Relais de protection différentielle

Définition

Un relais de protection différentielle est un dispositif dont le fonctionnement dépend de la différence de phase entre deux ou plusieurs grandeurs électriques. Il fonctionne sur le principe de la comparaison de l'angle de phase et de l'amplitude des mêmes grandeurs électriques.

Exemple

Prenons l'exemple de la comparaison des courants d'entrée et de sortie d'une ligne de transmission. Si l'amplitude du courant d'entrée de la ligne de transmission dépasse celle du courant de sortie, cela indique qu'un courant supplémentaire circule en raison d'une panne. Cette différence de courant peut activer le relais de protection différentielle.

Conditions essentielles de fonctionnement

Pour qu'un relais de protection différentielle fonctionne correctement, les conditions suivantes doivent être remplies :

• Le réseau dans lequel le relais est utilisé doit posséder deux ou plusieurs grandeurs électriques similaires.

• Ces grandeurs doivent avoir un déphasage d'environ 180º.

Les relais de protection différentielle sont utilisés pour protéger divers composants électriques tels que les générateurs, les transformateurs, les alimentations, les grands moteurs et les barres de jonction. Ils peuvent être classés comme suit :

• Relais différentiel de courant

• Relais différentiel de tension

• Relais différentiel biaisé ou à pourcentage

• Relais différentiel de balance de tension

Relais différentiel de courant

Un relais différentiel de courant est un type de relais qui détecte et répond à la différence de phase entre le courant entrant dans un système électrique et le courant sortant. La figure ci-dessous illustre un montage où des relais de surintensité sont connectés pour fonctionner comme un relais différentiel.

La configuration du relais de surintensité est illustrée dans la figure ci-dessous. La ligne pointillée indique la section qui est destinée à être protégée. Des transformateurs de courant (TC) sont positionnés aux deux extrémités de la zone protégée. Les secondaires de ces transformateurs sont connectés en série via des câbles pilotes. Ainsi, les courants induits dans les TC circulent dans le même sens. La bobine de commande du relais est connectée aux secondaires des TC.

Dans des conditions de fonctionnement normales, les amplitudes des courants dans les secondaires des transformateurs de courant (TC) sont identiques, ce qui entraîne un courant nul passant à travers la bobine de commande. Cependant, en cas de panne, les amplitudes des courants dans les secondaires des TC deviennent inégales, ce qui déclenche le fonctionnement du relais.

Bobine différentielle biaisée ou à pourcentage

Le relais différentiel biaisé ou à pourcentage est le type de relais différentiel le plus couramment utilisé. Sa configuration est similaire à celle du relais différentiel de courant. La principale différence réside dans l'inclusion d'une bobine de retenue supplémentaire, qui est connectée aux câbles pilotes, comme illustré dans la figure ci-dessous.

La bobine de commande est connectée au milieu de la bobine de retenue. Lorsqu'un courant de défaut se produit, le rapport de courant dans les transformateurs de courant devient déséquilibré. Cependant, ce problème est efficacement résolu par la bobine de retenue.

Relais différentiel biaisé à induction

Le relais différentiel biaisé à induction comporte un disque qui tourne librement entre des électroaimants. Chaque électroaimant est équipé d'une bague d'ombre en cuivre, qui peut se déplacer vers l'intérieur ou l'extérieur de l'électroaimant. Le disque est influencé à la fois par les éléments de retenue et de commande, ce qui entraîne une force nette agissant dessus.

Lorsque la position de la bague d'ombre est en équilibre pour les éléments de commande et de retenue, le couple résultant agissant sur la bague devient nul. Cependant, si la bague se déplace vers le noyau de fer, des couples inégaux seront exercés sur la bague en raison de l'influence combinée des bobines de commande et de retenue.

Relais différentiel de balance de tension

Le relais différentiel de courant est mal adapté pour la protection des alimentations. Pour protéger les alimentations, on utilise plutôt des relais différentiels de balance de tension. Dans un montage de relais différentiel de balance de tension, deux transformateurs de courant identiques sont placés aux deux extrémités de la zone protégée et connectés via des câbles pilotes.

Ces relais sont connectés en série avec les secondaires des transformateurs de courant. Ils sont configurés de manière à ce qu'aucun courant ne passe à travers eux lors d'un fonctionnement normal. Le relais différentiel de balance de tension utilise des transformateurs de courant à noyau d'air, où des tensions sont induites proportionnellement au courant qui y circule.

Lorsqu'une panne se produit dans la zone protégée, les courants dans les transformateurs de courant (TC) deviennent déséquilibrés. Ce déséquilibre perturbe les tensions dans les secondaires des TC. Par conséquent, un courant commence à circuler à travers la bobine de commande du relais. En conséquence, le relais s'active et envoie une commande au disjoncteur, le poussant à couper et à isoler la section défectueuse du circuit.