Definición: El relé cuyo funcionamiento depende de la distancia entre la impedancia de la sección defectuosa y la posición en la que se instala el relé se conoce como relé de impedancia o relé de distancia. Es un equipo controlado por voltaje.
El relé mide la impedancia del punto defectuoso, si la impedancia es menor que la impedancia del ajuste del relé, da la orden de disparo al interruptor automático para cerrar sus contactos. El relé de impedancia monitorea continuamente los flujos de corriente y voltaje de línea a través del CT y PT respectivamente. Si la relación de voltaje y corriente es menor que el relé comienza a operar, entonces el relé comienza a operar.
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Principio de funcionamiento del relé de impedancia
En condiciones normales de funcionamiento, el valor de la tensión de línea es mayor que la corriente. Pero cuando la falla ocurre en la línea, la magnitud de la corriente aumenta y el voltaje disminuye. La corriente de línea es inversamente proporcional a la impedancia de la línea de transmisión. Por lo tanto, la impedancia disminuye, por lo que el relé de impedancia comienza a funcionar.
La siguiente figura explica el relé de impedancia de una manera mucho más sencilla. El transformador de potencial suministra el voltaje a la línea de transmisión y la corriente fluye debido al transformador de corriente. El transformador de corriente está conectado en serie con el circuito.
Considere que el relé de impedancia se coloca en la línea de transmisión para la protección de la línea AB. La Z es la impedancia de la línea en condiciones normales de funcionamiento. Si las impedancias de la línea caen por debajo de la impedancia Z, entonces el relé comienza a funcionar.
Deje que la falla F1 ocurra en la línea AB. Esta falla disminuye la impedancia de la línea por debajo de la impedancia de ajuste del relé. El relé comienza a funcionar y envía la orden de disparo al interruptor automático. Si la falla llega más allá de la zona de protección, los contactos del relé permanecen abiertos.
Característica de funcionamiento de un relé de impedancia
Los elementos operativos de voltaje y corriente son los dos componentes importantes del relé de impedancia. El elemento de operación de corriente genera el par de desviación mientras que el elemento de almacenamiento de tensión genera el par de restauración. La ecuación de par del relé se muestra en la siguiente figura.
El -K3 es el efecto de resorte del relé. La V y la I son el valor del voltaje y la corriente. Cuando el relé está en condiciones normales de funcionamiento, el par neto del relé se vuelve cero.
Si se desprecia el efecto de control del resorte, la ecuación se convierte en
La característica de funcionamiento con respecto a la tensión y la corriente se muestra en la siguiente figura. La línea discontinua en la imagen representa la condición de operación a la impedancia de línea constante.
La característica de funcionamiento del relé de impedancia se muestra en la siguiente figura. La región de par positivo del relé de impedancia está por encima de la línea característica de funcionamiento. En la región de par positivo, la impedancia de la línea es mayor que la impedancia de la sección defectuosa. De manera similar, en la región negativa, la impedancia de la sección defectuosa es mayor que la impedancia de la línea
La impedancia de la línea está representada por el radio del círculo. El ángulo de fase entre los ejes X y R representa la posición del vector. Si la impedancia de la línea es menor que el radio del círculo, entonces muestra la región de torsión positiva. Si la impedancia es mayor que la región negativa, entonces representa la región de par negativo.
Este tipo de relé se llama relé de alta velocidad.
Relé de inducción de tipo electromagnético
En tal tipo de relé, el par es inducido por la acción electromagnética sobre el voltaje y la corriente. Estos pares se comparan. Considere el circuito del relé de inducción de tipo electromagnético. El solenoide B es excitado por el voltaje suministrado por el PT. Este voltaje desarrolla el par en el sentido de las agujas del reloj y tira del émbolo P2 en dirección hacia abajo. El resorte se conecta al émbolo P2 y aplica la fuerza de restricción sobre él. Este resorte genera el par mecánico en el sentido de las agujas del reloj.
El solenoide A genera el otro par en el sentido de las agujas del reloj y, por lo tanto, mueve el émbolo P1 hacia abajo. El solenoide es excitado por el CT de las líneas. Este par se denomina par de desviación o de captación.
Cuando el sistema está libre de fallas, los contactos del relé se abren. Cuando la falla ocurre en la zona de protección, la corriente del sistema aumenta debido a lo cual también aumenta la corriente a través del relé. Cuanto más par desarrollado en el solenoide A. El par de restauración debido a la disminución de la tensión. Los brazos de equilibrio del relé comienzan a girar en la dirección opuesta, por lo que cerraron sus contactos.
El tirón del solenoide A, es decir, (elemento de corriente) es proporcional a I2 y el debido al solenoide B (elemento de tensión) a V2. En consecuencia, el relé operará cuando
El valor de las constantes k1 y k2 depende de los amperio-vueltas de los dos solenoides y de las relaciones de los transformadores de medida. Al proporcionar tomas en la bobina, se puede cambiar la configuración del relé.
El eje y muestra el tiempo de operación del relé y el eje X representa sus impedancias. El tiempo de funcionamiento del relé permanece constante. El valor del voltaje y la corriente se vuelve constante a la distancia predeterminada y luego su valor se vuelve infinito.
Relé de impedancia de tipo de inducción
El diagrama de circuito del relé de impedancia de tipo de inducción se muestra en la siguiente figura. Este relé consta de elemento de corriente y tensión. El relé tiene un disco de aluminio, que gira entre los electroimanes.
El electroimán superior tiene dos devanados separados. El devanado primario está conectado a la bobina secundaria del transformador de corriente. El ajuste de corriente del devanado se varía con la ayuda del puente de enchufe colocado debajo del relé.
El electromagnetismo del relé se conecta en serie entre sí. El flujo inducido entre los electroimanes produce el par de rotación, que hace girar el disco de aluminio del relé. El imán permanente proporciona el par de control y frenado.
En condiciones normales de operación, la fuerza ejercida sobre la armadura es mayor que el elemento de inducción que mantiene abiertos los contactos de disparo. Cuando ocurre la falla en el sistema, entonces el disco de aluminio comienza a girar, y su rotación es directamente proporcional a la corriente del electroimán. La rotación del disco enrolla el resorte.
El ángulo de rotación del disco para el funcionamiento del relé depende de la fuerza que actúa sobre su armadura. La fuerza que actúa sobre la armadura es directamente proporcional al voltaje aplicado. Por lo tanto, el ángulo de rotación también depende del voltaje.
Característica de tiempo del relé de impedancia de tipo de alta velocidad
La siguiente figura muestra que el relé no funciona para un valor superior al 100 por ciento del valor de activación. La curva 1 es la característica real y la curva 2 es la característica simplificada de la curva 1.
Inconvenientes del relé de impedancia del plan
Las siguientes son las desventajas del relé de impedancia.
- Da la respuesta tanto del lado del CT como del PT. Por lo tanto, se vuelve difícil para el interruptor determinar si la falla es externa o interna.
- El relé se ve afectado fácilmente por la resistencia del arco de la línea.
- Es muy sensible a la oscilación de potencia. Las poderosas alas generan las fallas en la línea por lo que varían las impedancias de la línea.
El relé siempre opera cuando la impedancia de la línea es menor que la configuración del relé.
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