RELÉS DE FUNCIONES ESPECÍFICAS

Relé de Función Especializada (Protección y Control):

Características Técnicas, Funcionalidad, Aplicaciones.

Relé Térmico (o de Sobrecarga):

El Relé Térmico (o relé de sobrecarga) es un dispositivo de protección esencial, especialmente diseñado para resguardar motores eléctricos contra sobrecargas débiles y prolongadas y el consecuente sobrecalentamiento.

Estructura y Construcción (Tipo Bimetálico):

El principio de funcionamiento del relé térmico electromecánico se basa en el elemento bimetálico, cuyo diseño imita las características térmicas de los devanados del motor que protege.

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Usados Actualmente
Elemento Bimetálico	Es el corazón del relé. Consiste en dos láminas de metales diferentes (con distintos coeficientes de dilatación térmica) unidas firmemente. La corriente principal fluye a través de ellas (o muy cerca de ellas, calentándolas).	Aleaciones de hierro y níquel (bajo coeficiente de dilatación) y latón (alto coeficiente de dilatación).
Resistencia de Calentamiento	En algunos diseños, un conductor principal calienta el bimetal. En otros, la corriente pasa directamente a través de una resistencia adyacente para generar calor.	Cobre para las conexiones de fuerza; materiales resistivos.
Mecanismo de Disparo	Un sistema mecánico de palancas y topes conectado al bimetal. Cuando el bimetal se curva lo suficiente, este mecanismo se libera (disparo o trip).	Generalmente plásticos técnicos y metales para garantizar robustez mecánica.
Contactos Auxiliares	Son los contactos que cambian de estado al dispararse el relé: típicamente 1 NC (Normalmente Cerrado) y 1 NA (Normalmente Abierto).	Aleaciones de plata o níquel para asegurar la conmutación en el circuito de control.
Carcasa	Protege los componentes internos y aísla eléctricamente las partes de fuerza.	Plástico termoestable o termoplástico resistente al calor y a impactos.

Características Técnicas:

Característica	Detalle
Principio de Protección	Térmico (Efecto Joule): Mide el calor generado por la sobrecorriente en las líneas principales.
Función Principal	Protección contra sobrecarga (sobrecorriente débil y prolongada) y fallo de fase (en modelos trifásicos).
Clase de Disparo (IEC 60947-4-1)	Define el tiempo máximo de disparo. Las clases más comunes son Clase 10A (disparo rápido, típicamente en 10 segundos para 7.2 veces la corriente nominal) y Clase 20 o Clase 30 para motores con arranques pesados y largos.
Rango de Ajuste	Disponen de un dial que permite ajustar el valor de la corriente nominal (Ir) del motor, generalmente cubriendo un rango estrecho (ej. 2.5 A a 4 A). El relé se dispara a aproximadamente 1.14 veces la corriente ajustada.
Compensación Térmica	Muchos modelos son compensados. Incluyen una lámina bimetálica de compensación que anula el efecto de la temperatura ambiente sobre la sensibilidad del relé, garantizando una protección precisa incluso en entornos extremos.

Detalles de Funcionamiento:

El relé térmico funciona sobre la base de la dilatación diferencial:

1. Corriente Normal: La corriente del motor fluye a través de (o cerca de) los bimetales. El calor generado es normal y el bimetal se mantiene en su posición de reposo. El contacto NC (95-96) permanece cerrado, energizando la bobina del contactor principal y manteniendo el motor en marcha.
2. Sobrecarga: Una corriente excesiva y prolongada (típica de un rotor bloqueado o una carga mecánica demasiado alta) circula por las líneas. El calor generado por el Efecto Joule es superior al nominal.
3. Deformación: La lámina bimetálica con mayor coeficiente de dilatación se curva en un grado que es proporcional a la sobreintensidad y al tiempo que dura.
4. Disparo (Trip): La curvatura alcanza el punto de accionamiento, liberando el mecanismo de disparo. Esto provoca que el contacto NC (95-96) se abra, desenergizando la bobina del contactor y cortando la alimentación del motor. Simultáneamente, el contacto NA (97-98) se cierra.
5. Rearme: Una vez disparado, el relé debe ser rearmado (manual o automáticamente) después de que los bimetales se enfríen y se haya corregido la causa de la sobrecarga

Señalización y Comunicación de Estado y Falla:

El relé térmico no interrumpe directamente la corriente principal, sino que utiliza sus contactos auxiliares para comunicar el estado de falla al circuito de control.

