Qu'est-ce qu'un relais de réactance?

Relais de réactance

Un relais de réactance est un relais à haute vitesse composé de deux éléments : un élément de surintensité et un élément directionnel courant-tension. L'élément de courant génère un couple positif, tandis que l'élément directionnel courant-tension produit un couple opposé à l'élément de courant, en fonction de l'angle de phase entre le courant et la tension.

Le relais de réactance est un relais de surintensité avec limitation directionnelle. L'élément directionnel est conçu pour générer un couple négatif maximal lorsque son courant est en retard par rapport à sa tension de 90°. Les structures à tasse d'induction ou à double boucle d'induction sont idéalement adaptées pour actionner les relais de distance de type réactance.

Construction du relais de réactance

Un relais de réactance typique utilisant une structure à tasse d'induction est montré dans la figure ci-dessous. Il présente une configuration à quatre pôles avec des bobines de fonctionnement, des bobines de polarisation et des bobines de freinage. Le couple de fonctionnement est généré par l'interaction des flux magnétiques provenant des bobines portant du courant (c'est-à-dire l'interaction des flux provenant des pôles 2, 3 et 4), tandis que le couple de freinage est produit par l'interaction des flux provenant des pôles 1, 2 et 4.

Dans le mécanisme opérationnel d'un relais de réactance, le couple de fonctionnement est directement proportionnel au carré du courant, indiquant que les fluctuations du courant ont un impact significatif sur la magnitude du couple. En revanche, le couple de freinage est proportionnel au produit de la tension et du courant, multiplié par cos(Θ−90°), ce qui signifie qu'il est influencé par la tension, le courant et leur angle de phase.

Comme illustré dans la figure, un circuit résistance-capacité (RC) est utilisé pour ajuster précisément et atteindre l'angle de couple maximum souhaité en exploitant les caractéristiques d'impédance pour contrôler les déphasages. Lorsque l'effet de contrôle est noté -k3, l'équation du couple peut être explicitement exprimée comme une relation d'équilibre dynamique entre les couples de fonctionnement et de freinage. Cette équation montre clairement les variations du couple du relais sous différents paramètres électriques, fournissant un support théorique critique pour l'analyse des performances et l'optimisation de la conception.

où Θ est défini comme positif lorsque I est en retard par rapport à V. Au point d'équilibre, le couple net est nul, et donc

Dans l'équation ci-dessus, l'effet de contrôle du ressort est négligé en raison de son impact minimal, c'est-à-dire K3 = 0.

Caractéristique de fonctionnement du relais de réactance

Comme le montre la figure, la caractéristique de fonctionnement d'un relais de réactance apparaît comme une ligne verticale perpendiculaire à l'axe horizontal. Ici, X représente la valeur de la réactance de la ligne protégée, et R est la composante de résistance. Cette caractéristique indique que le fonctionnement du relais dépend uniquement de la composante de réactance, non affecté par les changements de résistance. La zone sous la courbe de caractéristique de fonctionnement est la région de couple positif (c'est-à-dire la zone de fonctionnement du relais). Lorsque l'impédance mesurée tombe dans cette région, le relais agit immédiatement, rendant cette caractéristique particulièrement adaptée à la protection des lignes courtes car elle évite efficacement les interférences dues à la résistance de transition et assure un fonctionnement rapide et fiable.

Si τ dans l'équation du couple n'est pas 90º, une caractéristique en ligne droite non parallèle à l'axe R est obtenue, et un tel relais est appelé un relais d'impédance angulaire.

Ce relais ne peut pas distinguer les défauts dans sa propre section ou les sections adjacentes sur les lignes de transmission. Son unité directionnelle diffère de celle des relais d'impédance car les volt-amperes réactifs de freinage sont proches de zéro ici. Ainsi, il nécessite une unité directionnelle inactive sous charge. Idéal pour la protection contre les défauts à la terre, sa portée reste inchangée par l'impédance de défaut.