Pour maintenir la stabilité et garantir la protection des équipements, les systèmes électriques modernes nécessitent une isolation fiable et sélective des défauts. Le relais de distance est l'un des dispositifs de protection les plus puissants et les plus répandus sur les lignes de transport.
Contrairement aux relais de surintensité traditionnels qui se déclenchent dans n'importe quelle condition entraînant un courant excessif, n'offrant aucune vitesse ni précision, les relais de distance mesurent l'impédance entre le relais et le point de défaut, donnant ainsi à la fois vitesse et précision au schéma de protection.
Qu'est-ce qu'un relais à distance ?
La protection par relais de distance est définie comme un élément de la protection des réseaux électriques. Elle détecte et isole les défauts en fonction de la distance entre le relais et les points de défaut. Contrairement aux relais de surintensité, qui réagissent uniquement à l'intensité du courant, un relais de distance mesure l'impédance de la ligne, qui varie en fonction de la distance au défaut. Si l'impédance mesurée descend en dessous d'une valeur prédéfinie pour une zone spécifique, cela indique le défaut, ce qui déclenche généralement le déclenchement du relais.
Le terme courant « relais d'impédance » est souvent utilisé comme synonyme de relais de distance, car son principe de fonctionnement repose sur la mesure des impédances de ligne. Ce type de relais est donc adapté à la protection des lignes de transport, où rapidité d'intervention et précision de localisation du défaut sont essentielles.
Ces dispositifs sont installés dans les sous-stations haute tension des relais de protection de distance conçus pour protéger les longues lignes contre les effets des courts-circuits, des défauts de mise à la terre et d'autres conditions anormales.
Ainsi, si vous vous renseignez sur les relais de distance, il s'agit de dispositifs intelligents de détection de défauts qui améliorent la fiabilité et la sélectivité de la protection des systèmes électriques modernes.
Diagramme de relais de distance
Le schéma d'un relais de distance décrit son fonctionnement, basé sur la mesure de l'impédance au sein d'un réseau électrique. La disposition générale montre le relais, les transformateurs de tension et de courant (TT et TC) et une ligne de transmission.
Une description de base d'un schéma de relais de distance est la suivante :
• CT et TT : Effectuez des mesures de courant et de tension de ligne.
• Unité relais : elle calcule l'impédance Z=V / I
• Zones d'impédance : zones définies qui déterminent si un défaut se trouve dans la plage de déclenchement.
• Circuit de déclenchement : s'enclenche lorsque le défaut en question se situe dans une zone d'impédance donnée.
Applications des relais de distance
Les relais de distance sont essentiels aux lignes de transport à haute tension. Ils sont spécialement conçus pour leur protection. Les défauts étant détectés en fonction de l'impédance de la ligne plutôt que des seules valeurs de courant ou de tension, les relais de distance offrent une protection sélective et fiable.
Protection des lignes de transmission
L'utilisation la plus courante des relais de protection à distance est la protection des lignes de transmission aériennes et souterraines contre les défauts tels que les courts-circuits ligne-terre, ligne-ligne ou triphasés.
Protection de secours pour transformateurs et générateurs
Les relais de distance servent de protection de secours en cas de défaillance des protections différentielles ou de surintensité. Ils assurent l'isolation des composants défectueux dans les réseaux électriques complexes.
Protection des longues lignes d'alimentation
Les relais de distance offrent une protection par zone pour une isolation rapide et efficace des défauts dans les lignes d'alimentation couvrant de longues distances à la campagne.
Détection de défauts multizones
Ces relais agissent dans plusieurs zones avec des temporisations spécifiques. Ce zonage fonctionne dans les systèmes sophistiqués nécessitant une superposition des fonctions de protection et de secours.
Lignes d'interconnexion dans les réseaux électriques
À mesure que nos réseaux électriques deviennent de plus en plus interdépendants, les relais d’impédance deviendront de plus en plus importants pour maintenir la stabilité d’un réseau en détectant les lignes défectueuses et en les isolant pour éviter les pannes en chaîne.
Systèmes HVDC et THT
Dans les réseaux à courant continu haute tension et à très haute tension, les relais de distance à action rapide pour une protection sensible à la distance fonctionneront de manière fiable dans toutes les situations requises.
Principe de fonctionnement du relais de distance
Le relais de distance fonctionne sur la base de la mesure de l'impédancece (Z) entre l'emplacement du relais et celui du défaut sur la ligne de transport. L'impédance étant directement proportionnelle à la distance sur la ligne, le relais est capable d'estimer très efficacement la distance entre un défaut donné et lui-même.
Lorsque l'impédance calculée tombe en dessous d'un seuil prédéfini, le relais détermine qu'un défaut existe dans sa zone de protection et envoie un signal de déclenchement pour isoler la section défectueuse.
Fonctionnement
Signaux d'entrée
Le relais de distance reçoit des entrées de tension et de courant provenant de transformateurs de tension (TT) et de transformateurs de courant (TC) installés sur la ligne.
Calcul d'impédance
L'impédance étant calculée par la formule, Z = V / I, où V est la tension et I est le courant, le relais calcule en permanence l'impédance de la ligne sous protection.
Comparaisons de zones
L'impédance mesurée est comparée aux valeurs définies, correspondant à la zone de comparaison (Zone 1, Zone 2, Zone 3). Chaque zone possède une plage de distances spécifique associée à son temps de fonctionnement.
Recommandations de voyage
Si l'impédance tombe dans la plage d'une zone, le relais de protection de distance émet un signal de déclenchement :
• Zone 1: Déclenchement instantané pour les défauts proches.
• Zones 2 et 3 : Déclenchement temporisé pour défauts à distance ou protection de secours.
