Relé de Diferencial Percentual

Definición: Un relé diferencial porcentual se define como un tipo de relé que funciona en base a la diferencia de fase entre dos o más cantidades eléctricas similares. Representa una forma avanzada de relé de protección diferencial. La única distinción entre este y otros relés diferenciales radica en la presencia de una bobina de restricción. El relé diferencial porcentual incorpora una bobina de restricción precisamente para abordar problemas derivados de discrepancias en la relación de corrientes cuando se trata con corrientes de cortocircuito externo de gran magnitud.

El sistema diferencial porcentual presenta una bobina de restricción conectada dentro del cable piloto, como se muestra en la figura siguiente. Las corrientes inducidas en ambas transformadoras de corriente (TC) fluyen a través de esta bobina de restricción. Mientras tanto, la bobina operativa está posicionada en el punto medio de la bobina de restricción.

La bobina de restricción gobierna la característica sensible del relé. Sirve para evitar que el transformador se desconecte indeseadamente debido a corrientes desequilibradas. Además, la bobina de restricción atenúa los armónicos presentes en la corriente de inrush.

Principio de funcionamiento del relé diferencial porcentual

El par generado por la bobina de restricción actúa para prevenir el cierre del circuito de disparo, mientras que el par de la bobina operativa intenta cerrar los contactos del circuito de disparo. Bajo condiciones de operación normales y durante escenarios de carga de paso, el par producido por la bobina de restricción supera al de la bobina operativa. En consecuencia, el relé permanece en un estado no operativo.

Cuando ocurre un fallo interno, el par operativo supera al par de restricción. En ese momento, los contactos del circuito de disparo se cierran, lo que abre el interruptor. El par de restricción puede ajustarse alterando el número de espiras de la bobina de restricción.

Debido a la influencia de la bobina de restricción, la corriente diferencial requerida para la operación de este relé es una cantidad variable. La corriente diferencial en la bobina operativa es proporcional a (I1 - I2). Dado que la corriente operativa está conectada al punto medio de la bobina de restricción, la corriente en la bobina de restricción es proporcional a (I1 + I2)/2. Durante fallos externos, tanto I1 como I2 aumentan, lo que lleva a un aumento en el par de restricción. Esto evita eficazmente que el relé falle.

Característica operativa del relé diferencial porcentual

La característica operativa del relé diferencial porcentual se ilustra en la figura siguiente. El gráfico demuestra claramente que la relación de la corriente operativa a la corriente de restricción permanece en un porcentaje fijo. Este tipo de relé también se conoce como relé diferencial sesgado. La razón es que la bobina de restricción a menudo se denomina bobina de sesgo, ya que genera un flujo magnético adicional, influyendo en la operación del relé.

Tipos de relé diferencial porcentual

El relé diferencial porcentual se clasifica principalmente en dos tipos, a saber:

• La aplicación del relé diferencial porcentual en un sistema de tres terminales.

• El relé diferencial sesgado de tipo inducción.

Estos relés se utilizan para la protección de diversos componentes eléctricos como generadores, transformadores, alimentadores, líneas de transmisión, etc.

1. Aplicación en sistema de tres terminales

Este tipo de relé diferencial porcentual puede utilizarse para elementos eléctricos con más de dos terminales. En una configuración de tres terminales, cada terminal está asociado con una bobina que tiene un número igual de espiras. Los pares generados por estas bobinas actúan de manera independiente y se combinan aritméticamente.

La característica de pendiente porcentual del relé varía según la distribución de corrientes entre las bobinas de restricción. Estos relés están diseñados para operar instantáneamente o a alta velocidad, permitiendo una respuesta rápida a condiciones anormales.

2. Relé diferencial sesgado de tipo inducción

El relé diferencial sesgado de tipo inducción presenta un disco pivotante que se mueve dentro de los espacios aéreos de dos electroimanes. Un anillo de cobre está adjunto a una parte de cada polo, y este anillo tiene la capacidad de moverse hacia, dentro o lejos del polo. Esta disposición mecánica juega un papel crucial en la operación del relé, permitiéndole detectar diferencias en las cantidades eléctricas y desencadenar acciones protectoras cuando sea necesario.

El disco está sometido a dos pares distintos: uno generado por el elemento operativo y otro por el elemento de restricción. Cuando los anillos de sombreado de ambos elementos están posicionados de manera idéntica, el par de restricción que actúa sobre el anillo se convierte en cero. Sin embargo, cuando el anillo de sombreado del elemento de restricción se desplaza más profundamente en el núcleo de hierro, el par ejercido por el elemento de restricción supera al par operativo.