Elemento de Señalización	Función	Comunicación
Contacto NC (Normalmente Cerrado)	Al dispararse el relé, se abre. Se conecta en serie con la bobina del contactor para cortar la alimentación del motor.	Falla (Desconexión del motor).
Contacto NA (Normalmente Abierto)	Al dispararse el relé, se cierra. Se utiliza para energizar una luz piloto o una alarma.	Indicación remota de falla (ej. se enciende una luz roja).
Indicador Visual (Bandera o Flag)	Un indicador mecánico (a menudo de color rojo o amarillo) que salta a la vista cuando el relé se ha disparado.	Indicación local de estado de falla.
Botón de Prueba (Test)	Permite simular un disparo mecánico para verificar el correcto funcionamiento del mecanismo y de los contactos auxiliares (sin sobrecargar el motor).	Verificación y diagnóstico.
LEDs (Relés Electrónicos)	Los modelos electrónicos utilizan indicadores LED (Run, Trip) para señalizar el estado normal, la sobrecarga y el fallo.	Comunicación precisa del estado operativo.

Aplicaciones:

La aplicación principal y casi exclusiva del relé térmico es la protección de motores eléctricos en una amplia gama de sectores industriales y comerciales. Se utiliza conjuntamente con un contactor, instalándose justo después de este y antes del motor.

• Protección de Motores Trifásicos y Monofásicos: Es el protector estándar contra sobrecarga para motores en cualquier método de arranque (directo, estrella-triángulo, etc.).
• Sistemas de Bombeo y Compresores: Imprescindible en el control de bombas de agua, sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) y compresores neumáticos.
• Transportadores y Maquinaria: Se usa para proteger motores en cintas transportadoras, ascensores, grúas y maquinaria de procesos (molinos, trituradoras).
• Detección de Fallo de Fase: Los relés térmicos modernos (diferenciales) son sensibles al desequilibrio de carga, por lo que ofrecen una protección adicional contra la pérdida de una fase en sistemas trifásicos, que es muy destructiva para un motor.

Para comprender cómo funciona el mecanismo bimetálico y cómo se utiliza para proteger el motor, puedes ver el siguiente video:

https://youtu.be/IEYyz2pMJUw

Relé Temporizador (o de Tiempo):

El Relé Temporizador (o relé de tiempo, timer relay) es un dispositivo que se utiliza en circuitos de control y automatización para introducir retrasos de tiempo en la operación de un circuito. Su principal característica es que la conmutación de sus contactos ocurre un tiempo preestablecido después de recibir (o perder) la señal de activación.

Estructura y Construcción:

Existen varios tipos de relés temporizadores, pero los más modernos suelen ser electrónicos o neumáticos/electromecánicos (menos comunes en aplicaciones modernas).

1. Tipo Electrónico (El más común actualmente)

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Usados Actualmente
Circuito de Control	Placa de circuito impreso (PCB) con un microcontrolador o circuito integrado de temporización (RC). Es el encargado de medir el tiempo.	Semiconductores (chips de silicio), resistencias, condensadores, placa PCB de fibra de vidrio.
Relé de Salida	Un pequeño relé electromecánico o de estado sólido que es accionado por el circuito de control al finalizar el tiempo ajustado.	Cobre para bobina y pistas, aleaciones de plata/níquel en los contactos.
Ajuste de Tiempo	Potenciómetros, dip switches o pantallas digitales para configurar el rango y el tiempo específico.	Plásticos para la carcasa y diales, conexiones metálicas.

2. Tipo Electromecánico (Neumático)

Aunque obsoletos en muchos casos, su construcción se basa en un amortiguador neumático o hidráulico acoplado a un relé estándar, lo que permite que el movimiento del contacto se retarde.

