Relé electromagnético
Relés electromagnéticos son aquellos relés que funcionan por acción electromagnética. El moderno relés de protección eléctrica se basan principalmente en microprocesadores, pero aún así relé electromagnético ocupa su lugar. Tomará mucho más tiempo reemplazar todo relés electromagnéticos por los relés estáticos basados en microprocesadores. Así que antes de repasar los detalles del sistema de relés de protección deberíamos revisar los diversos tipos de relés electromagnéticos.
El relé electromagnético funciona
Prácticamente todo el dispositivo de retransmisión se basa en uno o más de los siguientes tipos de relés electromagnéticos.
- Medición de la magnitud,
- Comparación,
- Medición de la proporción.
Principio de El relé electromagnético funciona está en algunos principios básicos. Dependiendo del principio de trabajo, estos pueden dividirse en los siguientes tipos de relés electromagnéticos.
- Atraídos Relevo de tipo armadura,
- Relevo de tipo disco de inducción,
- Relevo de tipo Copa de Inducción,
- Relevo de tipo rayo balanceado,
- Relevo de tipo bobina móvil,
- Relevo de hierro móvil polarizado.
Relevo del tipo de armadura de atracción
Relevo del tipo de armadura de atracción es el más simple tanto en la construcción como en su principio de funcionamiento. Estos tipos de relés electromagnéticos pueden ser utilizados como relés de magnitud o de relación. Estos relés se emplean como relés auxiliares, relés de control, sobre corriente, bajo corriente, sobre voltaje, bajo voltaje y los relés de medición de impedancia.
La armadura con bisagras y las construcciones de tipo émbolo se utilizan más comúnmente para estos tipos de relés electromagnéticos. Entre los dos diseños constructivos, el tipo de armadura con bisagras es el más utilizado.
Sabemos que la fuerza ejercida sobre una armadura es directamente proporcional al cuadrado de la flujo magnético en la brecha de aire. Si ignoramos el efecto de la saturación, la ecuación para la fuerza experimentada por la armadura puede ser expresada como,
Donde, F es la fuerza neta, K es constante, I es rms actual de la bobina de la armadura, y K es la fuerza de restricción.
Por lo tanto, la condición de umbral para el funcionamiento del relé se alcanzaría cuando el KI2 = K.
Si observamos cuidadosamente la ecuación anterior, se comprenderá que el funcionamiento del relé depende de las constantes K y K para un valor determinado de la corriente de la bobina.
De la explicación y ecuación anteriores se puede resumir que, el funcionamiento del relé está influenciado por
- Giros de amperios desarrollados por la bobina de funcionamiento del relé,
- El tamaño de la brecha de aire entre el núcleo del relé y la armadura,
- Fuerza de contención en la armadura.
Construcción del relé de tipo atraído
Este relé es esencialmente una simple bobina electromagnética, y un émbolo con bisagras. Cuando la bobina se energiza, el émbolo es atraído hacia el núcleo de la bobina. Algunos contactos NO-NC (normalmente abiertos y normalmente cerrados) están dispuestos mecánicamente con este émbolo, de manera que los contactos NO se cierran y los contactos NC se abren al final del movimiento del émbolo. Normalmente atracción tipo armadura relé es un relé operado por DC. Los contactos están dispuestos de tal manera que, después de que el relé es operado, los contactos no pueden volver a sus posiciones originales incluso después de que la armadura es desenergizada. Después de la operación del relé, estos tipos de relés electromagnéticos se reajustan manualmente.
El relé del inducido de atracción, en virtud de su construcción y principio de funcionamiento, es instantánea en funcionamiento.
Relevo de tipo disco de inducción
Relevo de tipo disco de inducción consiste principalmente en un disco giratorio.
Inducción Tipo de disco Relé Funcionamiento
Cada relé de tipo disco de inducción trabaja en el mismo principio bien conocido de Ferraris. Este principio dice que un par es producido por dos flujos de desplazamiento de fase, que es proporcional al producto de su magnitud y al desplazamiento de fase entre ellos. Matemáticamente se puede expresar como…
El relé de tipo disco de inducción se basa en el mismo principio que el de un amperímetro o un voltímetro, o un vatímetro o un vatio hora mater. En el relé de inducción el par de desviación es producido por el corrientes de remolinos en un disco de aluminio o cobre por el flujo de un electroimán de CA. Aquí, un disco de aluminio (o cobre) se coloca entre los polos de un electroimán de CA que produce un flujo alterno que se aleja del I por un pequeño ángulo. Como este flujo se une al disco, debe haber un emf E inducido2 en el disco, retrasado en un 90 por ciento con respecto al flujoo. Como el disco es puramente resistivo, la corriente inducida en el disco I2 estará en fase con E2. Como el ángulo entre y yo2 es de 90oel par neto producido en ese caso es cero. Como,
Para obtener el par en el relé de tipo disco de inducción, es necesario producir un campo giratorio.
