Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Los relés utilizados en la protección del sistema de potencia son de diferentes tipos. Entre ellos, el relé diferencial es un relé de uso muy común para proteger transformadores y generadores de fallas localizadas.
Los relés diferenciales son muy sensibles a las fallas ocurridas dentro de la zona de protección pero son menos sensibles a las fallas que ocurren fuera de la zona protegida. La mayoría de los relés funcionan cuando cualquier cantidad supera un valor predeterminado, por ejemplo, el relé de sobrecorriente funciona cuando la corriente que lo atraviesa supera el valor predeterminado. Pero el principio del relé diferenciales algo diferente. Opera dependiendo de la diferencia entre dos o más cantidades eléctricas similares.
Indice de contenidos
Definición de relé diferencial
El relé diferencial es aquel que opera cuando hay una diferencia entre dos o más cantidades eléctricas similares que exceden un valor predeterminado. En el circuito de esquema de relé diferencial, hay dos corrientes que provienen de dos partes de un circuito de energía eléctrica . Estas dos corrientes se encuentran en un punto de unión donde se conecta una bobina de relé. Según la ley de la corriente de Kirchhoff, la corriente resultante que fluye a través de la bobina del relé no es más que la suma de dos corrientes, provenientes de dos partes diferentes del circuito de energía eléctrica. Si la polaridad y amplitud de ambas corrientes se ajustan de manera que la suma fasorial de estas dos corrientes sea cero en condiciones normales de funcionamiento. Por lo tanto, no habrá corriente fluyendo a través de la bobina del relé en condiciones normales de funcionamiento. Pero debido a cualquier anomalía en el circuito de alimentación, si este equilibrio se rompe, eso significa que la suma fasorial de estas dos corrientes ya no permanece cero y habrá una corriente distinta de cero fluyendo a través de la bobina del relé, por lo que el relé se opera.
En el esquema diferencial de corriente, hay dos juegos de transformadores de corriente, cada uno conectado a cada lado del equipo protegido por relé diferencial . La relación de los transformadores de corriente se elige así, las corrientes secundarias de ambos transformadores de corriente coinciden en magnitud.
Las polaridades de los transformadores de corriente son tales que la corriente secundaria de estos TC se opone entre sí. Del circuito está claro que solo si se crea una diferencia distinta de cero entre esto y las corrientes secundarias, solo esta corriente diferencial fluirá a través de la bobina de operación del relé. Si esta diferencia es mayor que el valor pico del relé, operará para abrir los disyuntores.para aislar el equipo protegido del sistema. El elemento de relé utilizado en el relé diferencial se atrae instantáneamente del tipo de armadura, ya que el esquema diferencial solo está adaptado para eliminar la falla dentro del equipo protegido, en otras palabras, el relé diferencial debe eliminar solo la falla interna del equipo, por lo tanto, el equipo protegido debe aislarse tan pronto ya que cualquier avería se produjo dentro del propio equipo. No es necesario que haya ningún retraso de tiempo para la coordinación con otros relés del sistema.
Tipos de relé diferencial
Existen principalmente dos tipos de relés diferenciales según el principio de funcionamiento.
- Relé diferencial de equilibrio de corriente
- Relé diferencial de equilibrio de voltaje
En el relé diferencial de corriente se instalan dos transformadores de corriente a cada lado del equipo a proteger. Los circuitos secundarios de los TC están conectados en serie de tal manera que transportan la corriente secundaria del TC en la misma dirección.
