¿Cómo se incorpora la función direccional en un relé?

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¿Por qué relé direccional?
¿Cómo se diseñan los relés direccionales?

¿Por qué relé direccional?

Para comprender la necesidad de un relé direccional, consideramos un sistema de potencia como se muestra en la figura a continuación.

Para una falla en F1, se supone que el Relé R2 activa y opera el disyuntor. De manera similar, para la falla en F2, el Relé R1 operará para aislar la sección defectuosa de la sección saludable. Ahora supongamos que ocurre una falla en F2, puede suceder que el Relé R2 opere antes que el Relé R1 ya que el valor de activación establecido para ambos Relés es el mismo y ambos Relés ven la misma corriente de falla. Como el Relé R2 está operando aquí, el suministro de energía a la carga desde la Fuente B se interrumpe incluso cuando no hay falla en esa sección. Para evitar tal escenario, ¿qué se puede hacer?

¿Podemos proporcionar protección graduada en el tiempo aquí? No, no podemos proporcionar protección graduada en el tiempo aquí, ya que si hay una falla en F1, entonces, debido a la graduación del tiempo, el relé R2 tardará más en funcionar debido al retardo de tiempo intencional proporcionado.

Entonces, ¿cuál podría ser la solución? Podemos arreglar algo tal que el Relé R1 solo opere si la falla está en F2 o hacia la Fuente A y, del mismo modo, el Relé R2 opere si la falla está en F1 o hacia la fuente B. Esta disposición es una función direccional, ya que estamos asignando una dirección en la que debe operar el relé.

Pero, ¿cómo podemos proporcionar esta función direccional a un relé? ¿Qué magnitudes eléctricas hay que utilizar para ello?

Para responder esto, suponga un sistema como el que se muestra a continuación.

Supongamos que ocurre una falla en F1. La corriente de falla fluye en la dirección de I1. El voltaje del bus se mide usando un PT que es Vp aquí. El CT secundario y el PT secundario están conectados al Relé R2 Bobina de operación y polarización respectivamente. Explicará la bobina polarizadora más adelante en esta sección, tenga paciencia hasta entonces.

Como la falla está en F1, la corriente de falla I1 se retrasará con respecto al voltaje de referencia Vp. Ahora, si la falla está en F2, la dirección de la corriente de falla a través del CT cambiará en 180 grados y, por lo tanto, la corriente secundaria del CT también cambiará su dirección en 180 grados y, por lo tanto, la corriente de falla en este caso conducirá al voltaje de referencia Vp ( diciendo voltaje de referencia asumiendo que Vp permanece sin cambios).

Para resumir, si la falla está en F1, entonces la corriente está retrasada Vp y si la falla está en F2, la corriente está adelantando Vp. Podemos usar este concepto para proporcionar una característica direccional en el Relé. Podemos configurar en el Relé que si I1 se retrasa Vp, entonces solo debe operar para ambos Relés R2 y R3, eliminando así el problema de actuación de R3 por falla en F1.

Por lo tanto, si medimos el fasor Vp de tensión de barra y calculamos el ángulo de fase de la corriente del relé con respecto a la tensión de barra, entonces podemos usar la siguiente lógica para proporcionar selectividad. Si el relé ‘detecta una falla’ y la corriente se retrasa VR (= Vp), permita que se dispare el relé. Si el relé ‘detecta un fallo’ y la corriente se adelanta a VR (= Vp), inhiba el disparo del relé. El “principio de discriminación” basado en la comparación del ángulo de fase entre un conjunto de fasores, uno de los cuales se utiliza como referencia, se denomina “principio de discriminación direccional”. Los relés con este principio se denominan relés direccionales.

Cualquier relé se puede hacer direccional incorporando un elemento direccional en él. Por ejemplo, podemos usar un elemento direccional en un relé de sobrecorriente para convertirlo en un relé de sobrecorriente direccional. Este relé se activará si se cumple el ángulo entre la corriente de falla y el voltaje de referencia Y se activa el elemento de sobrecorriente.

¿Cómo se diseñan los relés direccionales?

El par desarrollado por una unidad direccional se da como

T = VICos(Ɵ-Ƭ) – K

Donde,

V = valor RMS del voltaje alimentado a la bobina de voltaje del relé

I = valor RMS de la corriente alimentada a la bobina de corriente del relé

Ɵ = Ángulo entre V e I

Ƭ = Ángulo de par máximo, fijado por diseño (¿Qué tan arreglado?)