Método de sombreado del poste para producir el par en el relé del disco de inducción
En este método, la mitad del polo está rodeado de un anillo de cobre como se muestra. Dejemos que1 es el flujo de la porción no sombreada del polo. En realidad, el flujo total se divide en dos porciones iguales cuando el polo se divide en dos partes por una ranura.
Como una porción del polo está sombreada por un anillo de cobre, habrá una corriente inducida en el anillo de sombra que producirá otro flujo2en el poste de sombra. Así que el flujo resultante del polo sombreado será la suma vectorial de1 y2. Diga que es2y el ángulo entre1 y2 es… Estos dos flujos producirán un par resultante,
Hay principalmente tres tipos de forma de disco giratorio disponibles para el relé de tipo disco de inducción. Tienen forma de espiral, redonda y de florero, como se muestra. La forma de espiral se hace para compensar la variación del par de retención del resorte de control que se enrolla al girar el disco para cerrar sus contactos. Para la mayoría de los diseños, el disco puede girar hasta 280o. Además, el contacto móvil del desplazamiento del disco está posicionado de tal manera que se encuentra con los contactos estacionarios en el marco del relé cuando la sección de mayor radio del disco está bajo el electroimán. Esto se hace para asegurar una presión de contacto satisfactoria en el relé de tipo disco de inducción.
Cuando se requiere un funcionamiento a alta velocidad, como en la protección diferencial, el recorrido angular del disco está considerablemente limitado y, por lo tanto, es circular o incluso veleta pueden utilizarse en los relés electromagnéticos de tipo disco de inducción.
A veces se requiere que el funcionamiento de un relé de tipo disco de inducción se haga después del funcionamiento exitoso de otro relé. Los relés de sobrecorriente interbloqueados se utilizan generalmente para la protección de generadores y barras colectoras. En ese caso, la banda de sombra se sustituye por una bobina de sombra. Dos extremos de esa bobina de sombreado se sacan a través de un contacto normalmente abierto de otro dispositivo de control o relé. Cuando se acciona este último, el contacto normalmente abierto se cierra y hace que la bobina de sombreado entre en cortocircuito. Sólo después de eso el disco del relé de sobrecorriente comienza a girar.
También se pueden cambiar las características de tiempo/corriente de un relé de tipo disco de inducción, desplegando una disposición de resistencia variable en la bobina de sombreado.
El relé de disco de inducción alimentado por un filtro de secuencia negativa también puede utilizarse como dispositivo de protección de secuencia negativa para alternadores.
Relevo de tipo copa de inducción
Relevo tipo copa de inducción puede considerarse como una versión diferente del relé de tipo disco de inducción. El principio de funcionamiento de ambos tipos de relés son más o menos algunos. Relevo tipo copa de inducción se utilizan cuando se requiere un funcionamiento de muy alta velocidad junto con un bobinado polarizante y/o diferencial. Generalmente se dispone de diseños de cuatro y ocho polos. El número de polos depende del número de bobinas que se acomoden.
La inercia del diseño de tipo taza es mucho menor que la del diseño de tipo disco. Por lo tanto, el funcionamiento a muy alta velocidad es posible en el relé de inducción tipo copa. Además, el sistema de polos está diseñado para dar el máximo par por entrada de KVA. En una unidad de cuatro polos casi todos los corrientes de remolinos inducidos en la copa por un par de polos aparecen directamente debajo del otro par de polos de modo que el par/VA es aproximadamente tres veces mayor que el de un disco de inducción con un electroimán en forma de C.
Relevo tipo copa de inducción es prácticamente adecuado como unidades de comparación direccional o de fase. Esto es porque, además de su sensibilidad, Relevo de la taza de inducción tienen un par constante sin vibración y su parásito debido a actual o voltaje solo son pequeños.
Vaso de inducción tipo direccional o relé de potencia
En un relé tipo copa de inducción de cuatro polos, un par de polos produce un flujo proporcional al voltaje y otro par de polos produce un flujo proporcional a la corriente. A continuación se presenta el diagrama vectorial,
El par de torsión T1 = Kvi.i. pecado(90o ) asumiendo que el flujo producido por la bobina de voltaje se retrasará 90 veces respecto a su voltaje. Por diseño, se puede hacer que el ángulo se aproxime a cualquier valor y se obtiene una ecuación de par T = K.E.I.cos( ), donde está el ángulo del sistema E I.
