais, ce qui indique un circuit ouvert n'importe où sur le trajet de déclenchement, y compris des fils cassés, des enroulements de bobine défectueux, des contacts auxiliaires ouverts ou une perte de tension d'alimentation en courant continu.
R : Le courant de supervision est généralement compris entre 20 et 50 mA CC, ce qui permet de maintenir une prise fiable du relais tout en restant bien en dessous du seuil de 100-200 mA nécessaire pour faire fonctionner la plupart des bobines de déclenchement à moyenne tension.
R : Le TCS détecte immédiatement les circuits ouverts complets mais ne peut pas identifier de manière fiable la dégradation partielle de la bobine ; la tendance de l'amplitude du courant de supervision dans le temps et la comparaison avec les valeurs de référence de la mise en service permettent d'identifier les changements progressifs de la résistance avant la défaillance complète.
R : De brèves alarmes pendant les opérations résultent généralement d'un rebond de contact auxiliaire ou de lacunes de synchronisation dans les schémas à deux éléments ; l'ajout d'un retard de chute de 50 à 100 ms au relais TCS permet de filtrer ces transitoires sans compromettre la véritable détection des défauts.
R : La surveillance de la bobine de déclenchement mesure spécifiquement la résistance de la bobine ou l'état thermique, tandis que le TCS surveille le circuit complet, y compris l'alimentation en courant continu, le câblage, les contacts auxiliaires et la bobine, ce qui permet une couverture plus large des points de défaillance potentiels.
R : Tester la fonctionnalité du SCT lors de la mise en service initiale avec une vérification complète point par point, puis lors de la maintenance de routine de la protection à intervalles de 2 à 4 ans ; documenter tous les résultats des tests et les comparer aux valeurs de référence.
R : La plupart des relais numériques conformes à la norme IEC 61850 comprennent une fonctionnalité TCS intégrée qui surveille la tension du circuit de déclenchement par le biais d'entrées opto-isolées, ce qui permet d'éliminer les relais de supervision externes et le câblage associé dans les nouvelles installations tout en offrant une capacité de détection équivalente.