Características Técnicas

Característica	Detalle
Función de Retardo	Define el comportamiento del relé. Las funciones principales son: "A la Conexión" (On-Delay) y "A la Desconexión" (Off-Delay).
Rango de Tiempo	El intervalo de tiempo que puede ser ajustado. Varía desde fracciones de segundo (ms) hasta horas (h).
Precisión	La desviación máxima del tiempo ajustado. Los relés electrónicos ofrecen una precisión muy alta (a menudo < ±0.5%), mientras que los neumáticos son menos precisos.
Contactos	Contactos de salida que conmutan al finalizar la temporización. Comúnmente 1 contacto conmutado (SPDT) o 2 contactos (1 NA y 1 NC).
Alimentación	Voltaje de operación de la bobina o del circuito electrónico de control (ej. 24 VDC, 120 VAC, 230 VAC).

Detalles de Funcionamiento

El relé temporizador opera en el circuito de mando (control), no en el circuito de fuerza, y se acciona a través de su circuito de control para conmutar sus contactos auxiliares.

1.   Temporización a la Conexión (On-Delay):

El retardo comienza cuando el relé recibe alimentación (tensión en la bobina A1-A2):

• T = 0: Se energiza el relé. Los contactos auxiliares NO CONMUTAN inmediatamente.
• 0 < T < Tiempo Ajustado: El relé está contando el tiempo. Los contactos mantienen su estado de reposo (NA abierto, NC cerrado).
• T = Tiempo Ajustado: El temporizador conmuta sus contactos (NA se cierra, NC se abre). Los contactos se mantienen en este estado mientras el relé siga energizado.

2.   Temporización a la Desconexión (Off-Delay):

El retardo comienza cuando el relé pierde alimentación (la señal de control se retira).

• T = 0 (Energizado): Se energiza el relé. Los contactos CONMUTAN inmediatamente (NA se cierra, NC se abre).
• T = 0 (Desenergizado): Se retira la alimentación (la señal de control). El relé comienza a contar el tiempo mientras sus contactos permanecen conmutados.
• T = Tiempo Ajustado: El temporizador retorna a su estado de reposo (NA se abre, NC se cierra).

Señalización y Comunicación de Estado y Falla:

La mayoría de los relés temporizadores electrónicos modernos incorporan LEDs para indicar su estado:

Elemento de Señalización	Función	Comunicación
LED de Alimentación (Power)	Se ilumina cuando el relé recibe la tensión de alimentación.	Relé activo/energizado.
LED de Temporización (Timing)	Parpadea o se ilumina fijamente mientras el relé está contando el tiempo.	Proceso de retardo en curso.
LED de Salida (Output)	Se ilumina cuando el contacto de salida (NA) ha conmutado al finalizar la temporización.	El tiempo ha finalizado, la carga está activada.

 

Falla:

Dado que la mayoría son electrónicos, las fallas suelen ser catastróficas (el relé deja de funcionar) o de inexactitud en el tiempo.

• Falla de Temporización: Si el LED de temporización no se activa o el relé conmuta a un tiempo incorrecto, puede ser un problema del circuito interno (componentes R-C o microcontrolador).

Falla de Contacto: El relé se temporiza correctamente, pero los contactos de salida se han soldado o desgastado (falla común de los relés electromecánicos de salida).

Aplicaciones:

El relé temporizador es un componente fundamental en la automatización de procesos donde el tiempo es un factor clave:

• Arranque de Motores (Estrella-Triángulo): Utiliza un relé On-Delay para conmutar el motor de la conexión inicial en estrella a la conexión de trabajo en triángulo después de un tiempo preestablecido.
• Sistemas de Iluminación y Ventilación: Control de luces de escalera o sistemas de ventilación que deben permanecer encendidos durante un tiempo fijo después de ser activados.
• Procesos de Producción: Retrasar la inyección de un material, el movimiento de un actuador, o la secuencia de llenado de un tanque en función de una receta.
• Protección y Control de Bombas: Usar temporizadores para evitar el ciclo corto (arranque y parada rápida y repetitiva) en bombas y compresores, prolongando su vida útil.

Relé de Enclavamiento (Latching Relay):

El Relé de Enclavamiento (Latching Relay) es un interruptor electromagnético que, a diferencia de los relés estándar, mantiene su estado conmutado incluso después de que se retira el pulso de energía de la bobina. Su principal ventaja es que proporciona memoria mecánica y ahorro de energía, ya que solo necesita un breve pulso para cambiar de estado.

