Cosa è un relè di reattanza?

Relè di reattanza

Un relè di reattanza è un relè ad alta velocità composto da due elementi: un elemento di sovracorrente e un elemento direzionale di corrente-tensione. L'elemento di corrente genera una coppia positiva, mentre l'elemento direzionale di corrente-tensione produce una coppia opposta all'elemento di corrente, in base all'angolo di fase tra corrente e tensione.

Il relè di reattanza è un relè di sovracorrente con limitazione direzionale. L'elemento direzionale è progettato per generare la massima coppia negativa quando la sua corrente è in ritardo rispetto alla sua tensione di 90°. Le strutture a coppa induttiva o a doppio anello induttivo sono ideali per attivare i relè di distanza del tipo reattanza.

Costruzione del relè di reattanza

Nella figura sottostante è mostrato un tipico relè di reattanza che utilizza una struttura a coppa induttiva. Presenta una configurazione a quattro poli con bobine operative, bobine polarizzanti e bobine frenanti. La coppia operativa è generata dall'interazione dei flussi magnetici delle bobine portatrici di corrente (cioè l'interazione dei flussi dai poli 2, 3 e 4), mentre la coppia frenante è prodotta dall'interazione dei flussi dai poli 1, 2 e 4.

Nel meccanismo operativo di un relè di reattanza, la coppia operativa è direttamente proporzionale al quadrato della corrente, indicando che le fluttuazioni di corrente influiscono significativamente sull'entità della coppia. Invece, la coppia frenante è proporzionale al prodotto di tensione e corrente, moltiplicato per cos(Θ−90°), il che significa che è influenzata dalla tensione, dalla corrente e dal loro angolo di fase.

Come illustrato nella figura, viene utilizzato un circuito resistenza-capacità (RC) per regolare con precisione e ottenere l'angolo di coppia massima desiderato, sfruttando le caratteristiche di impedenza per controllare gli sfasamenti. Quando si indica l'effetto di controllo come -k3, l'equazione della coppia può essere espressa esplicitamente come una relazione di equilibrio dinamico tra la coppia operativa e la coppia frenante. Questa equazione dimostra chiaramente le variazioni della coppia del relè sotto diversi parametri elettrici, fornendo un supporto teorico cruciale per l'analisi delle prestazioni e l'ottimizzazione del progetto.

dove Θ è definito positivo quando I è in ritardo rispetto a V. Al punto di equilibrio la coppia netta è zero, e quindi

Nell'equazione sopra, l'effetto di controllo della molla è trascurato a causa del suo impatto minimo, cioè K3 = 0.

Caratteristica operativa del relè di reattanza

Come mostrato nella figura, la caratteristica operativa di un relè di reattanza appare come una linea verticale perpendicolare all'asse orizzontale. Qui, X rappresenta il valore di reattanza della linea protetta, e R è la componente di resistenza. Questa caratteristica indica che l'operazione del relè dipende solo dalla componente di reattanza, non essendo influenzata da variazioni di resistenza. L'area sotto la curva caratteristica operativa è la regione di coppia positiva (cioè la zona di operazione del relè). Quando l'impedenza misurata cade in questa regione, il relè agisce immediatamente, rendendo questa caratteristica particolarmente adatta per la protezione di linee corte, evitando efficacemente interferenze da resistenza di transizione e assicurando un'operazione rapida e affidabile.

Se τ nell'equazione della coppia non è 90°, si ottiene una caratteristica rettilinea non parallela all'asse R, e tale relè viene chiamato relè di impedenza angolare.

Questo relè non può distinguere i guasti nella propria sezione o in quelle adiacenti sulle linee di trasmissione. La sua unità direzionale differisce da quella dei relè di impedenza in quanto i volt-ampère reattivi frenanti sono quasi nulli qui. Pertanto, richiede un'unità direzionale inattiva sotto carico. Ideale per la protezione contro guasti a terra, il suo raggio d'azione rimane invariato dalle impedenze del guasto.