Relé de seqüència negativa
Definició
El relé de seqüència negativa, també conegut com a relé de fase desequilibrada, està dissenyat per protegir el sistema elèctric contra les components de seqüència negativa. La seva funció principal és protegir els generadors i motors de càrregues desequilibrades, que solen sorgir a causa de falles entre fases. Quan es produeixen aquestes falles, les components de seqüència negativa poden causar un calentament excessiu i una tensió mecànica en les màquines elèctriques, potencialment provocant danys greus si no es tracten correctament.
Principi de funcionament i característiques
El relé de seqüència negativa incorpora un circuit de filtre especialitzat que respon selectivament només a les components de seqüència negativa presents en el sistema elèctric. Atès que fins i tot una magnitud relativament petita de sobrecorrent causada per components de seqüència negativa pot crear condicions d'operació perilloses, el relé està configurat amb un ajust de corrent baixa. Això li permet detectar i reaccionar ràpidament a desequilibris subtils abans que es converteixin en problemes majors.
Encara que el relé de seqüència negativa estigui a terra, aquesta connexió a terra serveix principalment per protegir contra les falles entre fase i terra. No obstant això, no mitiga directament les falles entre fases; en lloc d'això, el seu paper és detectar les components de seqüència negativa que són sintomàtiques d'aquestes falles i activar les accions de protecció adequades.
Construcció
La construcció del relé de seqüència negativa es mostra en la figura següent. Presenta quatre impedàncies, denotades com Z1, Z2, Z3 i Z4, que estan interconnectades en una configuració de pont. Aquestes impedàncies s'alimenten amb transformadors de corrent, que mostren la corrent elèctrica del sistema sota protecció. La bobina d'operació del relé està connectada als punts mitjos d'aquest circuit de pont. Aquesta disposició específica permet al relé detectar amb precisió la presència i magnitud de les components de seqüència negativa analitzant les diferències de tensió entre els braços del pont, facilitant una operació fiable i precisa per a la protecció dels sistemes elèctrics.
En el circuit del relé de seqüència negativa, Z1 i Z3 presenten caràcters purament resistius, mentre que Z2 i Z4 tenen propietats tant resistives com inductives. Els valors de les impedàncies Z2 i Z4 s'ajusten meticulosament de manera que les corrents que passen a través d'elles sempre resten enrere respecte a les corrents que flueixen a través de Z1 i Z3 en un angle de 60 graus.
Quan la corrent arriba al juncte A, es divideix en dues branques, I1 i I4. Significativament, la corrent I4 resta enrere respecte a la corrent I1 en un angle precis de 60 graus. Aquesta relació específica de diferència de fase és fonamental per al funcionament adequat del relé de seqüència negativa, permetint-li detectar i respondre amb precisió a les components de seqüència negativa dins del sistema elèctric.
De manera similar, la corrent de la fase B es divideix al juncte C en dos components iguals I3 i I2, on I2 resta enrere respecte a I3 en 60º.
La corrent I4 resta enrere respecte a I1 en un angle de 30 graus. De la mateixa manera, I2 resta enrere respecte a IB en 30 graus, mentre que I3 avança respecte a IB en la mateixa marge de 30 graus. La corrent que flueix a través del juncte B és equivalent a la suma algebraica de I1, I2 i IY. Aquesta relació angular precisa i la suma de corrents al juncte B són crítiques per al funcionament adequat del relé de seqüència negativa, assegurant la seva capacitat per detectar amb precisió condicions desequilibrades dins del sistema elèctric analitzant les diferències de fase i magnitud entre aquestes corrents.
Flux de corrent de seqüència positiva
El diagrama fasorial que representa les components de seqüència positiva es mostra en la figura següent. En un escenari on la càrrega està en equilibri, la corrent de seqüència negativa roman absent. En aquestes circumstàncies, la corrent que passa pel relé es pot descriure amb la següent equació. Aquesta relació entre la condició de càrrega equilibrada, l'absència de corrent de seqüència negativa i la corrent a través del relé és fonamental per entendre l'operació normal i les funcions protectores dins del sistema elèctric.
