Relais de protection des lignes d'alimentation : Un guide complet
Un relais de protection de ligne est un dispositif qui protège les lignes d'alimentation du système électrique contre divers types de défauts, tels que les courts-circuits, les surcharges, les défauts à la terre et les conducteurs rompus. Une ligne d'alimentation est une ligne de transport ou de distribution qui transporte l'énergie d'un poste de transformation vers la charge ou un autre poste de transformation. Les relais de protection de ligne sont essentiels pour assurer la fiabilité et la sécurité des systèmes électriques, car ils peuvent détecter et isoler rapidement les défauts, prévenir les dommages aux équipements et minimiser les interruptions de courant.
Qu'est-ce qu'un relais de protection par distance?
L'un des types les plus courants de relais de protection de ligne est le relais de protection par distance, également connu sous le nom de relais d'impédance. Un relais de protection par distance mesure l'impédance (Z) de la ligne d'alimentation en utilisant la tension (V) et le courant (I) provenant du transformateur de potentiel (PT) et du transformateur de courant (CT) correspondants. L'impédance est calculée en divisant la tension par le courant : Z = V/I.
Le relais de protection par distance compare l'impédance mesurée avec une valeur de réglage prédéfinie, qui représente l'impédance maximale autorisée pour un fonctionnement normal. Si l'impédance mesurée est inférieure à la valeur de réglage, cela signifie qu'il y a un défaut sur la ligne d'alimentation, et le relais enverra un signal de déclenchement au disjoncteur pour isoler le défaut. Le relais peut également afficher les paramètres du défaut, tels que le courant de défaut, la tension, la résistance, la réactance et la distance du défaut, sur son écran.
La distance du défaut est la distance entre l'emplacement du relais et l'emplacement du défaut, qui peut être estimée en multipliant l'impédance mesurée par l'impédance de la ligne par kilomètre. Par exemple, si l'impédance mesurée est de 10 ohms et que l'impédance de la ligne par kilomètre est de 0,4 ohms/km, alors la distance du défaut est 10 x 0,4 = 4 km. Connaître la distance du défaut peut aider à localiser et à réparer le défaut rapidement.
Comment fonctionne une caractéristique quadrilatère?
Un relais de protection par distance peut avoir différentes caractéristiques de fonctionnement, telles que circulaire, mho, quadrilatère ou polygonale. La caractéristique quadrilatère est un choix populaire pour les relais numériques modernes car elle offre plus de flexibilité et de précision dans la définition des zones de protection.
Une caractéristique quadrilatère est un graphique en forme de parallélogramme qui définit la zone de protection du relais. Le graphique a quatre axes : résistance avant (R F), résistance arrière (R B), réactance avant (X F) et réactance arrière (X B). Le graphique a également un angle de pente appelé angle caractéristique du relais (RCA), qui détermine la forme du parallélogramme.
La caractéristique quadrilatère peut être tracée en utilisant les étapes suivantes :
Fixez la valeur R F sur l'axe X positif et la valeur R B sur l'axe X négatif.
Fixez la valeur X F sur l'axe Y positif et la valeur X B sur l'axe Y négatif.
Tracez une ligne de R F à X F avec une pente de RCA.
Tracez une ligne de R B à X B avec une pente de RCA.
Complétez le parallélogramme en reliant R F à R B et X F à X B.
La zone de protection se trouve à l'intérieur du parallélogramme, ce qui signifie que si l'impédance mesurée tombe dans cette zone, le relais sera déclenché. La caractéristique quadrilatère peut couvrir quatre quadrants de fonctionnement :
Premier quadrant (valeurs R et X positives) : Ce quadrant représente une charge inductive et un défaut en avant du relais.
Deuxième quadrant (R négatif et X positif) : Ce quadrant représente une charge capacitive et un défaut en arrière du relais.
Troisième quadrant (valeurs R et X négatives) : Ce quadrant représente une charge inductive et un défaut en arrière du relais.
Quatrième quadrant (R positif et X négatif) : Ce quadrant représente une charge capacitive et un défaut en avant du relais.
Quelles sont les différentes zones de fonctionnement?
Un relais de protection par distance peut avoir différentes zones de fonctionnement, définies par différentes valeurs de réglage de l'impédance et du retard temporel. Les zones sont conçues pour s'adapter aux autres relais du système et fournir une protection de secours pour les lignes d'alimentation adjacentes.
Les zones de fonctionnement typiques pour un relais de protection par distance sont :
Zone 1 : Cette zone couvre 80% à 90% de la longueur de la ligne d'alimentation et n'a pas de retard temporel. Elle fournit une protection primaire pour les défauts dans cette zone et déclenche instantanément.
