Commutation de relais - Fonctionnement du testeur AT

Techniques de commutation de relais - La matrice de relais à 20 nœuds

Le Voltech AT5600 utilise une matrice de relais à 20 nœuds, se terminant par des paires de sondes à ressort, pour permettre la connexion d'appareils standard à l'unité.
Chaque paire de sondes à ressort (un nœud) se connecte à quatre relais haute tension, configurés pour une mesure Kelvin complète (4 fils).
Deux de ces relais, « Source Hi » et « Source Lo » (la paire « d'alimentation »), sont alimentés pour fournir la source de tension/courant au composant testé.
Les deux relais restants, « Mesure Hi » et « Mesure Lo » (la paire « détection »), sont alimentés pour acheminer la source de tension/courant vers le circuit de mesure.
Cette configuration est illustrée ci-dessous, dans la Figure 1, pour l’un des nœuds connectés à une extrémité d’un enroulement de transformateur testé.

Figure 1

Ce type de disposition de relais Kelvin pour chacun des 20 nœuds est entièrement contrôlé par l'AT5600 et est programmable via le logiciel AT Editor fourni.
Il n'y a aucune limitation quant au nœud utilisé pour quel enroulement de transformateur.

Figure 2
L'image de droite est une capture d'écran du logiciel AT Editor.
Il s'agit d'une représentation graphique de la matrice de relais à 20 nœuds réelle sur le testeur AT lui-même.
Chaque nœud numéroté (1 à 20) représente le schéma à quatre relais illustré dans la figure 1 ci-dessus.
Il y a quatre relais par nœud et 20 nœuds, soit un total de 80 relais.

Optimisation de la fiabilité des relais

Les relais sont souvent considérés comme une alternative inférieure aux commutateurs à semi-conducteurs en tant que dispositif de commutation. Cependant, les relais permettent de maintenir des milliers de volts lorsqu'ils sont ouverts et ils fournissent encore quelques dizaines de milliohms de résistance de contact lorsqu'ils sont fermés, des caractéristiques qui ne peuvent être fournies par aucun dispositif à semi-conducteurs, ni maintenant ni dans un avenir proche.
La principale raison pour laquelle les relais sont considérés comme des composants de qualité inférieure est qu’ils sont supposés peu fiables.
Cependant, la durée de vie mécanique d'un relais dépasse 100 000 000 d'opérations, ce qui est suffisant pour durer plus de dix ans dans une application de test de transformateur à usage intensif, à condition que la technique appropriée soit utilisée pour commuter le relais. Voltech a développé une telle technique.

Afin de maximiser la durée de vie des relais, les sources de tension et de courant de l'AT3600 sont coupées avant toute ouverture et fermeture des 80 relais haute tension.
Au début de chaque test, les relais sont fermés avant que la tension ne soit augmentée.
À la fin d'un test, l'AT3600 vérifie le courant traversant les relais et, s'il y a toujours du courant qui circule, l'AT3600 attendra que celui-ci soit tombé à zéro avant d'ouvrir les relais.
Cette technique est connue sous le nom de commutation à froid et minimise tout arc électrique sur les contacts du relais, garantissant que les contacts subissent un minimum de dégradation et maximisant ainsi la durée de vie des relais et de l'AT3600 lui-même.

L’importance de mesurer le courant pour la commutation à froid est illustrée dans la figure 3 ci-dessous.

Si les relais sont ouverts pendant un temps fixe après la coupure de l'alimentation, cela devrait être long pour faire face au composant le plus défavorable, gaspillant inutilement du temps de test pour la majorité des composants.
En revanche, si le temps choisi est trop court, les relais seront sujets à des courants de coupure, provoquant des arcs électriques et dégradant leur durée de vie.

La plupart des solutions de testeurs de transformateurs utilisant une matrice externe utilisent simplement un temps fixe pour déterminer quand ouvrir les relais, avec le risque conséquent d'arc électrique et de dégradation du relais.
Sur sa série de produits AT, Voltech maximise à la fois la vitesse et la fiabilité en utilisant une matrice intégrée avec source et mesure, une méthode de décharge active pour forcer le courant à décroître le plus rapidement possible et en mesurant quand le courant tombe à zéro avant l'ouverture.
L'action d'ouverture et de fermeture des relais est extrêmement rapide (environ trois millisecondes de temps de fermeture et une milliseconde de temps de relâchement).

Afin de maintenir la précision de fonctionnement de l'AT3600, une routine d'auto-test très complète a été intégrée à l'AT5600.
La séquence d'auto-test est lancée par l'utilisateur une fois la séquence de mise sous tension terminée. L'auto-test a été conçu pour tester entièrement la plage de fonctionnement du produit, y compris la résistance de contact de ses 40 relais de source et 40 relais de mesure.
La résistance de contact peut augmenter au fil des mois d'utilisation en raison d'impuretés moléculaires épaisses migrant vers la surface de contact.
Si une résistance de contact supérieure à une valeur prédéfinie est détectée sur un contact de relais, un processus de nettoyage électronique unique est automatiquement déployé jusqu'à ce que le contact de relais atteigne sa valeur basse d'origine. Cette action maximise encore davantage le cycle de vie des relais.

Conclusions

Chacun des 80 relais de l'AT3600 présente un temps moyen entre pannes (MTBF) prouvé sur le terrain supérieur à 100 000 000 d'opérations, une tension nominale de maintien haute tension de 10 kV CC ou CA de crête et un courant de commutation allant jusqu'à 3 A CC ou CA de crête.
En associant cela à la séquence d'auto-test intégrée, aux vitesses de commutation du relais, au système de mesure Kelvin, aux méthodes de commutation réelles et au processus unique de nettoyage du relais électronique de l'AT3600, cela en fait l'une des méthodes de montage et de test de transformateurs les plus précises et les plus fiables disponibles dans un seul instrument.

Avis

L'agencement de plusieurs relais, sources de signaux et circuits de mesure utilisés dans les testeurs de la série Voltech AT est protégé par les brevets suivants :
États-Unis : US5500598 ; Royaume-Uni : 2261957B ; Europe : 0621953B .