Operació en condicions d'equilibri
Conseqüentment, el relé roman actiu durant l'operació d'un sistema elèctric equilibrat, assegurant una monitorització contínua i preparació per respondre a qualsevol anomalia potencial.
Flux de corrent de seqüència negativa
Com es mostra en la figura anterior, les corrents I1 i I2 presenten magnituds iguals. Degut a la seva naturalesa igual i oposada, es cancel·len efectivament l'una a l'altra. Com a resultat, només la corrent IY travessa les bobines d'operació del relé. Per protegir-se contra els efectes prejudicials fins i tot de sobrecàrregues minoress, que poden escal·lar ràpidament en problemes gravis del sistema, l'ajust de corrent del relé s'ha mantenit deliberadament més baix que la corrent nominal de plena càrrega. Aquesta calibració sensible permet al relé detectar i reaccionar ràpidament a condicions desequilibrades causades per components de seqüència negativa.
Flux de corrent de seqüència zero
En el cas de la corrent de seqüència zero, les corrents I1 i I2 estan desplaçades de fase entre si en un angle de 60 graus. El resultat d'aquestes dues corrents s'alinia en fase amb la corrent IY. Conseqüentment, la bobina d'operació del relé experimenta una corrent total que és precisament el doble de la magnitud de la corrent de seqüència zero. És important notar que connectant els transformadors de corrent (CTs) en una configuració delta, el relé es pot tornar inoperatiu per a les corrents de seqüència zero. En aquesta configuració de connexió delta, les corrents de seqüència zero no flueixen a través del relé, proporcionant un mitjà per filtrar o evitar cert tipus de corrents de falla depenent de les necessitats de protecció del sistema.
Relé de seqüència negativa de tipus inducció
La construcció d'un relé de seqüència negativa de tipus inducció es asemeja molt a la d'un relé de sobrecorrent de tipus inducció. Presenta un disc metàl·lic, típicament fabricat amb una bobina d'alumini, que gira entre dos electroímans: un electroímam superior i un electroímam inferior.
L'electroímam superior està equipat amb dos enrolaments. L'enrolament primari de l'electroímam superior està connectat al costat secundari del transformador de corrent (CT) connectat a la línia sota protecció. Mentre que l'enrolament secundari de l'electroímam superior està connectat en sèrie amb els enrolaments de l'electroímam inferior.
Gràcies a la presència d'una derivació central, l'enrolament primari del relé té tres terminals. La fase R, amb l'assistència de CTs i un transformador auxiliar, alimenta la meitat superior del relé, mentre que la fase Y alimenta la meitat inferior. El transformador auxiliar s'ajusta específicament de manera que la seva sortida resta enrere en un angle de 120º en lloc del convencional 180º.
Operació amb corrents de seqüència positiva
Quan hi ha presència de corrents de seqüència positiva, les corrents IR i IY flueixen a través dels enrolaments primaris del relé en direccions oposades. Les corrents I’R i I’Y tenen magnituds iguals. Aquest flux de corrent equilibrat assegura que el relé romangui en un estat inactiu, ja que no hi ha cap força neta per activar-lo.
Operació amb corrents de seqüència negativa
En cas de falla, la corrent de seqüència negativa I s'induit a fluir a través de l'enrolament primari del relé. Aquesta corrent de seqüència negativa pertorba l'equilibri dins del relé, iniciant una sèrie d'esdeveniments que porten a l'activació del relé i a l'acció protectora subseqüent.
El relé iniciarà la seva operació una vegada la magnitud de la corrent de falla superi el valor preestablert del relé. Això significa que quan la corrent de falla es fa prou gran per superar el llindar específic determinat per al relé, el relé s'activa per realitzar la seva funció protectora dins del sistema elèctric.
