Relé de secuencia negativa

Definición

Un relé de secuencia negativa, tamén coñecido como relé de desequilibrio de fase, está deseñado para protexer o sistema eléctrico contra os componentes de secuencia negativa. A súa función principal é protexer xeradores e motores de cargas desequilibradas, que xeralmente aparecen debido a fallos entre fases. Cando ocorren tales fallos, os componentes de secuencia negativa poden causar un calentamento excesivo e estrés mecánico nas máquinas eléctricas, podendo levar a danos graves se non se abordan correctamente.

Principio de Funcionamento e Características

O relé de secuencia negativa incorpora un circuito filtro especializado que responde selectivamente só aos componentes de secuencia negativa presentes no sistema eléctrico. Dado que incluso unha magnitudo relativamente pequena de sobrecorrente causada por componentes de secuencia negativa pode crear condicións de funcionamento perigosas, o relé está configurado con un ajuste de corrente baixo. Isto permite detectar e reaccionar rapidamente a desequilibrios sutís antes de que escalem a problemas maiores.

Aínda que o relé de secuencia negativa está terra, esta conexión á terra serve principalmente para protexer contra fallos entre fase e terra. No entanto, non mitiga directamente os fallos entre fases; en cambio, o seu papel é detectar os componentes de secuencia negativa que son sintomáticos de tais fallos e activar as accións protectoras adecuadas.

Construción

A construción do relé de secuencia negativa ilustrase na figura a continuación. Dispón de catro impedancias, denominadas Z1, Z2, Z3 e Z4, que están interconectadas nunha configuración de ponte. Estas impedancias son alimentadas por transformadores de corrente, que muestrean a corrente eléctrica do sistema protexido. A bobina operativa do relé está conectada aos puntos medios deste circuito de ponte. Esta disposición específica permite ao relé detectar con precisión a presenza e a magnitude dos componentes de secuencia negativa analizando as diferenzas de voltaxe entre os brazos da ponte, facilitando un funcionamento fiable e preciso para a protección dos sistemas eléctricos.

No circuito do relé de secuencia negativa, Z1 e Z3 exhiben características puramente resistivas, mentres que Z2 e Z4 posúen propiedades tanto resistivas como inductivas. Os valores das impedancias Z2 e Z4 están meticulosamente axustados para que as correntes que pasan por eles estean consistentemente atrasadas respecto ás correntes que fluen por Z1 e Z3 nun ángulo de 60 graos.

Cando a corrente chega ao punto A, divide en dúas ramas, nomeadamente I1 e I4. Significativamente, a corrente I4 está atrasada respecto á corrente I1 exactamente 60 graos. Esta relación de diferenza de fase específica é fundamental para o correcto funcionamento do relé de secuencia negativa, permitindo detectar e responder con precisión aos componentes de secuencia negativa dentro do sistema eléctrico.

De forma semellante, a corrente da fase B divide no punto C en dous compoñentes iguais I3 e I2, I2 atrasado respecto a I3 por 60º.

A corrente I4 está atrasada respecto a I1 nun ángulo de 30 graos. De xeito semellante, I2 está atrasada respecto a IB por 30 graos, mentres que I3 está adiantada respecto a IB polo mesmo margen de 30 graos. A corrente que fluye polo punto B é equivalente á suma alxebraica de I1, I2 e IY. Esta relación angular precisa e a suma de correntes no punto B son cruciais para o correcto funcionamento do relé de secuencia negativa, asegurando a súa capacidade de detectar con precisión as condicións desequilibradas dentro do sistema eléctrico analizando as diferenzas de fase e magnitude entre estas correntes.

