Relé de Protección Diferencial

Definición

Un relé de protección diferencial es aquel cuya operación depende de la diferencia de fase de dos o más cantidades eléctricas. Funciona basándose en el principio de comparar el ángulo de fase y la magnitud de las mismas cantidades eléctricas.

Ejemplo

Tomemos como ejemplo la comparación de las corrientes de entrada y salida de una línea de transmisión. Si la magnitud de la corriente de entrada de la línea de transmisión supera la de la corriente de salida, indica que hay una corriente adicional fluyendo a través de ella debido a un fallo. Esta diferencia de corriente puede activar el relé de protección diferencial.

Condiciones Esenciales para la Operación

Para que un relé de protección diferencial funcione correctamente, se deben cumplir las siguientes condiciones:

• La red en la que se emplea el relé debe poseer dos o más cantidades eléctricas similares.

• Estas cantidades deben tener un desplazamiento de fase de aproximadamente 180º.

Los relés de protección diferencial se utilizan para proteger diversos componentes eléctricos como generadores, transformadores, alimentadores, motores grandes y barras. Se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Relé Diferencial de Corriente

• Relé Diferencial de Voltaje

• Relé Diferencial Sesgado o de Porcentaje

• Relé Diferencial de Equilibrio de Voltaje

Relé Diferencial de Corriente

Un relé diferencial de corriente es un tipo de relé que detecta y responde a la diferencia de fase entre la corriente que entra en un sistema eléctrico y la corriente que sale de él. La figura a continuación ilustra un arreglo donde los relés de sobrecorriente están conectados para funcionar como un relé diferencial.

La configuración del relé de sobrecorriente se muestra en la figura a continuación. La línea punteada indica la sección que se pretende proteger. Los transformadores de corriente (TC) están posicionados en ambos extremos de la zona protegida. Las segundarias de estos transformadores están conectadas en serie a través de cables piloto. Como resultado, las corrientes inducidas en los TC fluyen en la misma dirección. La bobina de operación del relé está conectada a las segundarias de los TC.

En condiciones normales de operación, las magnitudes de las corrientes en las segundarias de los transformadores de corriente (TC) son idénticas, resultando en una corriente nula que fluye a través de la bobina de operación. Sin embargo, cuando ocurre un fallo, las magnitudes de las correntes en las segundarias de los TC se vuelven desiguales, lo que dispara la operación del relé.

Bobina Diferencial Sesgada o de Porcentaje

El relé diferencial sesgado o de porcentaje es el tipo de relé diferencial más comúnmente empleado. Su configuración es similar a la del relé diferencial de corriente. La principal diferencia radica en la inclusión de una bobina de restricción adicional, que está conectada en los cables piloto, como se ilustra en la figura a continuación.

La bobina de operación está conectada en el punto medio de la bobina de restricción. Cuando ocurre una corriente de fallo, la relación de corriente en los transformadores de corriente se vuelve desequilibrada. Sin embargo, este problema se aborda eficazmente mediante la bobina de restricción.

Relé Diferencial Sesgado de Inducción

El relé diferencial sesgado de inducción cuenta con un disco que gira libremente entre electroimanes. Cada electroimán está equipado con un anillo de sombreado de cobre, que puede moverse hacia dentro y fuera del electroimán. El disco se ve influenciado tanto por los elementos de restricción como por los de operación, resultando en una fuerza neta que actúa sobre él.

Cuando la posición del anillo de sombreado está en un estado equilibrado para ambos elementos, el par resultante que actúa sobre el anillo se vuelve cero. Sin embargo, si el anillo se mueve hacia el núcleo de hierro, se ejercerán torques desiguales sobre el anillo debido a la influencia combinada de las bobinas de operación y restricción.

Relé Diferencial de Equilibrio de Voltaje

El relé diferencial de corriente no es adecuado para proteger alimentadores. Para proteger alimentadores, se utilizan relés diferenciales de equilibrio de voltaje. En una configuración de relé diferencial de equilibrio de voltaje, se colocan dos transformadores de corriente idénticos en cada extremo de la zona protegida y se conectan a través de cables piloto.

Estos relés están conectados en serie con las segundarias de los transformadores de corriente. Se configuran de tal manera que no pase corriente a través de ellos durante la operación normal. El relé diferencial de equilibrio de voltaje utiliza transformadores de corriente de núcleo de aire, donde se inducen voltajes en proporción a la corriente que fluye a través de ellos.

Cuando ocurre un fallo dentro de la zona protegida, las corrientes en los transformadores de corriente (TC) se vuelven desequilibradas. Este desequilibrio perturba los voltajes en las segundarias de los TC. Como consecuencia, comienza a fluir corriente a través de la bobina de operación del relé. Como resultado, el relé se activa y emite una orden al interruptor, instándolo a desconectar y aislar la sección defectuosa del circuito.