Las protecciones de máxima corriente de fases tienen la función de detectar las sobre intensidades monofásicas, bifásicas o trifásica.
La protección se activa cuando una, dos o tres de las corrientes controladas sobrepasan la consigna correspondiente de su umbral de regulación.
Puede ser temporizada, en cuyo caso no se activará hasta que la corriente controlada sobrepase su umbral de regulación durante un tiempo al menos igual a la temporización seleccionada.
De acuerdo con el tiempo de funcionamiento los relés de sobreintensidad pueden clasificarse como sigue:
Relés de sobreintensidad
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Instantáneos
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(1)
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Temporizados
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De tiempo
independiente |
Con tiempo
constante o definido
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De tiempo dependiente
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Con curvas normalmente inversas
Con curvas muy inversas
Con curvas extremadamente inversas
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(1) El término instantáneo debe entenderse como que a partir de ser superado el nivel de ajuste del relé, este actúa sin demora intencionada.
No debe olvidarse, sin embargo, que no existe en rigor ningún relé instantáneo, ya que todos presentan un retardo inherente a sus características constructivas. Los fabricantes proporcionan datos al respecto, como se muestra en la figura 1.
Figura 1: Elemento instantáneo de un relé de sobreintensidad
Los relés instantáneos son adecuados para protección contra cortocircuitos, si bien, para obtener selectividad es preciso que entre escalones consecutivos haya diferencia clara en los niveles de cortocircuito, de otro modo, habrá que retardar su actuación en el escalón superior.
Figura 2: Problema en la coordinación entre instantáneos
En la figura 2 el nivel de cortocircuito al comienzo de la línea 1 es prácticamente igual que el de la barra A, por lo tanto, el relé instantáneo de la posición 52-1 no podrá coordinar con el de la posición 52-2. No habrá otra alternativa que retardar la actuación del primero.
● Protección de sobreintensidad de tiempo independiente (figura 3)
Este tipo de protecciones actúan al superar la intensidad un determinado valor de ajuste después de un tiempo también ajustable.
En general en este tipo de relés el tiempo de actuación y la intensidad determinan gráficos como el de la figura 3.
Is: umbral de funcionamiento en corriente (tarado de corriente)
T: retardo de funcionamiento de la protección (temporización)
Figura 3: Protección de tiempo independiente o definido
Los umbrales de corriente y temporización son normalmente ajustados por el usuario.
Estos relés son adecuados para protección contra cortocircuitos resolviendo, además, el problema de la selectividad al permitir estableces tiempos diferentes en posiciones adyacentes con niveles de falta similares.
Figura 4: Selectividad con relé de tiempo definido
En la figura 4 se observa la solución al problema de falta de coordinación expuesto en la figura 2. En la posición 52-1 se utiliza un relé de sobreintensidad de tiempo definido que permite en caso de falta en la línea 1 que dispare el interruptor 52-2. En caso de falta en la propia barra el interruptor 52-1 despejará el fallo en un tiempo que no debe ser más que el estrictamente necesario para asegurar la coordinación, un tiempo de 0,5 segundos entre escalones es lo recomendable.
Cuando el número de escalones a coordinar es considerable, el tiempo para el último puede resultar inadmisible en el caso de una falta en su zona de protección.
Figura 5: Escalonamiento de tiempos con relés de tiempo definido
En la situación planteada en la figura 5 con una diferencia entre escalones de 0,5 segundos el tiempo del interruptor 52-1 es de 2 segundos siendo este el tiempo con el que se despejaría un cortocircuito en la sección de línea entre barras A y B, pudiendo suceder que la elevada corriente de cortocircuito en las proximidad del sistema no fuera soportada por la línea durante ese tiempo. El problema así planteado puede ser resuelto empleando los denominados relés de tiempo dependiente.
Estos relés actúan al sobrepasar la intensidad un valor ajustado y lo hacen en un tiempo que es función inversa de la sobreintensidad. Cuanto mayor es la corriente que sobrepasa el umbral ajustado menor es el tiempo de actuación (figura 6).
Is : Umbral de funcionamiento de corriente correspondiente a la asíntota vertical de la curva
T : retardo de funcionamiento para 10 Is
Figura 6: Protección de tiempo dependiente
En general el tiempo de actuación responde a la ecuación: 
donde k es una constante de diseño y “e” también por diseño define el grado de inversión de la característica.
donde k es una constante de diseño y “e” también por diseño define el grado de inversión de la característica.
El funcionamiento de la protección a tiempo dependiente está definido en la norma IEC 60255-3
Las normas definen varios tipos de protección de tiempo dependiente que se diferencian por la pendiente de sus curvas características: protección a tiempo inversa, muy inversa y extremadamente inversa.
Figura 7: Curvas inversa, muy inversa y extremadamente inversa para T = 1 segundo
Característica inversa
Esta característica es de uso general y puede utilizarse en cualquier circuito y situación siempre y cuando no existan especiales requerimientos de una mayor disminución del tiempo de disparo (del permitido por esta característica) al aumentar la corriente de cortocircuito. La mayor aplicación, además del uso dado en líneas de distribución como protección de sobreintensidad de fase y neutro, es el de servir como protección de respaldo en transformadores de potencia, o como protección de respaldo de las protecciones de distancia en sistemas puestos a tierra donde se tenga la condición de Zs/Z1 < 2 (Zs = impedancia de la fuente, Z1 = impedancia del circuito protegido).
Característica muy inversa
Se utiliza para proteger líneas de distribución donde se tenga una alta potencia de cortocircuito en la fuente y líneas relativamente largas, con lo cual se pueden tener tiempos relativamente cortos de eliminación de los defectos en faltas cercanas a la fuente, conservando una adecuada selectividad con los defectos que se produzcan en los alimentadores secundarios que parten del lado remoto del alimentador principal. Como vemos, este tipo de característica se adapta bastante bien para proteger líneas troncales de distribución así como alimentadores primarios conectados a transformadores de potencia.
Característica extremadamente inversa
Es muy utilizada para proteger alimentadores secundarios de donde se alimenten circuitos o cargas protegidos por fusibles (es la característica que mejor coordina con estos elementos). Asimismo, es una protección muy útil como respaldo de los relés de tierra en situaciones donde se necesite una gran sensibilidad en faltas a tierra altamente resistivas sin que el tiempo de operación de la protección sea un factor muy restrictivo.
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