Estructura y Construcción:

Existen dos tipos principales de relés de enclavamiento: De Bobina Sencilla (activado por polaridad o pulso) y De Doble Bobina (activado por pulsos separados SET y RESET).

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Usados Actualmente
Mecanismo de Bloqueo	La parte clave. Puede ser un imán permanente (en el tipo polarizado) o un mecanismo mecánico de trinquete y resorte que mantiene la armadura en la posición conmutada.	Imanes de Neodimio o Ferrita (para polarizados); Aceros y aleaciones resistentes para el trinquete.
Bobina(s)	Una (si es sensible a la polaridad) o Dos (SET y RESET, para el tipo de doble bobina). Reciben el pulso de control.	Cobre esmaltado.
Armadura	La pieza móvil que es atraída por el campo magnético y bloqueada por el mecanismo.	Aleaciones de hierro o acero ferromagnético.
Contactos	Los interruptores que conmutan el circuito de carga.	Aleaciones de plata o paladio para un bajo desgaste y alta conductividad.
Carcasa	Cubierta protectora.	Plásticos termoplásticos de ingeniería.

Características Técnicas:

• Función de Memoria: El relé mantiene su estado (conectado o desconectado) sin consumo continuo de energía en la bobina.
• Ahorro de Energía: Consume energía solo durante el breve pulso necesario para cambiar de estado (SET/RESET).
• Activación:
• Doble Bobina: Requiere un pulso a la bobina SET para encender y un pulso a la bobina RESET para apagar.
• Bobina Sencilla (Polarizada): Requiere un pulso de una polaridad para SET y un pulso de polaridad opuesta para RESET.
• Capacidad de Conmutación: Generalmente diseñado para conmutar cargas medianas o grandes, aunque los modelos pequeños se usan para señales.
• Tiempo de Pulso: Requiere un tiempo mínimo de pulso (ej. > 50 ms) para garantizar que el mecanismo de bloqueo se active completamente.

Funcionamiento Detallado:

El funcionamiento varía ligeramente según el tipo de construcción:

A. Tipo Doble Bobina (SET/RESET):

1. Estado de Reposo: El relé está en el estado RESET (por ejemplo, Contacto NA abierto). Ambas bobinas están desenergizadas.
2. Activación (SET): Se aplica un pulso a la bobina SET. El electroimán mueve la armadura y el mecanismo de bloqueo la fija en el nuevo estado (NA cerrado).
3. Memoria: Se retira el pulso; el relé permanece en el estado SET.
4. Desactivación (RESET): Se aplica un pulso a la bobina RESET. Esta bobina anula o supera la fuerza de bloqueo, y la armadura se mueve de vuelta al estado RESET, donde se vuelve a bloquear.

B. Tipo Bobina Sencilla (Polarizado):

1. Activación (SET): Se aplica un pulso de tensión con Polaridad A a la única bobina. El campo magnético generado interactúa con el imán permanente, moviendo la armadura al estado SET y fijándola.
2. Desactivación (RESET): Se aplica un pulso de tensión con Polaridad B (inversa). Esto invierte el campo del electroimán, que anula el bloqueo del imán permanente y mueve la armadura al estado RESET, donde se vuelve a fijar.

Señalización y Comunicación de Estado y Falla:

Señalización de Estado:

• Dado que el relé mantiene su estado sin energía en la bobina, la señalización principal se realiza a través de un contacto auxiliar adicional que indica la posición (SET/RESET) a un PLC o sistema de control.
• Algunos modelos tienen una bandera visible que indica mecánicamente el estado de conmutación.

Falla:

• Falla de Bloqueo: El mecanismo de bloqueo mecánico o magnético falla, lo que provoca que la armadura regrese a su posición original al retirarse el pulso.
• Bobina Quemada: Una bobina abierta o en cortocircuito impide el cambio de estado (SET o RESET).
• Contactos Soldados: Una sobrecorriente o un pico inductivo excesivo hace que los contactos se suelden, impidiendo el cambio de estado.

