¿Qué es un relé de reactancia?

Relé de Reactancia

Un relé de reactancia es un relé de alta velocidad compuesto por dos elementos: un elemento de sobrecorriente y un elemento direccional de corriente-tensión. El elemento de corriente genera par positivo, mientras que el elemento direccional de corriente-tensión produce par opuesto al del elemento de corriente, dependiendo del ángulo de fase entre la corriente y la tensión.

El relé de reactancia es un relé de sobrecorriente con limitación direccional. El elemento direccional está diseñado para generar par negativo máximo cuando su corriente se retrasa respecto a su tensión en 90°. Las estructuras de taza de inducción o de doble bucle de inducción son ideales para accionar relés de distancia de tipo reactancia.

Construcción del Relé de Reactancia

A continuación se muestra un típico relé de reactancia utilizando una estructura de taza de inducción. Presenta una configuración de cuatro polos con bobinas operativas, bobinas polarizadoras y bobinas de restricción. El par operativo se genera por la interacción de flujos magnéticos de las bobinas portadoras de corriente (es decir, la interacción de flujos de los polos 2, 3 y 4), mientras que el par de restricción se produce por la interacción de flujos de los polos 1, 2 y 4.

En el mecanismo operativo de un relé de reactancia, el par operativo es directamente proporcional al cuadrado de la corriente, lo que indica que las fluctuaciones de la corriente tienen un impacto significativo en la magnitud del par. Por otro lado, el par de restricción es proporcional al producto de la tensión y la corriente, multiplicado por cos(Θ−90°), lo que significa que está influenciado por la tensión, la corriente y su ángulo de fase.

Como se ilustra en la figura, se emplea un circuito de resistencia-capacitancia (RC) para ajustar y lograr el ángulo de par máximo deseado, aprovechando las características de impedancia para controlar los desplazamientos de fase. Al denotar el efecto de control como -k3, la ecuación de par puede expresarse explícitamente como una relación de equilibrio dinámico entre el par operativo y el par de restricción. Esta ecuación demuestra claramente las variaciones del par del relé bajo diferentes parámetros eléctricos, proporcionando un soporte teórico crítico para el análisis de rendimiento y la optimización del diseño.

donde Θ se define como positivo cuando I se retrasa respecto a V. En el punto de equilibrio, el par neto es cero, y por lo tanto

En la ecuación anterior, se omite el efecto de control de la muelle debido a su mínimo impacto, es decir, K3 = 0.

Característica Operativa del Relé de Reactancia

Como se muestra en la figura, la característica operativa de un relé de reactancia aparece como una línea vertical perpendicular al eje horizontal. Aquí, X representa el valor de reactancia de la línea protegida, y R es el componente de resistencia. Esta característica indica que la operación del relé depende únicamente del componente de reactancia, no afectada por los cambios en la resistencia. La zona debajo de la curva de la característica operativa es la región de par positivo (es decir, la zona de operación del relé). Cuando la impedancia medida cae en esta región, el relé actúa inmediatamente, lo que hace que esta característica sea particularmente adecuada para la protección de líneas cortas, ya que evita eficazmente la interferencia de la resistencia de transición y asegura una operación rápida y confiable.

Si τ en la ecuación de par no es 90°, se obtiene una característica lineal no paralela al eje R, y tal relé se llama relé de impedancia angular.

Este relé no puede distinguir fallos en su propia sección o en las adyacentes de las líneas de transmisión. Su unidad direccional difiere de la de los relés de impedancia, ya que los voltioamperios reactivos de restricción son cercanos a cero aquí. Por lo tanto, requiere una unidad direccional inactiva bajo carga. Ideal para la protección contra fallos a tierra, su alcance permanece inafectado por la impedancia del fallo.