Relés y corte: el relé más cercano despeja primero

Arrastra la corriente de falla y compara los dos relés

Las dos curvas son las características tiempo-corriente de los relés: el eje horizontal es la corriente como múltiplo del ajuste de arranque, I/Is (escala logarítmica), y el eje vertical es el tiempo de operación t. La curva dorada de abajo es el relé aguas abajo más cercano a la falla, y la azul de arriba es el relé de respaldo aguas arriba. Arrastra sobre la figura para subir la corriente de falla y los dos puntos bajan juntos, así que ambos relés se vuelven más rápidos, pero el punto dorado queda siempre debajo, de modo que el relé cercano actúa primero. La diferencia de tiempo entre los dos puntos es el margen de coordinación, y gracias a ella el interruptor más cercano aísla solo el tramo con falla.

Cuanto mayor la corriente, más rápido: tiempo inverso

Un relé de sobrecorriente tiene característica de tiempo inverso: cuanto mayor es la corriente, más corto es su tiempo de operación. Las curvas de esta figura usan la forma de tiempo inverso normalizada IEC t = TMS · k / ((I/Is)^α − 1) con k = 0,14 y α = 0,02, así que ante una sobrecarga que apenas supera el ajuste Is el relé espera de 1 a 3 segundos, mientras que ante un cortocircuito de 20 veces Is actúa en 0,2 a 0,5 segundos. La idea es aguantar un rato las sobrecargas ligeras y cortar rápido solo las fallas peligrosas; disparar al instante ante cada pequeña perturbación provocaría cortes innecesarios.

Selectividad · primero el más cercano

En una línea con varios relés en serie, cada relé más aguas arriba se ajusta con su curva más alta para que actúe más tarde. En esta figura el relé de respaldo tiene un TMS de 0,2, el doble que el relé cercano (0,1), así que con cualquier corriente tarda exactamente el doble. Por eso, aunque ambos vean la misma corriente de falla, el relé aguas abajo dispara primero, y solo si su interruptor falla dispara el de aguas arriba como respaldo tras el margen de coordinación. Eso sí, la diferencia también se achica al crecer la corriente: 0,33 s con el valor por defecto de 8 veces, pero solo 0,23 s con 20 veces. La coordinación se comprueba viendo si queda un margen de unos 0,3 s con la mayor corriente de falla, así que donde esta pueda llegar a 20 veces, este ajuste necesitaría un TMS de respaldo más alto. Aislar así solo el tramo con falla y mantener vivo el resto es la selectividad, y es la base de la fiabilidad de distribución vista en C5.

El relé decide, el interruptor actúa

El relé es el cerebro que mide corriente y tensión y decide si hay falla; el interruptor es la mano que recibe su señal y abre de verdad el circuito. Cuando se separan los contactos del interruptor, se forma un arco en el hueco, y un medio de extinción como el vacío, el gas SF6 o el aceite enfría el arco para que la corriente se corte al pasar por 0. El interruptor en sí abre en unos pocos ciclos, decenas de milisegundos, tras recibir la orden de disparo, y la protección principal de las líneas de transmisión despeja una falla en unos 0,1 s contando la decisión del relé. Los relés de sobrecorriente que añaden retardo a propósito, como en esta figura, se usan sobre todo en alimentadores de distribución y como respaldo, y ni siquiera ese retardo puede alargarse a la ligera, porque cuanto más dura la falla, más daña la gran corriente los equipos y más fácil es que los generadores pierdan el sincronismo y sacudan todo el sistema.

De vuelta a la primera pantalla

Al subir la corriente de falla, los dos puntos bajaron juntos y ambos tiempos de operación se acortaron, pero el relé cercano dorado quedó siempre por debajo del relé de respaldo azul, es decir, siempre actuó primero. El margen de coordinación entre ellos también se achicó, y por eso el ajuste se elige comprobando que ese margen siga existiendo con la mayor corriente de falla. Esa diferencia de tiempo es lo que permite que el interruptor más cercano aísle solo el tramo con falla y mantenga vivo el resto. La corriente de falla obtenida en D3 se convirtió aquí en la entrada que mueve los relés, y así ocurre de verdad el “corte solo en el tramo con falla” visto en C5; la protección, al final, consiste en abrir el interruptor correcto en el momento correcto.

Hasta aquí hemos seguido el camino de generar, transportar y proteger la energía, siempre suponiendo grandes generadores síncronos movidos por centrales térmicas, hidráulicas y nucleares. La sección final, E, es donde ese supuesto cambia, y la próxima unidad (PW-E1) trata la conexión a red de la solar y la eólica. Los inversores inyectan en la red la producción renovable, que sale en continua o a frecuencia variable, ajustada a su frecuencia y tensión, y la intermitencia del sol y del viento junto con la falta de inercia rotante plantea nuevos retos para la estabilidad.