Relè di distanza a tipo impedenza
Definizione e Principio del Relè di Impedenza (Relè di Distanza)
Un relè di impedenza, anche noto come relè di distanza, è un dispositivo di protezione controllato da tensione la cui operazione dipende dalla distanza elettrica (impedenza) tra il punto di guasto e la posizione di installazione del relè. Funziona misurando l'impedenza della sezione difettosa e confrontandola con una soglia preimpostata.
Mechanismo di Funzionamento
Principio Operativo
In funzionamento normale, il rapporto tensione-corrente (impedenza) rimane superiore alla soglia del relè. Durante un guasto (ad esempio, F1 sulla linea AB), l'impedenza scende al di sotto della configurazione. Ad esempio, se il relè è installato per proteggere la linea AB con un'impedenza normale Z, un guasto riduce l'impedenza, inducendo il relè a far scattare l'interruttore. Se il guasto si trova al di fuori della zona protetta (ad esempio, oltre AB), l'impedenza rimane alta e il relè resta inattivo.
Caratteristiche Operative
Il relè comprende due componenti chiave:
-K3 rappresenta l'effetto molla del relè. In funzionamento normale, il momento netto = 0 con i valori di V e I.
Se l'effetto di controllo della molla viene trascurato, l'equazione diventa
La figura mostra le caratteristiche operative con tensione e corrente; la linea tratteggiata indica l'impedenza costante della linea.
La figura sottostante illustra la caratteristica operativa del relè di impedenza. La regione sopra la linea caratteristica rappresenta il momento positivo, dove l'impedenza della linea supera quella della sezione difettosa, attivando l'operazione del relè. Al contrario, la regione di momento negativo (sotto la linea) indica che l'impedenza del guasto supera quella della linea, mantenendo il relè inattivo. Questa distinzione consente una rilevazione precisa del guasto confrontando l'impedenza misurata con la soglia preimpostata, assicurando una protezione affidabile nei sistemi di potenza.
Il raggio del cerchio rappresenta l'impedenza della linea; l'angolo di fase X-R indica la posizione vettoriale. Impedenza < raggio = momento positivo (il relè opera); impedenza > raggio = momento negativo (il relè è inattivo). Questa distinzione visiva assicura una rapida rilevazione dei guasti nei sistemi di potenza.
Questo relè è classificato come relè ad alta velocità.
Relè Elettromagnetico Induttivo
Il momento in questo relè deriva dalle interazioni elettromagnetiche tra tensione e corrente, che vengono confrontate per l'operazione. Nel suo circuito, il Solenoide B—alimentato da un trasformatore di potenziale (PT)—genera un momento orario, tirando giù il pistone P2. Una molla su P2 applica una forza di restrizione, creando un momento meccanico orario.
Il Solenoide A, eccitato da un trasformatore di corrente (CT), produce un momento di deflessione orario (di raccordo) che sposta il pistone P1 verso il basso. In condizioni normali, i contatti del relè rimangono aperti. Durante un guasto nella zona protetta, l'aumento repentino della corrente del sistema incrementa il momento del Solenoide A mentre riduce il momento di ristabilimento del Solenoide B. Questo squilibrio ruota le braccia di bilanciamento del relè, chiudendo i contatti per iniziare la protezione. Il design assicura una risposta rapida ai guasti tramite il confronto del momento tra forze elettromagnetiche e meccaniche.
La forza esercitata dal solenoide A (l'elemento di corrente) è proporzionale a , mentre quella dal solenoide B (l'elemento di tensione) è proporzionale a . Di conseguenza, il relè si attiverà quando la forza derivata dalla corrente supererà quella derivata dalla tensione.
Le costanti k1 e k2 dipendono dagli ampere-giri dei due solenoidi e dai rapporti dei trasformatori strumentali. Le impostazioni del relè possono essere regolate tramite connessioni sui fili.
