Relé numérico

En los sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica industriales y de servicios públicos , un relé numérico es un sistema informático con algoritmos de protección basados ​​en software para la detección de fallas eléctricas . ^{[ 1 ]} Estos relés también se denominan relés de protección de tipo microprocesador . Son sustitutos funcionales de los relés de protección electromecánicos y pueden incluir múltiples funciones de protección en una sola unidad, además de proporcionar funciones de medición, comunicación y autodiagnóstico.

El relé de protección digital es un relé que utiliza un microprocesador para analizar voltajes, corrientes u otras magnitudes del sistema eléctrico con el fin de detectar fallas en un sistema de energía eléctrica o un sistema de proceso industrial. Un relé de protección digital también puede denominarse "relé de protección numérico".

En cambio, un relé de protección electromecánico convierte las tensiones y corrientes en fuerzas y pares magnéticos y eléctricos que ejercen presión sobre los resortes del relé. La tensión del resorte y las conexiones de las bobinas electromagnéticas del relé son los principales mecanismos mediante los cuales el usuario lo activa.

En un relé de estado sólido , las formas de onda de voltaje y corriente de entrada son monitoreadas por circuitos analógicos, no registradas ni digitalizadas. Los valores analógicos se comparan con los ajustes realizados por el usuario mediante potenciómetros en el relé y, en algunos casos, con tomas en transformadores.

En algunos relés de estado sólido, un microprocesador sencillo se encarga de parte de la lógica del relé, pero esta lógica es fija y simple. Por ejemplo, en algunos relés de estado sólido de sobrecorriente temporizada, la corriente alterna entrante se convierte primero en una pequeña señal de CA, que luego se introduce en un rectificador y un filtro que la convierten en una señal continua proporcional a la forma de onda de la CA. Un amplificador operacional y un comparador se utilizan para generar una señal continua que aumenta al alcanzarse un punto de disparo. A continuación, un microprocesador relativamente sencillo realiza una conversión analógica-digital (A/D) lenta de la señal continua, integra los resultados para generar la respuesta de la curva de sobrecorriente temporizada y se dispara cuando la integración supera un punto de ajuste. Si bien este relé cuenta con un microprocesador, carece de las características de un relé digital/numérico, por lo que el término "relé con microprocesador" no es del todo preciso.

El relé digital/numérico fue inventado por George Rockefeller. ^{[ 2 ]} George lo concibió en su tesis de maestría en 1967-68 en el Newark College of Engineering. ^{[ 3 ]} Publicó su artículo fundamental Protección contra fallas con una computadora digital ^{[ 4 ]} en 1969. Westinghouse desarrolló el primer relé digital, el Prodar 70 ^{[ 5 ],} entre 1969 y 1971. Se puso en servicio en una línea de transmisión de 230 kV en la subestación Tesla de PG&E en febrero de 1971 y estuvo en servicio durante seis años. ^{[ 6 ]} En 2017, George recibió el premio IEEE Halperin de transmisión y distribución eléctrica. ^{[ 7 ]} El premio fue por "el desarrollo pionero y la demostración práctica de relés de protección de sistemas de energía eléctrica con técnicas de computadoras digitales en tiempo real". George fue presidente del comité de Control y Relés de Sistemas de Energía (PSRC) del IEEE (1981-1982), así como miembro del "Subcomité de Relés por Computadora", creado por el PSRC en 1971 y disuelto en 1978. Escribió el prólogo del tutorial del PSRC sobre Relés por Computadora, publicado en 1979.

En 1971, M. Ramamoorty fue el primero en describir ^{[ 8 ]} el cálculo de impedancia para protección de distancia utilizando análisis discreto de Fourier .

El primer relé digital/numérico práctico y comercialmente disponible basado en microprocesador fue fabricado por Edmund O. Schweitzer, III a principios de la década de 1980. SEL , AREVA y el Grupo ABB fueron pioneros en algunos de los primeros avances del mercado en este ámbito, pero hoy en día el mercado está saturado con numerosos fabricantes. En la protección de líneas de transmisión y generadores, a mediados de la década de 1990, el relé digital prácticamente había reemplazado al relé de estado sólido y electromecánico en las nuevas construcciones. En las aplicaciones de distribución, el reemplazo por el relé digital fue algo más lento. Si bien la gran mayoría de los relés de alimentación en las nuevas aplicaciones actuales son digitales, el relé de estado sólido todavía se utiliza en algunos casos donde la simplicidad de la aplicación permite relés más sencillos, lo que permite evitar la complejidad de los relés digitales.

Los elementos de protección se refieren a la lógica general que rige la condición eléctrica que se está monitoreando. Por ejemplo, un elemento diferencial se refiere a la lógica necesaria para monitorear dos (o más) corrientes, calcular su diferencia y activarse si esta supera ciertos parámetros. En muchos casos, los términos elemento y función son prácticamente intercambiables.

Para simplificar los diagramas unifilares, la función de protección se suele identificar mediante un número de dispositivo ANSI . En la época de los relés electromecánicos y de estado sólido, cada relé podía implementar solo una o dos funciones de protección, por lo que un sistema de protección completo podía tener muchos relés en su panel. En un relé digital/numérico, muchas funciones se implementan mediante la programación del microprocesador. Cualquier relé numérico puede implementar una o todas estas funciones.

En la página de números de dispositivos ANSI se encuentra una lista de números de dispositivos . A continuación se presenta un resumen de algunos números de dispositivos comunes que se encuentran en relés digitales:

• 11  – Dispositivo multifunción
• 21  – Distancia
• 24  – Voltios/Hz
• 25  – Sincronización
• 27  – Bajo voltaje
• 32  – Elemento de potencia direccional
• 46  – Corriente de secuencia negativa
• 40  – Pérdida de excitación
• 47  – Voltaje de secuencia negativa
• 50  – Sobrecorriente instantánea (N para neutro, G para corriente de tierra)
• 51  – Sobrecorriente de tiempo inverso (N para neutro, G para corriente de tierra)
• 59  – Sobretensión
• 62  – Temporizador
• 64  – Falla a tierra (64F = Tierra de campo, 64G = Tierra de generador)
• 67  – Sobrecorriente direccional (normalmente controla un elemento 50/51)
• 79  – Relé de reconexión
• 81  – Frecuencia inferior/superior
• 86  – Relé de bloqueo / Supervisión del circuito de disparo
• 87  – Diferencial de corriente (87L=diferencial de línea de transmisión; 87T=diferencial de transformador; 87G=diferencial de generador)

• Sistema polifásico
• Línea eléctrica aérea
• corte de energía
• Energía eléctrica trifásica

• Informe del grupo de trabajo "Comprensión de la tecnología basada en microprocesadores aplicada a la relés" , Comité de relés de sistemas de potencia del IEEE
• Abdelmoumene, Abdelkader; Bentarzi, Hamid (23 de junio de 2017). "Una revisión sobre los desarrollos y tendencias de los relés de protección". Journal of Energy in Southern Africa . 25 (2): 91– 95. doi : 10.17159/2413-3051/2014/v25i2a2674 (inactivo el 12 de julio de 2025).{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo desde julio de 2025 ( enlace )
• http://www.scielo.org.za/pdf/jesa/v25n2/10.pdf Una revisión sobre los desarrollos y tendencias de los relés de protección
• Vídeo que explica las pruebas de protección contra sobrecorriente: https://www.youtube.com/watch?v=bQ6fZrrP0H4