Aplicaciones:

El relé de enclavamiento es fundamental donde se requiere memoria o control de energía eficiente:

Sistemas de Iluminación (Relés Biestables):

El uso más común. Permiten encender y apagar luces con un simple pulsador, y el relé recuerda el estado de la luz incluso si se corta la alimentación al edificio (aunque la luz se apague, el relé mantendrá el circuito listo para cerrar al restablecerse la energía).

Medidores de Energía (Contadores Inteligentes):

Utilizados para desconectar o reconectar remotamente la carga del cliente (el suministro eléctrico).

Automatización Industrial:

Circuitos de memoria sencillos y fiables donde el estado de una máquina o proceso debe ser recordado sin alimentación constante.

Sistemas de Seguridad:

Circuitos de emergencia donde la posición del interruptor debe mantenerse hasta que se ejecute una acción de reinicio espec

Relé de Protección (e.g., de Corriente, Tensión, o Diferencial):

El Relé de Protección es un dispositivo fundamental en los sistemas eléctricos de potencia, diseñado para detectar fallas (cortocircuitos, sobrecargas, fallos de tierra, etc.) y emitir una orden de disparo al interruptor automático (disyuntor) asociado, aislando así la parte dañada del sistema para evitar daños mayores a equipos y garantizar la estabilidad de la red.

Actualmente, predominan los Relés Numéricos o Basados en Microprocesador (a menudo llamados IED - Intelligent Electronic Devices), que han reemplazado a los modelos electromecánicos y estáticos.

 Características Técnicas (Relé Numérico):

Los relés de protección modernos se caracterizan por su alto rendimiento y flexibilidad:

Característica	Detalle
Multifunción	Un solo equipo puede implementar múltiples funciones de protección (ej. sobrecorriente 50/51, falla a tierra 50N/51N, subtensión 27, direccional 67, diferencial 87), según los códigos ANSI/IEEE.
Selectividad	Habilidad para aislar solo la sección del sistema que experimenta la falla, dejando el resto del sistema en servicio.
Rapidez	Tiempo de operación extremadamente bajo, a menudo medido en milisegundos (ms), crucial para limitar el daño por arco.
Sensibilidad	Capacidad para detectar fallas que resultan en pequeños cambios en la corriente o tensión.
Precisión	Alta exactitud en la medición de los parámetros eléctricos (corriente y tensión).
Compensación	Pueden compensar automáticamente las variaciones de temperatura ambiente y envejecimiento del equipo.

Detalles Estructurales y de Construcción:

El relé de protección moderno es esencialmente una computadora especializada montada en un chasis robusto.

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Usados Actualmente
Entradas Analógicas	Puertos que reciben las señales reducidas de los transformadores de corriente (TCs) y transformadores de potencial (TPs).	Bloques de terminales de cobre/latón, circuitos de acondicionamiento de señal (filtrado y escalado).
Convertidor A/D (ADC)	Convierte las señales analógicas (corriente/tensión) en datos digitales para ser procesados por el microprocesador.	Chips semiconductores de alta velocidad y resolución.
Microprocesador (CPU)	Ejecuta los algoritmos de protección (ej. Fourier, RMS, diferencial) en tiempo real para tomar la decisión de disparo.	Placas de circuito impreso (PCB), chips de silicio (microcontroladores/DSPs), memorias RAM/FLASH.
Salidas de Disparo	Circuitos que envían la señal de disparo al interruptor automático. Son la interfaz con el circuito de control de la subestación.	Relés electromecánicos o relés de estado sólido (SSR) de alta confiabilidad y capacidad de conmutación.
Entradas Digitales	Reciben señales de estado de otros equipos (ej. posición del disyuntor, alarmas, comandos remotos).	Optoacopladores para aislamiento galvánico de alto voltaje.
Carcasa	Proporciona protección electromagnética y física.	Cajas metálicas (aluminio o acero) con protección IP (Ingress Protection).

