Relé de Secuencia Negativa
Definición
Un relé de secuencia negativa, también conocido como relé de fase desequilibrada, está diseñado para proteger el sistema eléctrico contra los componentes de secuencia negativa. Su función principal es proteger generadores y motores de cargas desequilibradas, que generalmente se producen debido a fallos entre fases. Cuando ocurren estos fallos, los componentes de secuencia negativa pueden causar un calentamiento excesivo y estrés mecánico en las máquinas eléctricas, lo que potencialmente puede llevar a daños graves si no se abordan adecuadamente.
Principio de funcionamiento y características
El relé de secuencia negativa incorpora un circuito de filtro especializado que responde selectivamente solo a los componentes de secuencia negativa presentes en el sistema eléctrico. Dado que incluso una magnitud relativamente pequeña de sobrecorriente causada por componentes de secuencia negativa puede crear condiciones de operación peligrosas, el relé se configura con un ajuste de corriente bajo. Esto le permite detectar y reaccionar rápidamente a desequilibrios sutiles antes de que se conviertan en problemas mayores.
Aunque el relé de secuencia negativa está conectado a tierra, esta conexión a tierra sirve principalmente para proteger contra fallos entre fase y tierra. Sin embargo, no mitiga directamente los fallos entre fases; en su lugar, su papel es detectar los componentes de secuencia negativa que son sintomáticos de tales fallos y desencadenar acciones protectivas apropiadas.
Construcción
La construcción del relé de secuencia negativa se ilustra en la figura siguiente. Cuenta con cuatro impedancias, denominadas Z1, Z2, Z3 y Z4, que están interconectadas en una configuración de puente. Estas impedancias son alimentadas por transformadores de corriente, que muestrean la corriente eléctrica del sistema protegido. El bobinado de operación del relé está conectado a los puntos medios de este circuito de puente. Esta disposición específica permite al relé detectar con precisión la presencia y magnitud de los componentes de secuencia negativa analizando las diferencias de voltaje entre los brazos del puente, facilitando una operación confiable y precisa para la protección de sistemas eléctricos.
En el circuito del relé de secuencia negativa, Z1 y Z3 exhiben características puramente resistentes, mientras que Z2 y Z4 poseen propiedades tanto resistentes como inductivas. Los valores de impedancia de Z2 y Z4 se ajustan meticulosamente para que las corrientes que pasan a través de ellas siempre se retrasen 60 grados respecto a las corrientes que fluyen a través de Z1 y Z3.
Cuando la corriente llega al punto A, se divide en dos ramas, I1 e I4. Es significativo que la corriente I4 se retrase exactamente 60 grados respecto a la corriente I1. Esta relación de diferencia de fase específica es fundamental para el correcto funcionamiento del relé de secuencia negativa, permitiéndole detectar y responder con precisión a los componentes de secuencia negativa dentro del sistema eléctrico.
De manera similar, la corriente de la fase B se divide en el punto C en dos componentes iguales, I3 e I2, donde I2 se retrasa 60º respecto a I3.
La corriente I4 se retrasa 30 grados respecto a I1. De igual manera, I2 se retrasa 30 grados respecto a IB, mientras que I3 adelanta 30 grados a IB. La corriente que fluye a través del punto B es equivalente a la suma algebraica de I1, I2 e IY. Esta relación angular precisa y la suma de corrientes en el punto B son cruciales para el correcto funcionamiento del relé de secuencia negativa, asegurando su capacidad para detectar con precisión condiciones desequilibradas dentro del sistema eléctrico analizando las diferencias de fase y magnitud entre estas corrientes.
Flujo de corriente de secuencia positiva
El diagrama fasorial que muestra los componentes de secuencia positiva se ilustra en la figura siguiente. En un escenario donde la carga está en un estado equilibrado, la corriente de secuencia negativa permanece ausente. En tales circunstancias, la corriente que pasa a través del relé puede describirse mediante la siguiente ecuación. Esta relación entre la condición de carga equilibrada, la ausencia de corriente de secuencia negativa y la corriente a través del relé es fundamental para entender la operación normal y las funciones protectoras dentro del sistema eléctrico.