Zone 2 : Cette zone couvre 100% à 120% de la longueur de la ligne d'alimentation et a un court retard temporel (généralement 0,3 à 0,5 secondes). Elle fournit une protection de secours pour les défauts au-delà de la zone 1 ou dans les lignes d'alimentation adjacentes.
Zone 3 : Cette zone couvre 120% à 150% de la longueur de la ligne d'alimentation et a un retard temporel plus long (généralement 1 à 2 secondes). Elle fournit une protection de secours pour les défauts au-delà de la zone 2 ou dans les lignes d'alimentation éloignées.
Certains relais peuvent également avoir des zones supplémentaires, comme la zone 4 pour l'encrochement de charge ou la zone 5 pour les défauts de surportée.
Quels sont les autres types de relais de protection de ligne?
En plus des relais de protection par distance, il existe d'autres types de relais de protection de ligne qui peuvent être utilisés pour différentes applications ou en combinaison avec des relais de protection par distance. Voici quelques exemples :
Relais de protection par surintensité : Ces relais mesurent uniquement le courant et déclenchent lorsque celui-ci dépasse une valeur prédéfinie. Ils sont simples, peu coûteux et largement utilisés pour les lignes d'alimentation radiales.
Relais de protection différentielle : Ces relais comparent les entrées de courant des deux extrémités d'une ligne d'alimentation et déclenchent lorsqu'il y a un déséquilibre entre elles. Ils sont rapides, sélectifs et sensibles pour les lignes d'alimentation courtes ou les barres de collecte.
Relais de protection directionnelle : Ces relais mesurent à la fois le courant et la tension et déterminent leur différence de phase. Ils ne déclenchent que lorsque le courant circule dans une direction spécifique par rapport à la tension. Ils sont utiles pour les lignes d'alimentation en boucle ou en parallèle.
Relais de détection d'arc électrique : Ces relais utilisent des capteurs de lumière et une détection de surintensité à haute vitesse pour identifier les événements d'arc électrique sur les lignes d'alimentation. Ils déclenchent plus rapidement que les relais conventionnels et améliorent la sécurité du personnel.
Comment choisir des relais de protection de ligne?
La sélection des relais de protection de ligne dépend de divers facteurs, tels que :
Le type, la longueur, la configuration, la charge, la mise à la terre et le niveau d'isolation des lignes d'alimentation
La disponibilité, la précision, le coût, la maintenance, la communication et l'intégration des relais
La coordination, la sélectivité, la sensibilité, la vitesse, la fiabilité, la sécurité et la stabilité des schémas de protection
Les normes, réglementations, codes, politiques et pratiques des opérateurs de systèmes électriques
Voici quelques directives générales pour la sélection des relais de protection de ligne :
Choisissez des relais numériques plutôt que des relais électromécaniques ou statiques pour une meilleure performance, fonctionnalité, flexibilité et diagnostic
Choisissez des relais de protection par distance plutôt que des relais de protection par surintensité ou différentielle pour des lignes d'alimentation longues ou complexes
Choisissez des caractéristiques quadrilatères plutôt que des caractéristiques circulaires ou mho pour plus de précision et d'adaptabilité
Choisissez des entrées de capteurs analogiques à faible énergie plutôt que des entrées de courant/tension conventionnelles pour réduire la taille, le poids et les risques de sécurité.
Choisissez des relais de détection d'arc électrique plutôt que des relais conventionnels pour un déclenchement plus rapide et la sécurité du personnel.
Conclusion
Les relais de protection de ligne sont des dispositifs essentiels qui protègent les lignes d'alimentation des systèmes électriques contre divers types de défauts. Ils peuvent améliorer la fiabilité, la sécurité et l'efficacité des systèmes électriques en détectant et en isolant rapidement les défauts, en prévenant les dommages aux équipements et en minimisant les interruptions de courant.
L'un des types les plus courants de relais de protection de ligne est le relais de protection par distance, qui mesure l'impédance de la ligne d'alimentation en utilisant la tension et le courant provenant du transformateur de potentiel et du transformateur de courant correspondants. Il compare l'impédance mesurée avec une valeur de réglage prédéfinie, qui représente l'impédance maximale autorisée pour un fonctionnement normal. Si l'impédance mesurée est inférieure à la valeur de réglage, cela signifie qu'il y a un défaut sur la ligne d'alimentation, et le relais enverra un signal de déclenchement au disjoncteur pour isoler le défaut.
