Dispositif de Fermeture Automatique pour Disjoncteurs Basse Tension Basé sur des Relais Temporisés

Pour garantir un fonctionnement sûr et stable du réseau et éviter que les surtensions de courant de charge endommagent les équipements électriques lors de la restauration de l'alimentation, toutes les charges connectées aux transformateurs de distribution doivent être déconnectées avant de les alimenter.

Par conséquent, les disjoncteurs basse tension sont équipés d'une fonction de déclenchement par sous-tension : lorsque le transformateur est déchargé en raison de la maintenance ou des pannes de ligne, la perte de tension sur le bus basse tension provoque le déclenchement automatique du disjoncteur de branchement. Après la reprise de l'alimentation du transformateur, comme les disjoncteurs basse tension n'ont généralement pas de capacité de reclosure automatique, les opérateurs doivent fermer manuellement le disjoncteur sur place pour restaurer l'alimentation. Affectée par l'emplacement du disjoncteur, la circulation et les conditions météorologiques, cette opération manuelle prend beaucoup de temps - en moyenne 33 minutes - ce qui entraîne des interruptions prolongées et impacte gravement la fiabilité de l'alimentation électrique.

Pour résoudre ce problème, un dispositif de reclosure automatique pour disjoncteurs basse tension basé sur un relais à temporisation a été développé. La sortie basse tension du transformateur alimente la bobine du relais. Après l'alimentation du transformateur, la bobine du relais à temporisation est alimentée, et après un délai prédéfini, son contact coulissant ferme brièvement le circuit de fermeture, provoquant le reclosure automatique du disjoncteur basse tension. Le délai évite le courant de démarrage du transformateur, assurant ainsi la sécurité des équipements. Grâce à une logique de contrôle appropriée, le reclosure automatique est empêché après les déclenchements par surintensité ou la déconnexion manuelle.

1. Exigences de conception et solution

Conformément aux règlements d'exploitation du réseau, des exigences de conception spécifiques ont été établies pour le dispositif de transfert automatique par sous-tension :

• Lorsque le côté haute tension du transformateur de distribution est déchargé en raison de la maintenance ou d'une panne, le transformateur perd la tension et le disjoncteur basse tension se déclenche par sous-tension. Après la reprise de l'alimentation du transformateur, le disjoncteur se recouple automatiquement après un délai prédéfini.

• Si une panne se produit en aval du disjoncteur basse tension, le disjoncteur se déclenche de manière fiable et ne doit pas se recoupler automatiquement.

• Si le disjoncteur basse tension est ouvert manuellement, il ne doit pas se recoupler automatiquement.

Pour répondre à ces exigences, une solution fiable est proposée en utilisant un relais à temporisation comme cœur de contrôle, en exploitant ses caractéristiques de temporisation et ses contacts coulissants pour réaliser le reclosure automatique. Le modèle de relais à temporisation sélectionné est le DS-28.

Le relais à temporisation DS-28 utilisé dans le dispositif est composé d'un électroaimant actionnant un mécanisme de temporisation à ressort. La bobine électromagnétique tire son alimentation de la sortie basse tension du transformateur, fournissant un relais à temporisation continuellement alimenté. Le relais contient un ensemble de contacts coulissants retardés et un ensemble de contacts principaux retardés (contacts de fin). Le câblage interne du relais à temporisation pour le dispositif de transfert automatique par sous-tension est illustré à la Figure 1. 

Pour éviter la surchauffe de la bobine due à une alimentation prolongée, un fusible thermique est ajouté en tant que résistance de protection externe. Dans la conception, les bornes 1 et 13–3 sont utilisées comme signaux de déclenchement connectés au circuit d'alimentation, tandis que les bornes 5 et 6, et 16–3 et 17, servent respectivement de contact coulissant retardé et de contact instantané normalement fermé. La Figure 2 montre le schéma de câblage du dispositif de reclosure automatique basé sur un relais à temporisation pour disjoncteurs basse tension.

2.Stratégie de contrôle du dispositif de transfert automatique par sous-tension

2.1 Sous-tension du transformateur

Lorsque le transformateur subit une sous-tension, le disjoncteur basse tension se déclenche. Comme le bus basse tension n'est pas alimenté, le relais à temporisation reste dans son état initial, avec les contacts coulissants retardés et les contacts principaux retardés ouverts, tandis que les contacts instantanés normalement fermés sont fermés.