Como sabemos que el Torque producido por un Relé = K1Ø1Ø2Sinξ, donde ξ es el ángulo entre Ø1 y Ø2. K1 es una constante. Por lo tanto, el par máximo se producirá cuando ξ = π/2. El ángulo ξ se desarrolla debido al polo sombreado en el relé, por lo que la cantidad de flujo retrasado que desarrollará el polo sombreado depende de la construcción y el diseño. Por lo tanto, el ángulo de torsión máximo ξ se fija por diseño.

El diagrama fasorial para el relé de sobrecorriente direccional se muestra a continuación.

Aquí, Øv es el flujo creado por la bobina de voltaje que va a la zaga del voltaje alrededor de 70 a 80 grados. ØI es el flujo creado por la bobina actual. El par neto se produce por la interacción de Øv y ØI. El par será cero si el ángulo entre Øv y ØI es de 180 grados, como se muestra en el fasor anterior. Esto se llama línea de par cero. Además, si el ángulo entre Øv y ØI es de 90 grados, el par será máximo, lo que se muestra mediante la línea de puntos en el fasor anterior, que se denomina línea de par máximo y el ángulo Ƭ se denomina ángulo de par máximo o ángulo de características del relé (RCA). . Aquí se debe tener en cuenta que V se supone fijo y, por lo tanto, es un fasor de referencia. Este fasor de referencia se llama cantidad de polarización.

Ahora, como V no cambia, por lo tanto, para la producción de par neto para el relé direccional,

VICos(Ɵ-Ƭ) – K>0

Suponga que k es insignificante, en realidad K es un par de restricción debido al resorte y la fricción.

VICos(Ɵ-Ƭ)>0

Ɵ-Ƭ> +(-)π/2

Ɵ> Ƭ+(-)π/2

Esta ecuación se puede representar en forma polar como se muestra a continuación.

Observe cuidadosamente la zona donde opera el Relé y la zona donde no está operando. Por lo tanto, está claro que el relé opera entre la línea de par cero a ambos lados de la línea de par máximo. Observa eso La línea de par máximo y la línea de par cero son perpendiculares entre sí.

Ahora, ¿Cómo seleccionar el fasor de voltaje de referencia?

El diagrama vectorial y la relación entre los diferentes fasores se muestran arriba.

Aquí, Vbc es perpendicular a Van. Por lo tanto, es mejor tomar Vbc como fasor de referencia. Tomamos la Línea de Par Máximo en un ángulo de 30° con Vbc. Como la línea de par cero es perpendicular a la línea de par máximo, se dibuja como se muestra en la figura siguiente. Necesitamos verificar si el relé funcionará para fallas de línea a línea y de fase a línea para este fasor de referencia supuesto. Sí funciona, que se describe a continuación.

Ahora considere una falla de línea que involucre las fases ‘a’ y ‘b’. Entonces, usando el modelo de línea trifásica obtenemos,

Va – Vf = ZsIa + Zm(-Ia) = (Zs – Zm) Ia = Z1Ia

Similar,

Vb- Vf = ZsIb + ZmIa = – (Zs – Zm) Ia = – Z1Ia

Entonces, Va- Vb = 2Z1 Ia

Ia = (Va-Vb)/ 2Z1

Si por simplicidad asumimos que Z es puramente reactivo, entonces de la siguiente figura obtenemos que Si ab estará en un ángulo de 60 grados con respecto a Van. Por lo tanto, la unidad con Vbc como fasor de referencia se activará tanto en falla trifásica como en falla LL.

Para una falla LL que involucre las fases ‘a’ y ‘c’, Vac retrasa a Van. Suponiendo un circuito puramente reactivo, la corriente de fase Ia se retrasará Vbc en . Como se ve en la figura, Iac estará nuevamente en la región de operación y la unidad direccional se activará. Por lo tanto, esta unidad (conductor con Vbc como fasor de referencia) se activará para todas las fallas de fase que involucren la fase ‘a’. Por el contrario, para una falla LL que involucre las fases ‘b’ y ‘c’, Ibc se retrasará Vbc en 90º. Por lo tanto, estará fuera de la región de disparo de la unidad direccional. Por lo tanto, la unidad direccional no responderá.

En resumen, la característica clave para obtener discriminación direccional es la ubicación de la línea de par cero que separa el plano RX en dos regiones. verbigracia. operar y no operar. Es evidente que en los relés numéricos, esta ubicación es bastante flexible y se puede especificar con respecto a cualquier fasor de voltaje de referencia. Esta colocación se puede hacer programable.

Espero que pueda ayudarte. ¡Gracias! Esperando tu comentario…