 

Detalles de Funcionamiento (Ej. Relé Diferencial - Código ANSI 87):

El relé de protección opera mediante un ciclo de medición, procesamiento y actuación:

 

1. Muestreo: El ADC toma muestras de las formas de onda de corriente y tensión a una alta frecuencia (típicamente miles de muestras por ciclo).
2. Procesamiento: El microprocesador aplica algoritmos matemáticos (software) a estas muestras para extraer la información relevante (valores eficaces, ángulo de fase, armónicos).
3. Lógica de Protección: El relé compara los valores medidos con los ajustes preestablecidos (setpoints).
• Ejemplo Relé Diferencial (87): Mide la corriente en la entrada y en la salida de un equipo protegido (ej. transformador de potencia). En condiciones normales, la corriente de entrada debe ser igual a la de salida (corriente diferencial = 0).
• Detección de Falla: Si la diferencia entre la corriente de entrada y la de salida supera un umbral ajustado (lo que implica una falla interna, como un cortocircuito entre espiras), el relé inicia la acción de disparo.
4. Disparo: Si se cumplen las condiciones de falla, el relé activa su contacto de salida, enviando una señal de alta velocidad a la bobina de disparo del disyuntor, que abre el circuito en milisegundos.

Señalización y Comunicación de Estado y Falla:

Los relés modernos son "inteligentes" y tienen amplias capacidades de comunicación:

Función	Detalle
HMI (Human-Machine Interface)	Pantalla frontal y teclado para visualización local de valores, ajustes y mensajes de falla.
Registro de Eventos (Event Recorder)	Almacena cronológicamente todas las acciones del relé (cambios de ajuste, energización, disparo, etc.).
Oscilografía (Fault Recorder)	Almacena las formas de onda de corriente y tensión durante la falla. Es crucial para el análisis post-falla.
Puertos de Comunicación	Puertos Ethernet o Seriales (RS-485) para la conexión con el SCADA (Sistema de Control y Adquisición de Datos).
Protocolos de Comunicación	Utilizan protocolos industriales como IEC 66850, Modbus o DNP3 para enviar información de estado, mediciones y alarmas a un centro de control remoto.
Señalización de Falla	Contactos auxiliares dedicados para encender luces piloto y alarmas en el panel (ej. luz roja para "Disparo", luz ámbar para "Alarma").

 

Aplicaciones:

Los relés de protección son indispensables en todos los niveles del sistema de potencia:

• Generación: Protección de generadores contra fallas internas, sobreexcitación (24), y pérdida de sincronismo (78).
• Transmisión y Distribución: Protección de líneas de transmisión (distancia 21, direccional de sobrecorriente 67) y buses de subestación (diferencial de barra 87B).
• Transformadores de Potencia: Protección diferencial (87T) y de sobrecorriente (51).
• Motores Industriales: Protección contra sobrecarga (49/51), rotor bloqueado (50), y falla a tierra.
• Capacitores/Reactores: Protección de equipos de compensación contra sobretensión y desequilibrio.

Relés Numéricos o Basados en Microprocesador:

Los Relés Numéricos o Basados en Microprocesador son la tecnología estándar actual en la protección de sistemas eléctricos. Se diferencian de los relés electromecánicos por su capacidad de procesar digitalmente las señales de corriente y tensión, permitiendo una protección más rápida, precisa, flexible y multifuncional.

Características Técnicas Clave:

Característica	Detalle
Multifunción (Códigos ANSI)	Un solo relé puede alojar múltiples funciones de protección (ej. sobrecorriente 50/51, falla a tierra 50N/51N, diferencial 87, direccional 67).
Velocidad y Precisión	El procesamiento digital permite tiempos de operación de milisegundos y una alta exactitud en la medición (clase 0.2 o mejor).
Selectividad	Mayor capacidad de discriminar entre fallas internas y externas a la zona de protección, garantizando que solo el equipo dañado sea aislado.
Flexibilidad	Los ajustes (settings) se configuran por software y pueden cambiarse remotamente o localmente sin modificar el hardware.
Diagnóstico y Monitoreo	Incluyen funciones de registro de eventos (sucesos), oscilografía (formas de onda de falla) y monitoreo en tiempo real del estado de los equipos.

Estructura y Construcción:

Un relé numérico es un IED (Dispositivo Electrónico Inteligente) compuesto por hardware electrónico de alta confiabilidad y un firmware especializado.