Operación en condiciones equilibradas
Por lo tanto, el relé permanece activo durante la operación de un sistema eléctrico equilibrado, asegurando un monitoreo continuo y la preparación para responder a cualquier anomalía potencial.
Flujo de corriente de secuencia negativa
Como se ilustra en la figura anterior, las corrientes I1 e I2 tienen magnitudes iguales. Debido a su naturaleza igual y opuesta, se anulan mutuamente. Como resultado, solo la corriente IY atraviesa los bobinados de operación del relé. Para proteger contra los efectos perjudiciales de incluso pequeñas sobrecargas, que pueden escalarse rápidamente en problemas graves del sistema, el ajuste de corriente del relé se mantiene deliberadamente más bajo que la corriente nominal de carga completa. Esta calibración sensible permite al relé detectar y reaccionar rápidamente a condiciones desequilibradas causadas por componentes de secuencia negativa.
Flujo de corriente de secuencia cero
En el caso de la corriente de secuencia cero, las corrientes I1 e I2 están desplazadas en fase 60 grados una de la otra. El resultado de estas dos corrientes se alinea en fase con la corriente IY. Por lo tanto, el bobinado de operación del relé experimenta una corriente total que es exactamente el doble de la magnitud de la corriente de secuencia cero. Es importante tener en cuenta que, al conectar los transformadores de corriente (TC) en una configuración delta, el relé puede quedar inoperante para las corrientes de secuencia cero. En esta configuración delta, las corrientes de secuencia cero no fluyen a través del relé, proporcionando un medio para filtrar o evitar selectivamente ciertos tipos de corrientes de falla según los requisitos de protección del sistema.
Relé de secuencia negativa de inducción
La construcción de un relé de secuencia negativa de inducción se asemeja estrechamente a la de un relé de sobrecorriente de inducción. Cuenta con un disco metálico, generalmente fabricado con un bobinado de aluminio, que gira entre dos electroimanes: un electroimán superior y un electroimán inferior.
El electroimán superior está equipado con dos bobinados. El bobinado primario del electroimán superior está conectado al lado secundario del transformador de corriente (TC) conectado a la línea protegida. Mientras tanto, el bobinado secundario del electroimán superior está conectado en serie con los bobinados del electroimán inferior.
Debido a la presencia de un tope central, el bobinado primario del relé tiene tres terminales. La fase R, con la ayuda de TCs y un transformador auxiliar, energiza la mitad superior del relé, mientras que la fase Y energiza la mitad inferior. El transformador auxiliar se ajusta específicamente para que su salida se retrase 120º en lugar de los convencionales 180º.
Operación con corrientes de secuencia positiva
Cuando están presentes las corrientes de secuencia positiva, las corrientes IR e IY fluyen a través de los bobinados primarios del relé en direcciones opuestas. Las corrientes I’R e I’Y tienen magnitudes iguales. Este flujo de corriente equilibrado asegura que el relé permanezca en un estado inactivo, ya que no hay fuerza neta para desencadenar su operación.
Operación con corrientes de secuencia negativa
En caso de un fallo, la corriente de secuencia negativa I se induce para fluir a través del bobinado primario del relé. Esta corriente de secuencia negativa perturba el equilibrio dentro del relé, poniendo en marcha una serie de eventos que llevan a la activación del relé y a la acción protectora subsiguiente.
El relé iniciará su operación una vez que la magnitud de la corriente de fallo supere el valor preestablecido del relé. Esto significa que cuando la corriente de fallo se vuelve lo suficientemente grande como para superar el umbral específico determinado para el relé, el relé se activa para realizar su función protectora dentro del sistema eléctrico.
