Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)
Tiempo de lectura: 5 minutos
La protección en sistemas eléctricos y electrónicos es crucial para asegurar la fiabilidad y seguridad tanto de los equipos como del personal que los opera. Los relés de protección desempeñan un papel fundamental en este contexto, ya que son dispositivos diseñados para detectar fallos con precisión y accionar mecanismos de desconexión automática. Su correcto funcionamiento permite evitar daños mayores y minimizar las interrupciones en la red eléctrica.
¿Qué es un relé de protección y cómo funciona?
Un relé de protección es un dispositivo electromecánico o electrónico que supervisa parámetros eléctricos en una parte específica del sistema. Evalúa variables como corriente, tensión, frecuencia, impedancia, ángulos de fase, etc. Si alguno de estos parámetros excede los límites normales, el relé detecta la anomalía y envía una señal para abrir el interruptor correspondiente, aislando así la parte del sistema afectada. Este proceso evita que el fallo se propague a otras áreas, protegiendo tanto los equipos como la red en su conjunto.
Cuando el relé detecta una condición de fallo, el circuito de disparo del interruptor se activa automáticamente, desconectando el segmento con problema. Esto no solo previene daños mayores en el sistema, sino que también facilita una rápida identificación y reparación de la causa raíz.
Requisitos Funcionales de los Relés de Protección
Para que los relés de protección operen de manera efectiva, deben cumplir con ciertos requisitos fundamentales:
1. Fiabilidad: Es crucial que los relés sean altamente confiables, ya que permanecen inactivos durante largos períodos pero deben actuar de manera inmediata y precisa cuando ocurre un fallo. La fiabilidad garantiza que el sistema responderá correctamente en momentos críticos, evitando daños costosos y posibles riesgos para la seguridad.
2. Selectividad: Este principio asegura que solo la parte afectada del sistema sea desconectada. Un relé selectivo puede identificar con precisión la ubicación del fallo y actuar únicamente sobre los interruptores más cercanos, minimizando la interrupción del resto del sistema eléctrico. Esto es esencial para evitar cortes de energía innecesarios y mantener la estabilidad operativa.
3. Sensibilidad: La sensibilidad del relé determina su capacidad para detectar condiciones de fallo incluso cuando los cambios en los parámetros eléctricos son mínimos. Un relé sensible puede identificar fallos incipientes, lo que permite tomar medidas preventivas antes de que se conviertan en problemas más graves.
4. Velocidad: La velocidad de respuesta es fundamental para limitar el daño en caso de fallo. Los relés deben actuar lo suficientemente rápido como para proteger los equipos, pero también deben estar coordinados con otros relés en el sistema. Suelen utilizarse relés instantáneos y otros retardados según una curva de disparo específicamente concebida. Esta coordinación evita que los relés en zonas no afectadas, o relés que no deban disparar por un tipo de fallo diferente del que le corresponde proteger, se activen prematuramente, lo que podría causar interrupciones innecesarias.
Funciones de protección comunes en equipos eléctricos y electrónicos
Los sistemas eléctricos y electrónicos enfrentan una variedad de condiciones adversas que pueden comprometer su funcionamiento. Las principales funciones de protección incluyen:
Protección contra sobretensión: Los picos de voltaje pueden dañar equipos sensibles, como circuitos electrónicos y convertidores. Los relés de sobretensión detectan aumentos anormales en la tensión y desconectan el sistema o derivan el exceso de energía a tierra mediante dispositivos como varistores o supresores de sobretensión.
Protección contra subtensión: Una caída de voltaje por debajo de un umbral seguro puede causar un funcionamiento incorrecto o dañar equipos eléctricos. La protección contra subtensión supervisa el nivel de voltaje y desconecta la carga o activa un sistema de respaldo si detecta una disminución peligrosa.
Protección térmica: El sobrecalentamiento es una causa común de fallos en equipos eléctricos y electrónicos. Los relés térmicos monitorean la temperatura de los componentes críticos y desconectan el sistema si se detecta un sobrecalentamiento. Esto es crucial en motores eléctricos, transformadores y dispositivos de conversión de potencia.
Protección contra fallos a tierra: Las corrientes de fuga o derivaciones a tierra pueden ser peligrosas tanto para los equipos como para el personal. Los relés de fallo a tierra detectan estas corrientes anómalas y aíslan el circuito afectado, evitando posibles descargas eléctricas o incendios.
Protección contra cortocircuitos: Los cortocircuitos son uno de las fallos más peligrosos en un sistema eléctrico, ya que generan corrientes extremadamente altas. Los relés de protección detectan la condición de cortocircuito y desconectan rápidamente la parte afectada para evitar daños catastróficos.
Protección contra frecuencia anormal: Las variaciones en la frecuencia pueden afectar gravemente la operación de los equipos conectados a la red. Los relés de frecuencia supervisan la estabilidad de la frecuencia y desconectan el sistema si se detectan desviaciones significativas.
Protección contra sobrecorriente: Esta protección actúa cuando la corriente que atraviesa el sistema supera un límite predefinido. Detecta sobrecargas y cortocircuitos, y desconecta el circuito para evitar daños en los componentes y prevenir incendios. Es común en sistemas de distribución eléctrica, motores y transformadores.
Consideraciones en la configuración de relés de protección
Configurar un relé de protección requiere un análisis cuidadoso del sistema eléctrico y de las posibles condiciones de fallo. Es esencial seleccionar el tipo adecuado de relé según las características del sistema y el tipo de fallos esperados. La coordinación entre los relés también es fundamental para garantizar que solo la sección afectada sea desconectada, minimizando así la interrupción del servicio. Además, el tiempo de respuesta del relé debe ajustarse según la magnitud y duración del fallo, para proteger eficazmente los equipos sin causar desconexiones innecesarias.
En resumen, los relés de protección son elementos esenciales en la gestión de sistemas eléctricos y electrónicos. Su capacidad para detectar y aislar fallos rápidamente asegura la continuidad operativa, protege los equipos y garantiza la seguridad del personal. La correcta implementación y configuración de estos dispositivos es clave para mantener la fiabilidad y eficiencia de cualquier sistema eléctrico.
Fuente:
Blackburn, J. & Domin, Thomas. (2014). Protective Relaying: Principles and Applications, Fourth Edition.