La bobina de operación del elemento relé está conectada a través del circuito secundario del TC. En condiciones normales de funcionamiento, el equipo protegido (ya sea transformador de potencia o alternador ) transporta corriente normal. En esta situación, digamos que la corriente secundaria de CT 1 es I 1 y la corriente secundaria de CT 2 es I 2 . También se desprende del circuito que la corriente que pasa a través de la bobina del relé no es más que I 1 -I 2 . Como dijimos anteriormente, la relación y la polaridad del transformador de corriente se eligen así, I 1 = I 2, por lo tanto, no habrá corriente fluyendo a través de la bobina del relé. Ahora, si ocurre alguna falla en el exterior de la zona cubierta por los TC, la corriente defectuosa pasa a través del primario de ambos transformadores de corriente y, por lo tanto, las corrientes secundarias de ambos transformadores de corriente siguen siendo las mismas que en el caso de las condiciones de funcionamiento normales. Por lo tanto, en esa situación, el relé no funcionará. Pero si ocurriera alguna falla a tierra dentro del equipo protegido como se muestra, dos corrientes secundarias ya no serán iguales. En ese caso, se acciona el relé diferencial para aislar el equipo defectuoso ( transformador o alternador) del sistema.
Principalmente, este tipo de sistemas de relés adolece de algunas desventajas.
- Puede haber una probabilidad de discrepancia en la impedancia del cable desde el TC secundario al panel de relé remoto.
- La capacitancia de estos cables piloto provoca un funcionamiento incorrecto del relé cuando se produce una gran falla externa al equipo.
- No se puede lograr una coincidencia precisa de las características del transformador de corriente, por lo que puede haber un derrame de corriente fluyendo a través del relé en condiciones normales de funcionamiento.
Relé diferencial porcentual
Está diseñado para responder a la corriente diferencial en el término de su relación fraccional con la corriente que fluye a través de la sección protegida. En este tipo de relé, hay bobinas de restricción además de la bobina de operación del relé. Las bobinas de restricción producen un par opuesto al par de operación. En condiciones normales y de falla continua, el par de restricción es mayor que el par de operación. Por lo tanto, el relé permanece inactivo. Cuando ocurre una falla interna, la fuerza de operación excede la fuerza de polarización y, por lo tanto, se opera el relé. Esta fuerza de polarización se puede ajustar variando el número de vueltas en las bobinas de restricción. Como se muestra en la figura siguiente, si I 1 es la corriente secundaria de CT 1 e I 2 es la corriente secundaria de CT 2entonces la corriente a través de la bobina de operación es I 1 – I 2 y la corriente a través de la bobina de restricción es (I 1 + I 2 ) / 2. En condiciones normales y de falla continua, el par producido por las bobinas de contención debido a la corriente (I 1 + I 2 ) / 2 es mayor que el par producido por la bobina de operación debido a la corriente I 1 – I 2, pero en condiciones internas de falla, estos se vuelven opuestos. Y la configuración de sesgo se define como la relación de (I 1 – I 2 ) a (I 1 + I 2 ) / 2.
De la explicación anterior se desprende claramente que cuanto mayor es la corriente que fluye a través de las bobinas de restricción, mayor es el valor de la corriente requerida para que funcione la bobina operativa. El relé se llama relé de porcentaje porque la corriente de operación requerida para disparar se puede expresar como un porcentaje de la corriente de paso.
Relación de CT y conexión para relé diferencial
Esta simple regla es que los transformadores de corriente en cualquier devanado en estrella deben estar conectados en triángulo y los transformadores de corriente en cualquier devanado en triángulo deben estar conectados en estrella. Esto se hace para eliminar la corriente de secuencia cero en el circuito del relé.
Si los TC están conectados en estrella, la relación de TC será I n / 1 o 5 A
TC para conectarse en delta, la relación de TC será I n / 0,5775 o 5 × 0,5775 A
Relé diferencial de equilibrio de voltaje
En esta disposición, los transformadores de corriente se conectan a ambos lados del equipo de tal manera que los EMF inducidos en el secundario de ambos transformadores de corriente se opongan entre sí. Eso significa que el secundario de los transformadores de corriente de ambos lados del equipo están conectados en serie con polaridad opuesta. La bobina del relé diferencial se inserta en algún lugar del bucle creado por la conexión en serie del secundario de los transformadores de corriente como se muestra en la figura. En condiciones de funcionamiento normales y también en condiciones de falla pasante, los campos electromagnéticos inducidos en ambos secundarios del TC son iguales y opuestos entre sí y, por lo tanto, no habría corriente fluyendo a través de la bobina del relé. Pero tan pronto como ocurra alguna falla interna en el equipo bajo protección,disyuntor .