Lors de la restauration de l'alimentation de la ligne, la sortie basse tension du transformateur est alimentée, fournissant de l'énergie au relais à temporisation. À ce stade, les contacts instantanés normalement fermés s'ouvrent, introduisant une résistance de division de tension dans le circuit de la bobine, ce qui entraîne l'activation de l'électroaimant et maintient une engagement à long terme. Le mécanisme à ressort commence à fonctionner, et le contact mobile retardé commence à se déplacer vers la position fermée.

Après le délai prédéfini (généralement réglé entre 10 et 15 secondes via le bouton de réglage du temps sur le panneau du relais à temporisation pour éviter le courant de démarrage du transformateur), le contact coulissant retardé se ferme brièvement puis s'ouvre à nouveau. Cette action simule l'appui et le relâchement d'un bouton de fermeture manuel, assurant que le circuit de fermeture n'est pas alimenté en continu, ce qui pourrait empêcher la déconnexion manuelle ou faire fermer le disjoncteur sur un point de panne.

Généralement, les transformateurs de distribution ont des capacités allant jusqu'à 2000 kVA, et la durée du courant de démarrage du transformateur dure environ 6 à 10 secondes. Pour éviter l'impact du courant de démarrage du transformateur, le délai est réglé à 10 à 15 secondes lors de l'installation en ajustant le cadran de temps sur le panneau du relais à temporisation. Le schéma de câblage du circuit de fermeture est montré à la Figure 3.

Le contact principal (de fin) se ferme après le contact coulissant et s'arrête au mécanisme de butée mécanique. Tant que la sortie basse tension du transformateur reste alimentée, le relais restera dans cet état. Lorsque la sortie basse tension perd la tension (c'est-à-dire que la bobine électromagnétique est déchargée), tous les contacts reviennent immédiatement à leurs positions initiales.

2.2 Déclenchement du disjoncteur en cas de panne

Lorsqu'une panne se produit en aval de la ligne ou de l'équipement du disjoncteur basse tension, le disjoncteur se déclenche en raison de la surintensité. Comme la sortie basse tension du transformateur reste alimentée, les contacts du relais restent dans leurs positions actuelles, assurant que le disjoncteur ne se recouple pas automatiquement.

2.3 Déclenchement manuel

Lorsque le disjoncteur basse tension est ouvert manuellement, la sortie basse tension du transformateur reste alimentée. Les contacts du relais restent inchangés, et le circuit de fermeture n'est pas affecté par le relais à temporisation, empêchant le recouplage automatique du disjoncteur.

3. Tests de fonctionnement du dispositif

Après l'assemblage du dispositif de transfert automatique par sous-tension basé sur un relais à temporisation, des tests fonctionnels complets ont été effectués. Suite à des tests réussis, une procédure d'installation standardisée et des schémas de câblage ont été établis, accompagnés de mesures de sécurité et techniques détaillées. Le dispositif a été installé dans 10 régions. Après six mois de fonctionnement, le dispositif a fonctionné de manière fiable et correcte lors des interruptions programmées et des pannes, réduisant le temps moyen de restauration de l'alimentation de 33 minutes avant l'installation à 10–15 secondes.

Les résultats des tests sur le terrain confirment que le dispositif de transfert automatique par sous-tension basé sur un relais à temporisation pour disjoncteurs basse tension répond à toutes les exigences de conception.

4. Conclusion

Le dispositif de transfert automatique par sous-tension proposé pour les disjoncteurs basse tension utilise le contact coulissant retardé du relais à temporisation pour résoudre une série de problèmes causés par l'installation de bobines de déclenchement par sous-tension. Il permet aux disjoncteurs basse tension de réaliser un recouplage automatique après les événements de sous-tension. Le dispositif fonctionne de manière fiable pendant les interruptions normales de l'alimentation et reste inactif pendant les conditions anormales. Avec un principe simple, un câblage pratique et un coût faible, le dispositif a prouvé par des tests sur le terrain qu'il peut restaurer l'alimentation de manière sûre et fiable après les déclenchements par sous-tension, réduisant le temps de fermeture du disjoncteur de 33 minutes à 10–15 secondes. Cela améliore considérablement l'efficacité des services publics et la fiabilité de l'alimentation, démontrant une valeur pratique élevée dans les applications réelles.