En consecuencia, el relé de tipo copa de inducción puede ser diseñado para producir el máximo par cuando el ángulo del sistema = 0o o 30o o 45o o 60o. El primero es conocido como relés de potencia ya que producen un par máximo cuando = 0o y estos últimos se conocen como relés direccionales y se utilizan para la discriminación direccional en los esquemas de protección en condiciones de fallo, ya que están diseñados para producir el máximo par en condiciones de fallo.
Relevo de la copa de inducción de tipo Mho o Reactancia
Manipulando la corriente o voltaje la disposición de las bobinas y el ángulo relativo de desplazamiento de fase entre varios flujos, se puede hacer un relé tipo copa de inducción para medir la reactancia pura de un circuito de energía.
Relevo de rayo balanceado
Se puede decir que el relé del tipo de haz equilibrado es una variante del relé del tipo de armadura de atracción, pero aún así se tratan como diferentes tipos de relé ya que se emplean en diferentes campos de aplicación.
Se utilizaron relés del tipo de rayo balanceado en los esquemas de protección diferencial y de distancia. El uso de estos relés se convierte en algo absoluto, ya que los sofisticados relés tipo disco de inducción y relés de inducción tipo copa …los reemplazan.
El principio de funcionamiento de un relé de viga de equilibrio es bastante simple. Aquí un rayo se apoya en una bisagra. La bisagra sostiene el rayo desde algún lugar en el medio del rayo. Hay dos fuerzas que actúan en los dos extremos de las vigas, respectivamente. La dirección de ambas fuerzas es la misma. No sólo la dirección, en condiciones normales de trabajo el par producido por las fuerzas con respecto a la bisagra, también son iguales. Debido a estos dos pares de torsión direccionales iguales, la viga se mantiene en posición horizontal en condiciones normales de trabajo. Uno de estos pares es el par de retención y el otro es el par de funcionamiento.
El par de retención puede ser proporcionado por una bobina de retención o por un resorte de retención.
Es una especie de relé de tipo armadura atraída. Pero el relé del rayo de equilibrio se trata por separado desde el punto de vista de su aplicación. Cuando se produce cualquier fallo, el actual a través de la bobina de operación, cruza su valor de captación, y por lo tanto el mmf de la bobina de operación aumenta y cruza su valor de captación. Debido a este aumento de mmf, la bobina atrae más fuertemente el extremo del haz y por lo tanto, el par en el extremo respectivo del haz aumenta. A medida que este par aumenta, el equilibrio del haz se ve perturbado. Debido a esta condición de par desequilibrado, el extremo del haz asociado al par de funcionamiento, se mueve hacia abajo, para cerrar los contactos del relé.
A continuación se ilustran las disposiciones típicas de ambos tipos de retransmisión del haz de balance:
Hoy en día, los relés de los rayos de equilibrio se han vuelto obsoletos. En días pasados estos relés se usaban ampliamente en mediciones diferenciales y de impedancia. Los usos de estos relés son reemplazados por relés más sofisticados de disco de inducción y tipo copa.
Los principales inconvenientes del relé del rayo de equilibrio, es la pobre relación reajuste/operación, la susceptibilidad al desplazamiento de fase entre los dos energizantes y el mal funcionamiento en los transitorios.
Relevo de tipo bobina móvil
El relé de bobina móvil o el relé de bobina móvil de CC polarizada es el relé electromagnético más sensible. Debido a su alta sensibilidad, este relé se utiliza ampliamente para la medición sensible y precisa de la distancia y la protección diferencial. Este tipo de relés es inherentemente adecuado para el sistema de CC. Aunque este tipo de relé puede utilizarse para el sistema de C.A. también, pero el necesario circuito rectificador debe proporcionarse en corriente transformador.
En un relé de bobina móvil el movimiento de la bobina puede ser rotativo o axial. Ambos han sido perfeccionados en gran medida por los diversos fabricantes, pero la limitación inherente de un relé de bobina móvil sigue siendo, es decir, conducir el actual dentro y fuera del sistema de la bobina móvil que, por razones de sensibilidad tiene que ser diseñado para ser muy delicado.
Entre estos dos tipos de relés de bobina móvil, un tipo de movimiento axial tiene el doble de sensibilidad que el de tipo rotativo. Con el relé de bobina móvil, las sensibilidades del orden de 0,2 mW a 0,5 mW son típicas. La velocidad de funcionamiento depende de la amortiguación proporcionada en el relé.