Hay algunas desventajas en el relé diferencial de equilibrio de voltaje , como que se requiere una construcción de transformador de múltiples tomas para un equilibrio preciso entre los pares de transformadores de corriente. El sistema es adecuado para la protección de cables de longitud relativamente corta, de lo contrario, la capacitancia de los cables piloto perturba el rendimiento. En cables largos, la corriente de carga será suficiente para operar el relé incluso si se logra un equilibrio perfecto del transformador de corriente.
Estas desventajas pueden eliminarse del sistema mediante la introducción del sistema / esquema de transmisión, que no es más que un sistema de relé diferencial de voltaje de equilibrio modificado. El esquema de transmisión se aplica principalmente para la protección diferencial de los alimentadores.
Aquí, dos juegos de transformadores de corriente han conectado cada extremo del alimentador. El secundario de cada transformador de corriente está equipado con un relé individual tipo inducción de doble devanado. El secundario de cada transformador de corriente alimenta el circuito primario del relé de tipo inducción de doble devanado. El circuito secundario de cada relé está conectado en serie para formar un circuito cerrado por medio de cables piloto. La conexión debe ser tal que la tensión inducida en la bobina secundaria de un relé se oponga a la del otro. El dispositivo de compensación neutraliza el efecto de las corrientes de capacitancia de los cables piloto y el efecto de la falta de equilibrio inherente entre los dos transformadores de corriente.
En condiciones normales y en condiciones de falla, la corriente en dos extremos del alimentador es la misma, por lo que la corriente inducida en el secundario del TC también sería igual. Debido a estas corrientes iguales en el secundario del TC, el primario de cada relé induce la misma EMF. En consecuencia, la EMF inducida en los secundarios del relé también es la misma, pero las bobinas están conectadas, estos EMF están en dirección opuesta. Como resultado, no fluirá corriente a través del circuito piloto y, por lo tanto, no se producirá ningún par de funcionamiento en ninguno de los relés.
Pero si ocurre alguna falla en el alimentador dentro de la zona entre los transformadores de corriente, la corriente que sale del alimentador será diferente de la corriente que ingresa al alimentador. En consecuencia, no habrá igualdad entre las corrientes en ambos secundarios de CT. Estas corrientes de TC secundarias desiguales producirán un voltaje inducido secundario desequilibrado en ambos relés. Por lo tanto, la corriente comienza a circular en el circuito piloto y, por lo tanto, se produce un par en ambos relés.
Como la dirección de la corriente secundaria es opuesta en los relés, por lo tanto, el par en un relé tenderá a cerrar los contactos de disparo y, al mismo tiempo, el par producido en otro relé tenderá a mantener el movimiento de los contactos de disparo en estado normal no operado. posición. El par de funcionamiento depende de la posición y la naturaleza de las fallas en la zona protegida del alimentador. La porción defectuosa del alimentador se separa de la porción sana cuando opera al menos un elemento de cualquiera de los relés.
Esto puede observarse que en el esquema de protección del relé, un anillo de cobre cerrado está equipado con la rama central del núcleo primario del relé. Estos anillos se utilizan para neutralizar el efecto de las corrientes de capacidad piloto. Las corrientes de capacidad adelantan a la tensión impresa del piloto en 90 o y cuando fluyen en el devanado de funcionamiento inductivo bajo, producen un flujo que también adelanta a la tensión del piloto en 90 o . Dado que el voltaje piloto es el inducido en las bobinas secundarias del relé, se retrasa en un ángulo sustancial detrás del flujo en el espacio de aire magnético del campo. Los anillos de cobre cerrados están tan ajustados que el ángulo es de aproximadamente 90 o . De esta manera, los flujos que actúan sobre el disco están en fase y, por lo tanto, no se ejerce ningún par en el disco de relé.