Clasificación
de relés por las características constructivas
Teniendo en cuenta las características
constructivas, los relés de protección pueden ser:
·
Relés
electromagnéticos.
·
Relés de
inducción.
·
Relés
electrodinámicos.
·
Relés
térmicos.
·
Relés
electrónicos.
Relés
electromagnéticos
Los relés electromagnéticos están basados en la
fuerza de atracción ejercida entre piezas de material magnético. Esta fuerza
mueve una pieza móvil en el sentido de disminución de la reluctancia del
circuito magnético.
Relé electromagnético de armadura móvil
El circuito magnético está constituido por un
electroimán de núcleo fijo y una armadura móvil.
Figura 12: Armadura móvil de un relé
electromagnético
Relé electromagnético de núcleo de succión
El circuito magnético está constituido por un
electroimán con núcleo móvil y una armadura móvil.
El núcleo móvil se mantiene en su posición de
equilibrio por la acción de un resorte o por su peso propio.
Figura 13: Relé electromagnético de
núcleo de succión
Funcionamiento
y ventajas del relé electromagnético
Sobre el circuito magnético del relé están
bobinados uno o varios arrollamientos, alimentados por las tensiones o las
corrientes, que se han de controlar.
El relé comprende un elemento móvil, que lleva un
contacto y que se mantiene en su posición de equilibrio por un esfuerzo
antagonista, al resorte o a su propio peso.
Cuando la intensidad que circula por los
bobinados alcanza un valor suficiente, el elemento móvil se desvía de forma que
cierra el circuito magnético, lo que provoca el cierre de los contactos.
Relés
de inducción
Los relés de inducción, denominados también relés
Ferraris, son muy empleados por las muchas aplicaciones y combinaciones que
admiten; están basados en el mismo principio que los contadores de inducción.
Figura 14: Relé de disco de inducción
Un disco móvil gira alrededor de un eje en el
entrehierro de un sistema electromagnético análogo al de un contador.
Para obtener un relé de protección, basta oponer
al par del disco, un par resistente de valor fijo conveniente y previamente
calibrado. Este par resistente viene dado por un contrapeso, arrollado sobre el
eje o sobre una polea o por otros sistemas.
Regulación
del valor de funcionamiento
Se puede regular el valor de funcionamiento del
relé, actuando sobre la posición de la armadura y, eventualmente, sobre el
valor del contrapeso y, en su caso, la temporización del relé.
La interacción de las líneas de fuerza generadas
por la bobina, y las corrientes inducidas en el disco, provoca un par de giro
en el mismo que hace desplazar los contactos, hasta el cierre del circuito de
disparo.
Relés
electrodinámicos
El funcionamiento de los relés electrodinámicos
está basado en la acción de una bobina fija sobre una bobina móvil, lo mismo
que en los aparatos electrodinámicos de medida; frecuentemente, incluyen
también un circuito magnético de hierro u otro material magnético y, en este
caso, se denominan relés ferrodinámicos.
Figura 15: Relé electrodinámico
El par es debido a la acción del flujo de las
bobinas de campo sobre la intensidad que pasa por el cuadro móvil.
Valor del par:
En los relés ferrodinámicos, la sección de hierro
del circuito magnético y el valor del entrehierro, se eligen de forma que
eviten cualquier riesgo de saturación dentro del campo de medida del relé.
La sensibilidad de estos relés es muy grande,
aunque no permiten obtener una temporización larga en su funcionamiento, debido
al débil desplazamiento angular de la bobina móvil. Tienen el inconveniente de
su elevado coste de construcción.
Nota
La tensión del circuito se aplica a la bobina
móvil a través de una resistencia en serie. Para evitar que, a causa de la
autoinducción de la bobina móvil, las corrientes inducidas en ésta por el campo
inductor, originen un par parásito antagonista, que es particularmente
perjudicial cuando la intensidad es elevada y la tensión es pequeña (esto es,
precisamente, lo que sucede cuando hay un defecto en la red), la autoinducción
del cuadro se compensa, conectando una fracción de la resistencia en serie, en
paralelo con un condensador de capacidad adecuada.