Élément directionnel (si nécessaire) :
Certains relais comportent un élément directionnel tel que le relais MHO pour vérifier que le défaut est dans le sens direct ; ceci afin d'éviter tout mauvais fonctionnement.
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Types de relais de distance
Les relais de distance peuvent être classés selon la propriété du relais utilisée pour établir la présence et la localisation du défaut. Chaque type se comporte différemment, en fonction de l'impédance, de la réactance, de l'admittance ou du facteur temps de fonctionnement. Les types de relais de distance jouent un rôle important dans le choix d'un système de protection pour les différents éléments du réseau électrique.
Relais d'impédance
Un relais d'impédance est déclenché lorsque l'impédance mesurée entre la position du relais et le défaut est inférieure à une valeur établie. Il s'agit de l'un des types de relais de protection de distance les plus simples, généralement caractérisé comme un relais circulaire dans le plan RX (résistance-réactivité).
Les relais d'impédance n'ont pas de caractéristiques directionnelles et ne peuvent donc pas faire la distinction entre les défauts directs et inverses à moins d'être complétés par un élément directionnel.
Relais de réactance
Le relais à réactance fonctionne uniquement sur la partie réactance de l'impédance. Il est donc particulièrement utile pour la détection de défauts à haute résistance, où la composante résistive est importante. Sa caractéristique de fonctionnement est une droite parallèle à l'axe R dans le plan d'impédance.
Les relais de réactance sont généralement envisagés pour la protection contre les défauts à la terre sur les lignes courtes, où l'on pourrait s'attendre à ce que les composants résistifs interfèrent avec le bon fonctionnement des autres relais.
Admission ou relais MHO
Il est bien connu que le principe de fonctionnement d'un relais MHO, ou relais d'admittance, est qu'il se met en marche dès que l'admittance mesurée dépasse les critères limites. Ce relais présente une caractéristique circulaire directionnelle passant par l'origine du diagramme RX.
Par conséquent, cela en fait un relais directionnel intrinsèquement adapté aux longues lignes de transmission et aux interconnexions grâce à ses fonctionnalités nécessaires aux applications liées à la détection de la direction des défauts. Le relais MHO est généralement utilisé dans la plupart des systèmes modernes de relais de distance numériques.
Relais à distance définie
Les relais à distance définie se déclenchent dès que l'impédance mesurée descend en dessous d'une certaine valeur définie, sans temporisation intentionnelle. Il s'agit donc de la protection la plus rapide, principalement utilisée en zone 1 (instantanée), où les défauts sont susceptibles de se produire à proximité du relais. Ils offrent une limite de déclenchement claire et précise, ainsi qu'une coordination très aisée.
Relais temps-distance
Les relais temporisés combinent un fonctionnement basé sur l'impédance avec un élément de temporisation. Plus le défaut est éloigné du relais (c'est-à-dire plus l'impédance est élevée), plus le relais met du temps à fonctionner.
Cette classification temporelle permet une meilleure coordination avec les relais en aval et en amont, ce qui la rend idéale pour les schémas de protection multizones.
Avantages des relais de distance
Les relais de distance offrent de nombreux avantages pratiques et figurent parmi les dispositifs de protection les plus prisés dans les réseaux de transport haute tension. Mesure la distance électrique, contrairement au courant et à la tension. Ils sont donc très précis, fiables et performants dans presque toutes les conditions de défaut.
Principaux avantages des relais de protection à distance :
Isolation sélective des défauts
Les relais de distance isolent uniquement la section défectueuse de la ligne, ce qui minimise les perturbations sur le reste du réseau électrique. Cette capacité de déclenchement sélectif améliore la stabilité du système et la continuité de service.
Opérations rapides et efficaces
Alors que le relais de protection de distance fonctionne presque instantanément en zone 1 pour les défauts proches, une déconnexion isolée a lieu et limite les dommages sur l'équipement.
Protection par zone
Les relais de distance multizones constituent une excellente solution pour une protection graduée sur les courtes, moyennes et longues distances. Cette flexibilité intrinsèque facilite la coordination avec les relais et systèmes voisins.
Non affecté par les variations du courant de charge
Contrairement aux relais de surintensité, les relais de distance ne sont pas directement affectés par les variations de charge ou l'intensité du courant. Leur réponse est donc entièrement basée sur l'impédance, garantissant ainsi la détection des défauts quelles que soient les conditions de charge.
Besoin réduit de liens de communication
Les relais de distance devraient éliminer ou réduire les lignes de communication complexes entre les sous-stations, en particulier lors de l'utilisation de zones de protection échelonnées dans le temps.
Adapté aux applications haute tension
Les relais de distance, avec leur grande précision et leur fiabilité, sont parfaitement adaptés à la protection contre les pannes de lignes de transmission THT et UHT.
Conclusion
Les relais de distance sont des outils essentiels à la protection des systèmes électriques. Ils offrent une précision, une rapidité et une fiabilité optimales pour la détection des défauts, basée sur la distance électrique plutôt que sur la seule intensité du courant. Ils y parviennent en calculant l'impédance, en déterminant précisément le point de défaut et en déclenchant des actions de déclenchement pour minimiser les perturbations dans le système et garantir les conditions de sécurité optimales.
Il existe différents types de relais de distance, notamment les relais d'impédance, les relais de réactance, les relais MHO, etc. Chacun d'entre eux est adapté à différents scénarios de protection.
Cette application répandue dans les réseaux de transport haute tension confirme largement leur fort potentiel en termes de stabilité du réseau et d'efficacité opérationnelle. Avec l'évolution constante des technologies de relais numériques, les relais de protection de distance joueront un rôle crucial dans les futurs réseaux intelligents.