Fluxo de Corrente de Secuencia Positiva

O diagrama fasorial que representa os componentes de secuencia positiva ilustrase na figura a continuación. En un escenario no que a carga está equilibrada, a corrente de secuencia negativa permanece ausente. Baixo tales circunstancias, a corrente que pasa polo relé pode describirse pola seguinte ecuación. Esta relación entre a condición de carga equilibrada, a ausencia de corrente de secuencia negativa e a corrente a través do relé é fundamental para entender o funcionamento normal e as funcións protectoras dentro do sistema eléctrico.

Funcionamento en Condicións Equilibradas

En consecuencia, o relé permanece activo durante o funcionamento dun sistema eléctrico equilibrado, asegurando unha monitorización continua e preparación para responder a calquera anomalia potencial.

Fluxo de Corrente de Secuencia Negativa

Como se ilustra na figura superior, as correntes I1 e I2 exhiben magnitudes iguais. Debido á súa natureza igual e oposta, efectivamente anulan unhas ás outras. Como resultado, só a corrente IY atravessa as bobinas operativas do relé. Para protexer contra os efectos perjudiciais incluso de sobrecargas menores, que poden escalar rapidamente a problemas graves do sistema, o ajuste de corrente do relé está deliberadamente mantido inferior ao valor nominal de corrente de carga completa. Esta calibración sensible permite ao relé detectar e reaccionar rapidamente a condicións desequilibradas causadas por componentes de secuencia negativa.

Fluxo de Corrente de Secuencia Cero

No caso da corrente de secuencia cero, as correntes I1 e I2 están desfasadas entre si nun ángulo de 60 graos. O resultado destas dúas correntes alínase en fase coa corrente IY. En consecuencia, a bobina operativa do relé experimenta unha corrente total que é precisamente o dobre da magnitude da corrente de secuencia cero. É importante notar que conectando os transformadores de corrente (CTs) nunha configuración delta, o relé pode ser inoperante para correntes de secuencia cero. Nesta configuración delta, as correntes de secuencia cero non fluen a través do relé, proporcionando un medio para filtrar ou evitar certos tipos de correntes de fallo dependendo dos requisitos de protección do sistema.

Relé de Secuencia Negativa de Inducción

A construción dun relé de secuencia negativa de inducción asímilase moito á dun relé de sobrecorrente de inducción. Dispón dun disco metálico, xeralmente fabricado con unha bobina de aluminio, que rota entre dous electroimanes: un electroimán superior e un electroimán inferior.

O electroimán superior está equipado con dúas bobinas. A bobina primaria do electroimán superior está ligada ao lado secundario do transformador de corrente (CT) conectado á liña protegida. Mentres tanto, a bobina secundaria do electroimán superior está conectada en serie coas bobinas do electroimán inferior.

Debido á presenza dunha toma central, a bobina primaria do relé ten tres terminais. A fase R, coa axuda de CTs e un transformador auxiliar, energiza a metade superior do relé, mentres que a fase Y energiza a metade inferior. O transformador auxiliar está especificamente axustado para que a súa saída estea atrasada nun ángulo de 120º en lugar do convencional 180º.

Funcionamento con Correntes de Secuencia Positiva

Cando están presentes as correntes de secuencia positiva, as correntes IR e IY fluen a través das bobinas primarias do relé en direccións opostas. As correntes I’R e I’Y teñen magnitudes iguais. Este fluxo de corrente equilibrado asegura que o relé permanece nun estado inactivo, xa que non hai forza neta para activar o seu funcionamento.

Funcionamento con Correntes de Secuencia Negativa

No caso dun fallo, a corrente de secuencia negativa I induce a fluir a través da bobina primaria do relé. Esta corrente de secuencia negativa perturba o equilibrio dentro do relé, iniciando unha serie de eventos que levam á activación e subsecuente acción protectora do relé.

O relé iniciará o seu funcionamento unha vez que a magnitude da corrente de fallo supere o valor preestablecido do relé. Isto significa que cando a corrente de fallo sexa suficientemente grande para superar o umbral específico determinado para o relé, o relé é activado para realizar a súa función protectora dentro do sistema eléctrico.