Relés
térmicos
Figura 16: Relé térmico
Los relés térmicos se emplean, sobre todo, contra
las sobrecargas.
Estos relés desconectan la máquina cuando sus
devanados, por causa de una sobrecarga, alcanzan una temperatura capaz de dañar
los aislantes.
Constan de una imagen térmica del objeto que han
de proteger, es decir, de un dispositivo cuya ley de calentamiento sea análoga
a la del objeto protegido.
Relés
electrónicos
Los relés electrónicos o estáticos recurren, para
su funcionamiento, a dispositivos electrónicos tales como diodos, tiristores,
transistores, circuitos integrados etc.
Figura 17: Relé electrónico
El constante avance de la electrónica ha provocado
que estos relés hayan ganado terreno a los electromecánicos por su fiabilidad y
precisión.
Este tipo de relés son convertidores analógicos-binarios
con función de medida. Las magnitudes
eléctricas tales como corriente, tensión, desfase, frecuencia, etc… que estos
relés deben captar y los valores que resultan por diferenciación, integración u
otra operación matemática aparecen siempre en la entrada del elemento de medida
bajo la forma de señales analógicas.
A la salida de este elemento aparece siempre una
señal binaria, que puede ser 0 si el relé no desconecta o bien 1 si desconecta.
Para los elementos de mando conectados al relé de
protección resultan señales de salida, que pueden utilizarse con un mínimo de
exigencias.
Como se expresa en el esquema siguiente cada relé
de protección electrónico está constituido por elementos individuales. Todos
los elementos son fácilmente reconocibles.
Las señales de forma analógica, es decir,
progresivamente variable que proceden del circuito de medida (transformador de
intensidad o de tensión), entran en el elemento de conversión del relé de
protección, que las convierte de tal manera que pueden ser fácilmente transformadas
en el elemento de medida que sigue.
Este elemento de medida, que es el elemento más
importante para el funcionamiento del relé, conmuta su señal de entrada (que es
también analógica) a partir de cierto valor y suministra en su salida una señal
binaria que puede ser 1 ó 0.
En el elemento de salida esta señal binaria, aún
de poca potencia, se amplifica y transmite a uno o varios dispositivos
accionados. Estos efectúan las operaciones de acoplamiento, tales como apertura
de disyuntores, entrada en acción de un dispositivo de desexcitación rápida,
etc… accionan un dispositivo de señalización o dan una orden de verificación a
los relés de protección de otro puesto de distribución, etc.
Existe también un elemento de alimentación que
proporciona la potencia necesaria a los elementos de medida y de salida. Recibe
esta potencia unas veces de una fuente auxiliar de tensión, otras veces del
mismo circuito de medida, cuando se trata de un accionamiento por medio de
transformadores de intensidad.
Figura 18: Esquema de elementos que
constituyen un relé electrónico
Evolución
en el diseño de relés electrónicos
Figura 19: Evolución de los relés
electrónicos
En la actualidad, la evolución de la tecnología
digital en los relés de protección electrónicos ha producido cambios
importantes en los factores que afectan el funcionamiento y la fiabilidad así
como en la vida útil de los diseños
antes de la obsolescencia técnica. Los métodos tradicionales de evaluación de
sistemas de protección por medio de la inspección de hardware y ensayos no son
en la actualidad adecuados, desde el momento en que más del 80% del contenido
en la ingeniería de diseño de un relé digital es software. Por lo tanto, es
cada vez más importante para los ingenieros de protección el entender los
requisitos que aseguran una óptima calidad del software en el relé. La
mantenibilidad así como la fiabilidad y prestaciones de los relés y sistemas
digitales de protección tienen una dependencia en alto grado de la utilización
de las prácticas de ingeniería de diseño de software y deben ser cuidadosamente
consideradas por los ingenieros de protección.