Sulla curva caratteristica, l'asse y denota il tempo di operazione del relè, mentre l'asse x rappresenta l'impedenza. Nota bene, il tempo di operazione del relè rimane costante (indicando un'azione istantanea) per le impedenze all'interno della zona di protezione preimpostata. Alla distanza predeterminata (corrispondente all'impedenza impostata), i valori di tensione e corrente si stabilizzano; oltre questo punto, l'impedenza misurata diventa teoricamente infinita, significando che il relè rimane inattivo per i guasti al di fuori della sua portata di protezione. Questa relazione lineare tra impedenza e tempo di operazione assicura una rilevazione rapida e affidabile dei guasti all'interno della zona definita.
Relè di Impedenza Induttivo
Il diagramma del circuito di un relè di impedenza induttivo è illustrato di seguito. Questo relè incorpora elementi di corrente e di tensione, presentando un disco di alluminio che ruota tra elettromagneti.
L'elettromagnete superiore contiene due avvolgimenti distinti: l'avvolgimento primario è collegato alla bobina secondaria di un trasformatore di corrente (CT), mentre l'avvolgimento secondario è collegato a un trasformatore di potenziale (PT). L'impostazione di corrente dell'avvolgimento primario può essere regolata tramite un ponte di presa posizionato sotto il relè, permettendo una calibrazione precisa della sensibilità del relè. L'elemento di tensione, alimentato dal PT, genera un campo magnetico che interagisce con il campo derivato dalla corrente del CT.
Questa interazione induce correnti eddy nel disco di alluminio, producendo un momento che ne guida la rotazione. In condizioni normali di funzionamento, il disco rimane fermo a causa dei momenti bilanciati; durante un guasto, l'aumento repentino della corrente sbilancia i momenti, causando la rotazione del disco e l'attivazione dei contatti del relè. Questo design assicura una rilevazione affidabile dei guasti basata sull'impedenza nei sistemi di potenza.
Gli elettromagneti nel relè sono collegati in serie, con i loro flussi indotti che generano un momento rotatorio che muove il disco di alluminio. Un magnete permanente fornisce sia un momento di controllo che di frenatura per stabilizzare il movimento del disco.
In funzionamento normale, la forza sull'armatura supera il momento dall'elemento induttivo, mantenendo i contatti di trip aperti. Quando si verifica un guasto nel sistema, la corrente attraverso gli elettromagneti aumenta, facendo ruotare il disco di alluminio. La velocità di rotazione del disco è direttamente proporzionale alla corrente di guasto, avvolgendo una molla man mano che ruota. Questo movimento rotatorio gradualmente supera il momento di frenatura del magnete permanente.
Una volta che la rotazione del disco raggiunge una soglia critica (corrispondente all'impedenza preimpostata), i contatti di trip si chiudono, iniziando la risposta protettiva. Questo design assicura che il relè reagisca rapidamente ai guasti, mantenendo la stabilità durante il funzionamento normale, con il magnete permanente che fornisce un controllo essenziale sull'accelerazione e la frenatura del disco per prevenire azioni errate.
L'angolo di rotazione del disco del relè dipende dalla forza sull'armatura, che è direttamente proporzionale alla tensione applicata. Pertanto, la tensione determina l'angolo di rotazione.
Caratteristica Temporale del Relè di Impedenza ad Alta Velocità
La figura mostra che il relè rimane inattivo per valori superiori al 100% della soglia di rilevamento. La Curva 1 rappresenta la caratteristica operativa effettiva, mentre la Curva 2 offre un modello semplificato della Curva 1. Questo design assicura una risposta rapida ai guasti all'interno della gamma preimpostata, mantenendo la stabilità nelle condizioni normali. L'operazione ad alta velocità del relè è cruciale per minimizzare i danni nei sistemi di potenza, con la curva semplificata che facilita l'implementazione e l'analisi nelle impostazioni dei relè protettivi.
Svantaggi del Relè di Impedenza Semplice
I seguenti sono i principali svantaggi dei relè di impedenza:
