Fundamentos de Protecciones Eléctricas: Relés, Fusibles, Líneas y Transformadores

Relés de Protección Eléctrica: Fundamentos y Tipos

Los relés de protección tienen la misión de detectar situaciones anómalas con el objetivo de elaborar órdenes (disparos) que permitan su eliminación o corrección. Sus características clave incluyen:

• Selectividad: Capacidad de aislar solo la parte afectada de la instalación.
• Sensibilidad: Habilidad para detectar fallas de baja magnitud.
• Rapidez: Velocidad de actuación para minimizar daños.
• Fiabilidad: Funcionamiento correcto y consistente.
• Autodiagnóstico: Capacidad de verificar su propio estado.

Zona de Protección

Es la parte más pequeña de una instalación delimitada por interruptores que debe quedar aislada al producirse un defecto dentro de ella.

Protección de Reserva (Apoyo)

Es un sistema de protección que actúa cuando no lo ha hecho la protección principal, bien duplicándola o bien haciendo que actúe una protección lejana con una cierta demora.

Reenganche

Dispositivo que, tras la apertura de un interruptor por la acción del sistema de protección y después de una cierta temporización, envía una orden de cierre a los interruptores.

Tipos de Relés

• Electromagnéticos
• De inducción
• Electrodinámicos
• Térmicos
• Electrónicos
• De intensidad
• De tensión
• De producto
• De cociente
• Diferenciales
• De acción instantánea
• De acción diferida
• Directos
• Indirectos

Fusibles: Principio y Función

El fusible es un dispositivo con la misión de abrir el circuito por la fusión de sus elementos, diseñados con ese fin, cortando la corriente cuando sobrepasa un determinado valor durante un tiempo suficiente.

Protección por Sobreintensidad

La protección por sobreintensidad actúa cuando la intensidad de paso es superior al valor ajustado, produciéndose la actuación del dispositivo.

Protección Diferencial: Principios y Aplicaciones

Es una protección selectiva cuyo principio básico de funcionamiento se basa en la primera Ley de Kirchhoff: "La suma vectorial de todas las corrientes en un nudo es igual a cero". Esto permite detectar una falta interna en el elemento protegido.

Pueden presentarse errores de transformación en módulo y argumento, así como saturación de los transformadores de intensidad. En caso de falta externa, el relé no actuará, garantizando la selectividad. Se incorpora una función de frenado por corriente circulante para optimizar su funcionamiento.

Protección de Líneas y Cables Eléctricos

Redes de Transporte

Las redes de transporte suelen ser malladas, con el neutro directamente puesto a tierra.

Redes de Distribución

Las redes de distribución presentan una topología mallada con explotación radial. Incluyen Puesta a Tierra (PAT) directa o por impedancia, disparo trifásico y reenganche. Se implementa protección contra sobrecarga en cables subterráneos y protección por sobreintensidad (específica para redes de distribución, no de transporte), cuya configuración depende del tipo de neutro. También se utiliza la protección por sobreintensidad direccional.

Protección de Distancia

La protección de distancia se utiliza en redes de transporte y se basa en la impedancia.

Protección y Componentes de Transformadores

Sistemas de Protección en Transformadores

Los transformadores cuentan con diversas protecciones, incluyendo:

• Fusibles
• Protección por sobrecorriente
• Protecciones diferenciales (en devanados)
• Relé Buchholz
• Alivio de presión
• Sensores de temperatura del aceite
• Sensores de temperatura de los devanados
• Medidores de nivel de aceite
• Sensores de flujo de aceite

Otros factores importantes a considerar son el mantenimiento, el transporte y el precio.

Para potencias inferiores a 500 MW, se utilizan transformadores trifásicos; para potencias superiores a 500 MW, se emplean transformadores monofásicos.

Factores de Diseño

• Factor de potencia (cos φ)
• Tipo de refrigeración
• Capacidad a temperatura ambiente
• Potencia nominal
• Relación de transformación

La conexión típica es Alta Tensión (AT) en estrella y Baja Tensión (BT) en triángulo.

Elementos Constitutivos del Transformador

• Arrollamientos primario y secundario
• Núcleo magnético
• Bornas
• Cambiador de tomas en carga (OLTC)
• Cuba principal
• Sistema de refrigeración
• Ventiladores
• Bombas de aceite
• Depósito de expansión

Depósito de Expansión

Sus funciones principales son:

• Absorber las variaciones de volumen del aceite.
• Disminuir la superficie de contacto del aceite con el aire.
• Servir como reserva en caso de fugas.

Componentes Externos

• Autoválvula
• Válvula de sobrepresión
• Sensores de temperatura
• Foso de recogida de aceite
• Muro cortafuegos
• Sistema contra incendios