O maravilhoso mundo dos relés de reatância de indução

A forma mais simples de Reatância do tipo indução eletromagnética retransmissão (Caneca de indução) é mostrado na figura. A corrente é a variável operacional. Cria fluxo nos pólos superior, inferior e direito. O fluxo do pólo direito está defasado com a mudança nas barras inferior e superior devido ao enrolamento secundário fechado por um circuito de mudança de fase e colocado no pólo direito. O fluxo de polarização e o fluxo do pólo direito interagem para produzir o torque operacional K₁EU². A interação entre o pólo esquerdo e a mudança de polarização cria o torque de retenção. Circuito de ajuste de ângulo de fase está conectado em série com a bobina de tensão.

Um relé de reatância mede a reatância da linha no local do relé. O desempenho deste relé de reatância do tipo indução não é afetado pela resistência do arco durante a ocorrência de falta. No caso de uma falta, o relé mede a reatância da linha desde o local do relé até o ponto da falta.

Princípios fundamentais

Os relés de reatância de indução são projetados para responder a variáveis ​​operacionais específicas em um sistema de energia, geralmente corrente ou tensão. Eles se baseiam na interação entre campos magnéticos e correntes elétricas e utilizam o fenômeno da indução eletromagnética. Esta interação cria torques que determinam a resposta do relé.

Configuração estrutural

Em uma configuração simplificada chamada “copo de indução”, o relé consiste nos pólos superior, inferior e direito. O enrolamento primário é normalmente conectado ao circuito enquanto o enrolamento secundário, fechado por um curso de mudança de fase, é posicionado no pólo direito. Este enrolamento secundário introduz uma mudança de fase, fazendo com que o fluxo no pólo direito fique desfasado com a mudança nas barras superior e inferior.

Geração de torque operacional

A diferença de fase entre os fluxos magnéticos é a chave para o funcionamento do relé. Quando a corrente flui através do enrolamento primário, ela cria fluxos magnéticos em todos os pólos. A interação entre o fluxo do pólo direito e o fluxo de polarização resulta em um torque operacional denominado K1I ^ 2, onde I representa a corrente que flui através do enrolamento primário. Este torque serve como força motriz para a reação do relé.

Mecanismo de retenção

Embora o torque operacional inicie a resposta do relé a uma falha ou condição anormal, um mecanismo de retenção fornece estabilidade durante a operação normal. A interação entre o pólo esquerdo e o fluxo polarizador cria um torque restritivo. Este torque neutraliza o torque operacional e evita disparos desnecessários quando operando dentro de parâmetros aceitáveis.

Ajuste do ângulo de fase

Para adaptar a resposta do relé aos requisitos específicos de proteção, é introduzido um circuito de ajuste do ângulo de fase. Este circuito é conectado em série com a bobina de tensão e permite ajustes na sensibilidade e nas características de resposta do relé. Ao alterar o ângulo de fase, o comportamento do relé pode ser ajustado para detectar faltas e, ao mesmo tempo, minimizar com precisão os falsos disparos.

O relé Curva característica operacional no diagrama RX é uma linha reta paralela ao eixo X conforme indicado abaixo na figura.

O torque operacional é gerado pela corrente e o torque de retenção é gerado pelo elemento de direção corrente-tensão. O relé de reatância também pode ser usado como Relé de sobrecorrente com limitação de direçãoO elemento direcional está disposto para desenvolver um torque negativo máximo quando o atrasos atuais sua tensão em torno de 90^ÓQuando o efeito de controle da mola é K₃o torque T é dado por:

T = K₁eu² –K₂VI sen Φ – K₃ onde sen Φ = Cos (90 – Φ)

Como o valor de K₃ é muito pequeno, pode ser desprezado.

T = K₁eu² –K₂VI pecado Φ.

VIsinΦ indica o número de volt-ampère reativo.

No início da operação do relé

K₁eu² =K₂VIsinΦ

K₁Eu =K₂ V SinΦ

(V/I) = K₁ /K₂ pecadoΦ

Z senΦ = K₁/K₂ = X = constante

O torque operacional é maior que o torque de retenção para operação do relé. Em outras palavras: O torque de retenção deve ser menor que o torque ativo.

ou seja, K₂ VIsinΦ < K₁EU²

K₂VsinΦ < K₁EU

V/I senΦ < K₁/K₂ < K, uma constante

X < K, já que X = Z sinΦ e Z = V/I

O relé de reatância é ativado quando o valor de reatância medido é menor que o valor K especificado ou pretendido.

A unidade de direção usada com o relé de reatância não é a mesma usada com o relé de impedância porque o relé de reatância desarma sob condições normais de carga quando o fator de potência da carga é igual a 1 ou próximo de zero. Isso ocorre porque o limite de volt-amperes reativos em UPF ou próximo a UPF é próximo de zero. Portanto, precisamos ter uma unidade de direção chamada Unidade Mho ou Relé mhocom características circulares.

Os relés de reatância também protegem linhas curtas correntes de falha menos de 20 kA. Com tais cabos, predomina o efeito da resistência de falha ou resistência de arco.

Compreendendo os eixos

O gráfico 2R-X tem dois eixos principais: O eixo horizontal representa o Parte real da impedância (R)enquanto o eixo vertical é o parte reativa da impedância (X). Cada ponto do diagrama corresponde a uma combinação específica de resistência e reatância no sistema.

Zona de retransmissão e propriedades

No diagrama 2R-X, a operação do relé é dividida em zonas correspondentes a diferentes faltas e condições de operação. Estas zonas ajudam a classificar o comportamento do relé e a compreender como ele reage a diferentes situações:

• Esta é a área onde o relé será ativado em caso de falha. É definido pelas configurações e propriedades do relé. Se a impedância do circuito defeituoso estiver dentro desta faixa, o relé inicia uma ação protetora.
• Esta zona representa a área onde o relé não funciona. Os valores de impedância nesta zona normalmente estão fora dos ajustes de sensibilidade do relé. Ele garante que o relé permaneça estável e não desarme sob condições normais de operação.

Aplicação e análise

Os engenheiros usam o gráfico 2R-X para analisar a resposta do relé a diversas condições de falta. Ao traçar a impedância do circuito defeituoso no diagrama, eles podem determinar se o relé desarmará ou permanecerá inativo. Esta análise ajuda a definir adequadamente os parâmetros do relé para o nível desejado de proteção e seletividade.

Considerações

• Coordenação: O diagrama 2R-X é crucial para a coordenação de relés dentro de uma rede. Garante que os relés mais próximos da falta operem, enquanto os relés mais distantes permanecem inativos.
• Erro de análise: O diagrama permite que os engenheiros examinem as condições de falha e identifiquem possíveis problemas na rede que possam afetar o desempenho do relé.
• Mudanças no sistema: À medida que a configuração da rede muda, o diagrama 2R-X pode precisar ser ajustado para refletir as novas condições e manter a coordenação de proteção adequada.

Para a proteção da primeira, segunda e terceira zonas da linha de transmissão, são utilizados relés de reatância como os de 1^st e 2^e Zonas. A unidade de direção, um Relé de partida MHO, funciona como 3^{Aproximadamente} Relé de proteção de zona.

A unidade direcional utilizada com o relé de reatância, ou seja, a partida MHO, possui característica circular pelo motivo explicado a seguir:

Cargas de alto fator de potência

Em condições normais com cargas de alto fator de potência, a reatância medida pelo relé pode cair abaixo do valor definido. Esta situação pode levar a um falso acionamento se a resposta adequada não for dada.

Segmentação de zona

Para garantir que o relé funcione de forma precisa e seletiva, sua operação deve ser monitorada. Isto é conseguido limitando o alcance do relé no diagrama RX (Reatância-Resistência).

Monitoramento geral e 3ª zona

Em condições normais, com carga de alto fator de potência, a reatância medida pelo relé pode ser menor que seu ajuste. P1 e P2 no diagrama estão nas zonas 1 e 2, respectivamente. Para evitar falsos disparos nessas condições, o relé de reatância deve ser monitorado por uma unidade de detecção de falta (unidade de partida ou starter), que limita seu alcance no diagrama RX. Portanto, sua característica deveria ser circular. A unidade formadora detecta erros e também serve como 3^{Aproximadamente} Unidade de zona.

Compreender a necessidade de precisão

Cargas de alto fator de potência são comuns em sistemas de potência. No entanto, essas cargas podem distorcer as medições de reatância de um relé, levando potencialmente a falsos disparos. O relé de reatância, que se destina a responder a determinados níveis de impedância, pode acionar medidas de proteção imprecisas em tais cenários.

Vantagens

A combinação do relé de reatância com a partida MHO oferece vantagens notáveis:

• Evitando falsos disparos: A partida MHO garante a estabilidade do sistema e evita perturbações indesejadas, evitando falsos disparos do relé devido ao alto fator de potência.
• Proteção uniforme: A partida circular MHO leva em consideração elementos reativos e resistivos, garantindo proteção consistente em um espectro de condições de falta. Esse recurso melhora a confiabilidade geral da detecção de erros.
• Cobertura estendida: O starter MHO não apenas elimina falsos disparos, mas também é uma unidade de terceira zona. Esta cobertura de proteção estendida adiciona uma camada adicional de segurança à rede elétrica.

Conclusão

Ao final de nossa jornada pelo fascinante mundo dos relés de reatância de indução, nos encontramos na interface entre tradição e inovação, onde a elegância dos princípios eletromagnéticos encontra a tecnologia de ponta. Esses relés, que atuam como guardiões da estabilidade nas redes elétricas, ilustram a sinergia harmoniosa entre a teoria científica e a aplicação prática.