Relais de Sous-Tension : Principes, Applications et Types
Qu'est-ce qu'un Relais de Sous-Tension ?
Un relais de sous-tension (relais UV, dispositif 27) est un dispositif de protection qui détecte lorsque la tension du système tombe en dessous d'un seuil préréglé et initie une action de protection — déclenchement d'un disjoncteur, alarme, ou commande d'un commutateur de transfert.
Principe de Fonctionnement
- Surveille en continu la tension RMS (fondamentale ou vraie RMS)
- Compare à un point de consigne réglable (typiquement 70–95% du nominal)
- Inclut un retard temporel intentionnel (0,1–60s) pour traverser les creux transitoires
- Sortie : contact de sortie (déclenchement/alarme) ou signal logique vers PLC/SCADA
Applications Principales
| Application | But | Réglages Typiques |
|---|---|---|
| Protection moteur | Éviter surchauffe, blocage, couple réduit à basse tension | 85–90% Vnom, délai 2–10s |
| Délestage | Débrancher charges non critiques pour préserver tension charges critiques | 80–85%, 0,5–5s, par étapes |
| Protection générateur | Détecter défaillance AVR, perte d'excitation | 85–95%, 1–3s |
| Protection transformateur | Éviter sur-excitation (V/f), saturation noyau | Relais volts/hertz (24) préféré |
| Contrôle ASI/ATS | Initier transfert vers batterie/générateur | 85–90%, <100ms (rapide) |
| Production décentralisée | Anti-ilotage (avec surtension/fréquence) | Per IEEE 1547 / UL 1741 |
| Déclenchement process sous-tension | Protéger charges sensibles (VSD, automates, éclairage) | 85–90%, 0,5–2s |
Types de Relais
Électromécaniques (Héritage)
- Coupe à induction / disque : caractéristique temps inverse ou temps défini
- Bobine mobile : rapide, sensible, CC ou AC redressé
- Utilisation en déclin ; maintenance intensive
État Solide / Microprocesseur (Standard Moderne)
- Mesure vraie RMS : Précise avec harmoniques, encochements
- Courbes programmables : Temps défini, temps inverse (courbes IEC/IEEE/ANSI)
- Éléments multiples : 27-1 (alarme), 27-2 (déclenchement), 27-3 (délestage)
- Communications : IEC 61850, Modbus, DNP3, EtherNet/IP
- Enregistrement événements : Formes d'onde COMTRADE, séquence d'événements
- Auto-diagnostic : Santé contacts, vérification entrées
Directives de Réglage (Per IEEE/NFPA)
- Seuil (Pickup) : 85–90% pour moteurs ; 70–80% pour délestage ; coordonner avec le distributeur
- Retard temporel : Coordonner aval/amont ; éviter déclenchements intempestifs démarrage moteur, élimination défaut
- Hystérésis tension : 2–5% ratio de réarmement évite le cliquetis
- Sélection phases : 3 phases (toutes phases) vs mono-phase (toute phase) — 3 phases préféré pour moteurs
Exemple de Coordination
Relais UV moteur (27M) : 85%, 5s
Relais UV délestage barre (27B) : 80%, 2s
Relais UV principal (27G) : 75%, 10s → démarrage générateur
→ Protection en cascade : le moteur déclenche d'abord, puis charges non critiques, enfin démarrage générateur.
Fonctions Avancées
- Sous-tension adaptative : Ajuste le seuil selon la charge (charge plus élevée → seuil plus haut)
- Taux de variation (dv/dt) : Détecte l'effondrement de tension plus vite que la magnitude
- Sous-tension séquence positive : Ignore le déséquilibre ; répond à la vraie dépression système
- Intégration synchrocheck : Bloque la reclosing si tension non rétablie
Résumé
Les relais de sous-tension sont des gardiens essentiels contre les effets dommageables de la basse tension soutenue — surchauffe moteurs, perturbation process, effondrement de tension. Les relais à microprocesseur modernes offrent une protection précise, coordonnée, communicative bien au-delà des dispositifs hérités. Un réglage correct nécessite analyse de charge, étude de coordination, et conformité IEEE 141, 242, 1547, et NEC 430/440.