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Sistemas de potencia · 4.º curso o máster

Protecciones eléctricas

Relés de protección, transformadores de medida, protección de sobreintensidad, diferencial, de distancia y de transformadores, y coordinación selectiva.

Protecciones eléctricas responde a una pregunta clave de cualquier red: cuando ocurre una avería, ¿cómo se detecta y se aísla en milésimas de segundo sin dejar sin suministro más de lo imprescindible? Es una asignatura muy aplicada y con mucha demanda profesional.

De qué va

Un sistema de protección tiene tres partes:

  1. Transformadores de medida, que reducen las corrientes y tensiones de la red.
  2. Relés de protección, que analizan esas señales y deciden si hay una falta.
  3. Interruptores automáticos, que abren el circuito cuando el relé lo ordena.

La asignatura estudia los distintos tipos de protección y, sobre todo, cómo coordinarlas para que actúe siempre la más cercana a la avería.

Las ideas clave

Los cuatro requisitos

  • Selectividad: desconectar solo la parte con la avería.
  • Rapidez: actuar antes de que la falta dañe los equipos o desestabilice la red.
  • Fiabilidad: actuar siempre que deba y nunca cuando no deba.
  • Sensibilidad: detectar también las faltas con corrientes pequeñas.

Sobreintensidad

La protección más sencilla y extendida. Dispara cuando la corriente supera un umbral, de forma instantánea, con un tiempo fijo o con un tiempo que disminuye cuanto mayor es la corriente (curvas de tiempo inverso). La coordinación consiste en escalonar los ajustes de las protecciones en serie para que la más próxima a la falta dispare primero.

Protección diferencial

Compara la corriente que entra y la que sale de un equipo (un transformador, un embarrado). Si no coinciden, hay una falta dentro de él. Es muy rápida y selectiva por naturaleza.

Protección de distancia

Mide la impedancia vista desde el relé. Como la impedancia de una línea es proporcional a su longitud, puede saber a qué distancia aproximada está la falta y actuar por zonas.

Cómo aprobarla

  • Trabaja siempre con un esquema unifilar a la vista, situando cada relé y su interruptor.
  • Comprueba la coordinación con las corrientes de cortocircuito máxima y mínima.
  • Ten presente la relación de los transformadores de intensidad: los ajustes del relé se hacen en valores secundarios.
Las protecciones de cada posición de una subestación aíslan las faltas en décimas de segundo.
Las protecciones de cada posición de una subestación aíslan las faltas en décimas de segundo.Foto: Zarateman · CC0 · Wikimedia Commons

Problema tipo examen

Una línea de media tensión transporta como máximo 150 A y está protegida por un relé de sobreintensidad alimentado por transformadores de intensidad de 200/5 A. El relé tiene una curva normal inversa (IEC), con la expresión t = TMS · 0,14 / ((I / I_s)^0,02 − 1).

a) Ajusta la corriente de arranque al 120 % de la corriente máxima de la línea y exprésala en valor primario y secundario. b) La corriente de cortocircuito mínima al final de la línea es 1500 A. Con un multiplicador de tiempo TMS = 0,1, ¿en cuánto tiempo dispara el relé?

Ver la solución paso a paso

a) Corriente de arranque

  • Primario: I_s = 1,2 · 150 = 180 A
  • Secundario: 180 · 5 / 200 = 4,5 A

b) Tiempo de disparo

  • Múltiplo de la corriente de arranque: M = 1500 / 180 ≈ 8,33
  • M^0,02 = e^(0,02 · ln 8,33) ≈ 1,0433
  • t = 0,1 · 0,14 / (1,0433 − 1) ≈ 0,32 s

Para que haya selectividad, la protección situada aguas arriba debe disparar, para esa misma corriente, al menos un margen de tiempo después (típicamente entre 0,2 y 0,4 s más tarde).

Errores típicos

  • Ajustar el arranque del relé por debajo de la corriente máxima de carga, con disparos intempestivos.

  • Olvidar convertir los ajustes a valores secundarios con la relación del transformador de intensidad.

  • Comprobar la selectividad solo con la corriente de cortocircuito máxima y no con la mínima.

  • Ignorar la saturación del transformador de intensidad con corrientes de falta muy altas.

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