Componente	Detalle Estructural y Función	Materiales Usados
Módulos de Entrada Analógica	Acondicionan las señales de bajo nivel provenientes de los transformadores de corriente (TCs) y potencial (TPs), mediante filtros y amplificadores de aislamiento.	Circuitos impresos (PCB), Componentes pasivos de alta precisión (resistores y condensadores).
Convertidor A/D (ADC)	Es el puente. Toma muestras de las señales analógicas a alta velocidad y las convierte en datos digitales.	Chips semiconductores de alta resolución y muestreo (ej. 16-24 bits).
Unidad de Procesamiento Central (CPU/DSP)	El "cerebro" del relé. Ejecuta los algoritmos de protección (ej. transformada de Fourier para calcular RMS, algoritmos de distancia).	Microprocesadores o Procesadores de Señal Digital (DSP) de alta velocidad.
Módulos de Salida (Disparo)	Envían la señal de disparo al interruptor automático. Deben ser extremadamente robustos y confiables.	Relés electromecánicos sellados o, a veces, Relés de Estado Sólido (SSR). Aislamiento por optoacopladores.
Comunicaciones	Módulos de red para conectividad.	Puertos Ethernet o seriales con aislamiento galvánico para inmunidad al ruido.
Carcasa	Protege los componentes electrónicos del entorno electromagnético severo de las subestaciones.	Chasis metálico (aluminio o acero) con blindaje electromagnético (EMI/RFI).

Detalles de Funcionamiento:

El relé numérico opera mediante un proceso cíclico de alta velocidad:

1. Medición (Muestreo y Digitalización): Las señales analógicas de TCs y TPs se convierten en un flujo continuo de datos digitales mediante el ADC.
2. Procesamiento Algorítmico: El DSP ejecuta los algoritmos de protección. Por ejemplo, en el relé de sobrecorriente, calcula el valor eficaz (RMS) de la corriente en tiempo real.
3. Lógica de Decisión: El relé compara el valor calculado con los setpoints (ajustes) preprogramados. Si la condición de falla se mantiene durante un tiempo predefinido (característica de tiempo-corriente) o supera un umbral instantáneo, se toma la decisión de disparar.
4. Disparo: El relé activa sus contactos de salida, enviando energía a la bobina del disyuntor para aislar la falla en el menor tiempo posible, manteniendo la selectividad con otros relés.

Señalización y Comunicación de Estado y Falla:

La capacidad de comunicación es una de las mayores ventajas de los relés numéricos, transformándolos en IEDs:

• HMI (Interfaz Hombre-Máquina): Pantalla frontal LCD/LED para mostrar valores en tiempo real, ajustes y los mensajes de falla de forma local.
• Registros de Falla (Fault Records):
• Oscilografía: Almacena las formas de onda de corriente y tensión antes, durante y después del evento. Es esencial para el análisis de la falla (troubleshooting).
• Registro de Eventos: Lista cronológica de todos los cambios de estado (ej. "Arranque de relé 51", "Disparo de disyuntor").
• Comunicación Remota: Permite la integración con los sistemas de supervisión y control de subestaciones (SCADA). Utilizan protocolos estándar como IEC 61850 (el protocolo actual más avanzado), DNP3 o Modbus para enviar datos y recibir comandos.
• Autodiagnóstico: Los relés numéricos monitorean continuamente su propio hardware y software e informan de fallos internos (ej. fallo de comunicación, fallo de la fuente de alimentación) al centro de control.

Aplicaciones:

Los relés numéricos se utilizan en la protección de todos los activos del sistema de potencia, desde la generación hasta el usuario final:

 

• Protección de Líneas: Relés de Distancia (21), Direccionales (67) y Recloser (79).
• Protección de Transformadores: Relés Diferenciales (87), de Sobrecorriente y sobretemperatura.
• Protección de Generadores y Motores: Protección contra desequilibrio (46), rotor bloqueado, sobre/subfrecuencia (81) y pérdida de sincronismo (78).
• Protección de Barras (Buses): Relés Diferenciales de Barra (87B) de alta velocidad.
• Control de Subestaciones: Cumplen funciones de control, automatización de bahías y recolección de datos, además de la protección.

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