Relé de distància de tipus impedància
Definició i principi del relé d'impedància (relé de distància)
Un relé d'impedància, també conegut com a relé de distància, és un dispositiu protector controlat per la tensió, la seva operació depèn de la distància elèctrica (impedància) entre el punt de falla i la posició d'instal·lació del relé. Funciona mesurant l'impedància de la secció defectuosa i comparant-la amb un llindar preestablert.
Mecanisme de funcionament
Principi operatiu
En funcionament normal, la raó tensió-corrent (impedància) roman per sobre del llindar del relé. Durant una falla (p. ex., F1 en la línia AB), l'impedància cau per sota de la configuració. Per exemple, si el relé està instal·lat per protegir la línia AB amb una impedància normal Z, una falla redueix l'impedància, fent que el relé activi el circuit interruptor. Si la falla es troba fora de la zona protegida (p. ex., més enllà d'AB), l'impedància roman alta, i el relé queda inactiu.
Característiques operatives
El relé consta de dos components clau:
-K3 representa l'efecte de la molla del relé. En funcionament normal, el moment net = 0 amb els valors de V i I.
Si l'efecte de control de la molla es negligeix, l'equació es converteix en
La figura mostra les característiques operatives amb tensió i corrent; la línia puntejada denota una impedància de línia constant.
La figura següent il·lustra la característica operativa del relé d'impedància. La regió per sobre de la línia característica representa el moment positiu, on l'impedància de la línia supera la de la secció defectuosa, iniciant l'operació del relé. Al contrari, la regió de moment negatiu (per sota de la línia) indica que l'impedància de la falla supera la de la línia, mantenint el relé inactiu. Aquesta distinció permet una detecció precisa de fallades comparant l'impedància mesurada amb el llindar preestablert, assegurant una protecció fiable en sistemes elèctrics.
El radi del cercle representa l'impedància de la línia; l'angle de fase X-R indica la posició vectorial. Impedància < radi = moment positiu (el relé opera); impedància > radi = moment negatiu (el relé queda inactiu). Aquesta distinció visual assegura una detecció ràpida de fallades en sistemes elèctrics.
Aquest relé es categoritza com a relé d'alta velocitat.
Relé d'inducció electromagnètica
El moment en aquest relé prové de les interaccions electromagnètiques entre la tensió i la corrent, que es comparen per l'operació. En el seu circuit, la Solenoide B—alimentada per un transformador de potencial (PT)—genera un moment en sentit horari, tirant el pistó P2 cap avall. Una molla en P2 aplica una força restrictiva, creant un moment mecànic en sentit horari.
La Solenoide A, excitada per un transformador de corrent (CT), produeix un moment deflectiu (pick-up) en sentit horari que mou el pistó P1 cap avall. En condicions normals, els contactes del relé romanen oberts. Durante una falla en la zona protegida, la corrent del sistema que surt incrementa el moment de la Solenoide A mentre redueix el moment restablint de la Solenoide B. Aquest desequilibri rota els braços d'equilibri del relé, tancant els contactes per iniciar la protecció. El disseny assegura una resposta ràpida a les fallades a través de la comparació del moment entre forces electromagnètiques i mecàniques.
La força exercida per la solenoide A (l'element de corrent) és proporcional a , mentre que la força de la solenoide B (l'element de tensió) és proporcional a . Com a resultat, el relé s'activarà quan la força derivada de la corrent superi la força derivada de la tensió.
Les constants k1 i k2 depenen dels voltamps de les dues solesnoides i les relacions dels transformadors d'instrumentació. Les configuracions del relé es poden ajustar mitjançant branques en les bobines.
En la corba característica, l'eix y denota el temps d'operació del relé, mentre que l'eix x representa l'impedància. Notablement, el temps d'operació del relé roman constant (indicant acció instantània) per a impedàncies dins de la zona de protecció preestablerta. Al distància predeterminada (corresponent a l'impedància de configuració), els valors de tensió i corrent es stabilitzen; més enllà d'aquest punt, l'impedància mesurada teòricament es converteix en infinit, volent dir que el relé queda inactiu per a fallades fora del seu abast de protecció. Aquesta relació lineal entre l'impedància i el temps d'operació assegura una detecció fiable i ràpida de fallades dins de la zona definida.
Relé d'impedància de tipus inducció
El diagrama de circuit d'un relé d'impedància de tipus inducció es mostra a continuació. Aquest relé incorpora elements de corrent i tensió, disposant d'un disc d'alumini que gira entre electroímans.
L'electroímà superior conté dos enrolaments diferents: l'enrolament primari està connectat al segonari d'un transformador de corrent (CT), mentre que l'enrolament secundari està enllaçat a un transformador de potencial (PT). La configuració de corrent de l'enrolament primari es pot ajustar mitjançant un pont de connexió situat sota el relé, permetent una calibració precisa de la sensibilitat del relé. L'element de tensió, alimentat pel PT, genera un camp magnètic que interacciona amb el camp derivat de la corrent del CT.
Aquesta interacció induix corrents de Foucault en el disc d'alumini, produint un moment que n'impulsa la rotació. En condicions normals d'operació, el disc roman estacionari degut als moments equilibrats; durant una falla, l'augment de corrent desequilibra els moments, fent girar el disc i activant els contactes del relé. Aquest disseny assegura una detecció fiable de fallades basada en l'impedància en sistemes elèctrics.
Els electroímans en el relé estan connectats en sèrie, amb els seus fluxos induïts generant un moment rotatori que impulsa el disc d'alumini. Un imant permanent proporciona tant el moment de control com el de frenat per estabilitzar el moviment del disc.
En funcionament normal, la força sobre l'armadura supera el moment de l'element d'inducció, mantenint els contactes de trencament oberts. Quan ocorre una falla al sistema, la corrent pels electroímans augmenta, fent girar el disc d'alumini. La velocitat rotacional del disc és directament proporcional a la corrent de falla, enrotolant una molla a mesura que gira. Aquest moviment rotacional va superant gradualment el moment restrictiu de l'imant permanent.
Quan la rotació del disc arriba a un llindar crític (corresponent a l'impedància de configuració), els contactes de trencament es tanquen, iniciant la resposta de protecció. Aquest disseny assegura que el relé reaccione ràpidament a les fallades, mentre manté l'estabilitat durant el funcionament normal, amb l'imant permanent proporcionant un control essencial sobre l'acceleració i el frenat del disc per evitar trigs falsos.
L'angle de rotació del disc del relé depèn de la força de l'armadura, que és directament proporcional a la tensió aplicada. Per tant, la tensió dicta l'angle de rotació.
Característica temporal del relé d'impedància d'alta velocitat
La figura mostra que el relé queda inactiu per a valors superiors al 100% del llindar de captació. La Corba 1 representa la característica operativa real, mentre que la Corba 2 ofereix un model simplificat de la Corba 1. Aquest disseny assegura una resposta ràpida a les fallades dins de l'interval preestablert, mentre manté l'estabilitat en condicions normals. L'operació d'alta velocitat del relé és crítica per minimitzar els danys en els sistemes elèctrics, amb la corba simplificada facilitant la implementació i l'anàlisi en la configuració de relés protectors.
Inconvenients del relé d'impedància simple
Els inconvenients principals dels relés d'impedància són:
