Los relés utilizados en protección del sistema de energía son de diferentes tipos. Entre ellos relé diferencial se utiliza muy comúnmente como relevo para protegiendo los transformadores y generadores de fallas localizadas.
Relés diferenciales son muy sensibles a las fallas que ocurren 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 opera cuando actual a través de él excede el valor predeterminado. Pero el principio del relé diferencial es algo diferente. Funciona dependiendo de la diferencia entre dos o más cantidades eléctricas similares.
Definición de Relevo Diferencial
El relé diferencial es aquel que funciona cuando la diferencia entre dos o más cantidades eléctricas similares supera un valor predeterminado. En el circuito del esquema del relé diferencial, hay dos corrientes que provienen de dos partes de un la energía eléctrica… circuito. Estas dos corrientes se encuentran en un punto de unión donde se conecta una bobina de relé. De acuerdo con Ley actual de Kirchhoffla corriente resultante que fluye a través de la bobina del relé no es más que la suma de dos corrientes, procedentes de dos partes diferentes del circuito de energía eléctrica. Si la polaridad y la amplitud de ambas corrientes están tan ajustadas que la suma de las fases de estas dos corrientes, es cero en condiciones normales de funcionamiento. Por lo tanto, no habrá corriente que fluya a través de la bobina del relé en condiciones normales de funcionamiento. Pero debido a cualquier anormalidad en el circuito de energía, si este equilibrio se rompe, significa que la suma de los fáseres de estas dos corrientes ya no es cero y que habrá una corriente no nula fluyendo a través de la bobina del relé, por lo que el relé funcionará.
En el actual esquema diferencial, hay dos conjuntos de transformador de corriente cada uno conectado a cada lado del equipo protegido por relé diferencial. La relación de los transformadores de corriente se elige de tal manera que 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. Del circuito se desprende claramente que sólo si se crea alguna diferencia distinta de cero entre ésta y las corrientes secundarias, entonces sólo esta corriente diferencial fluirá a través de la bobina de funcionamiento del relé. Si esta diferencia es mayor que el valor máximo del relé, funcionará para abrir el interruptores de circuito… para aislar el equipo protegido del sistema. El elemento de retransmisión utilizado en el relé diferencial es atrajo el tipo de armadura instantánea de relé ya que el esquema diferencial sólo se adapta para despejar la falla dentro del equipo protegido, en otras palabras, el relé diferencial debe despejar sólo la falla interna del equipo, por lo tanto, el equipo protegido debe ser aislado tan pronto como cualquier falla ocurra dentro del propio equipo. No es necesario que haya ningún retraso temporal para la coordinación con otros relés del sistema.
Tipos de relé diferencial
Hay principalmente dos tipos de relés diferenciales dependiendo del principio de funcionamiento.
- Relé diferencial de equilibrio actual
- Relé diferencial de equilibrio de voltaje
En relé diferencial de corriente se colocan 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 llevan la corriente secundaria de los TC en la misma dirección.
La bobina operativa del elemento de relevo está conectada a través del circuito secundario de CTs. En condiciones normales de funcionamiento, el equipo protegido (ya sea transformador de potencia o alternador) lleva la corriente normal. En esta situación, digamos que la corriente secundaria de la TC1 es que yo1 y la corriente secundaria de la TC2 es que yo2. También está claro en el circuito que la corriente que pasa a través de la bobina del relé no es nada más que yo1-I2. Como dijimos antes, la relación y la polaridad de los transformadores de corriente se eligen de tal manera que…1 = I2…por lo tanto no habrá corriente que fluya a través de la bobina del relé. Ahora bien, si se produce algún fallo en el exterior de la zona cubierta por los TC, la corriente defectuosa pasa por el primario de los dos transformadores de corriente y, por lo tanto, las corrientes secundarias de ambos transformadores de corriente permanecen iguales que en el caso de condiciones de funcionamiento normales. Por lo tanto, en esa situación el relé no funcionará. Pero si se produjera cualquier fallo a tierra dentro del equipo protegido, como se muestra, las dos corrientes secundarias ya no serían iguales. En ese caso, el relé diferencial se operará para aislar el equipo defectuoso (transformador o alternador) del sistema.
Principalmente este el tipo de relé los sistemas sufren algunas desventajas
- Puede haber una probabilidad de desajuste en la impedancia del cable desde el TC secundario al panel de relé remoto.
- Estos cables piloto capacitancia provoca un funcionamiento incorrecto del relé cuando se produce un fallo de gran magnitud externo al equipo.
- No se puede lograr una coincidencia exacta de las características del transformador de corriente, por lo que puede haber corriente de derrame que fluya a través del relé en condiciones normales de funcionamiento.
Relevo 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 relés, hay bobinas de retención además de la bobina de funcionamiento del relé. Las bobinas de retención producen un par opuesto al par de funcionamiento. En condiciones normales y de fallo, el par de retención es mayor que el par de funcionamiento. Por lo tanto, el relé permanece inactivo. Cuando se produce un fallo interno, la fuerza operativa supera la fuerza de polarización y, por lo tanto, el relé funciona. Esta fuerza de polarización puede ser ajustada variando el número de vueltas de las bobinas de retención. Como se muestra en la siguiente figura, si I1 es la corriente secundaria de la TC1 y yo2 es la corriente secundaria de la TC2 entonces la corriente a través de la bobina de operación es I1 I2 y la corriente a través de la bobina de retención es (I1 + I2)/2. En condiciones normales y a través de fallas, el torque producido por las bobinas de contención debido a la corriente (I1+ I2)/2 es mayor que el par producido por la bobina de funcionamiento debido a la corriente I1I2 pero en condiciones internas defectuosas se vuelven opuestas. Y el ajuste de sesgo se define como la proporción de (I1I2) a (I1+ I2)/2.
De la explicación anterior se desprende claramente que cuanto mayor es la corriente que fluye por las bobinas de contención, mayor es el valor de la corriente necesaria para hacer funcionar la bobina. El relé se denomina relé de porcentaje porque la corriente de funcionamiento necesaria para el disparo puede expresarse como un porcentaje de la corriente pasante.
Relación de CT y conexión para el relé diferencial
Esta sencilla regla de oro es que los transformadores de corriente en cualquier bobina de la estrella deben estar conectados en triángulo y los transformadores de corriente en cualquier bobina en triángulo deben estar conectados en estrella. Esto se hace para eliminar la corriente de secuencia cero en el circuito de relé.
Si los CTs están conectados en estrella, la proporción de CT será In/1 o 5 A
Los CTs se conectarán en delta, la proporción de CT será In/0.5775 o 50.5775 A
Relé diferencial de equilibrio de voltaje
En esta disposición, los transformadores de corriente están conectados a ambos lados del equipo de tal manera que los CEM inducidos en el secundario de ambos transformadores de corriente se opondrán entre sí. Esto 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 normal y también en condiciones de fallo de paso, los CEM inducidos en ambos secundarios de los TC son iguales y opuestos entre sí y, por lo tanto, no habría corriente que fluyera a través de la bobina del relé. Pero tan pronto como se produce cualquier fallo interno en el equipo bajo protección, estos CEM ya no están equilibrados, por lo que la corriente comienza a fluir a través de la bobina del relé y por lo tanto se dispara interruptor de circuito….
Hay algunas desventajas en el voltaje se requiere un relé diferencial de equilibrio, como la construcción de un transformador de tomas múltiples, para equilibrar con precisión 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 los cables largos la corriente de carga será suficiente para hacer funcionar el relé incluso si se logra un equilibrio perfecto del transformador de corriente.
Estas desventajas pueden eliminarse del sistema introduciendo el sistema/esquema de Translay que no es más que un sistema de relé diferencial de tensión de equilibrio modificado. El esquema Translay 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 de doble bobinado de tipo inducción. El secundario de cada transformador de corriente alimenta el circuito primario de un relé de inducción de doble bobinado. El circuito secundario de cada relé se conecta en serie para formar un bucle cerrado por medio de cables piloto. La conexión debe ser tal que, el voltaje inducido en la bobina secundaria de un relé se oponga al mismo de 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 a través de condiciones de falla, el actual en dos extremos del alimentador es la misma, por lo que la corriente inducida en los TC secundarios también sería igual. Debido a estas corrientes iguales en el secundario de los CTs, el primario de cada relé induce el mismo EMF. En consecuencia, el EMF inducido en los secundarios del relé también es el mismo pero las bobinas están tan conectadas que estos EMF están en dirección opuesta. Como resultado, ninguna corriente fluirá a través del bucle piloto y por lo tanto no se produce ningún par de funcionamiento en ninguno de los relés.
Pero si se produce algún fallo en el alimentador dentro de la zona entre los transformadores de corriente, la corriente que sale del alimentador será diferente de la corriente que entra en el mismo. En consecuencia, no habrá igualdad entre las corrientes en ambos secundarios de CT. Estas corrientes secundarias desiguales del TC producirán un voltaje inducido secundario desequilibrado en ambos relés. Por lo tanto, la corriente comienza a circular en el bucle piloto y por lo tanto se produce un par en ambos relés.
Por lo tanto, como la dirección de la corriente secundaria es opuesta a la de los relés, 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 la posición normal no accionada. El par de funcionamiento depende de la posición y la naturaleza de los fallos en la zona protegida del alimentador. La parte defectuosa del alimentador se separa de la parte sana cuando al menos un elemento de cualquiera de los relés funciona.
Se puede observar que en el esquema de protección del translúcido, un anillo de cobre cerrado está equipado con el miembro central del núcleo primario del relé. Estos anillos se utilizan para neutralizar el efecto de las corrientes de capacidad piloto. Las corrientes de capacidad conducen el voltaje impreso del piloto en un 90o y cuando fluyen en un devanado operativo de baja inducción, producen un flujo que también conduce el voltaje del piloto en un 90o. Dado que el voltaje piloto es el inducido en las bobinas secundarias del relé, se retrasa por un ángulo sustancial detrás de la flujo en el campo magnético de la brecha de aire. Los anillos de cobre cerrados están tan ajustados que el ángulo es de aproximadamente 90o. 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 del relé.
