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sábado, 26 de enero de 2019

Características y clasificación de los relés de protección (y Parte 2ª)




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.

































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