La protección eléctrica eficiente es vital para la seguridad y continuidad de los sistemas de potencia modernos. La selección precisa de relés de sobrecorriente y tiempo inverso es esencial para evitar fallas y optimizar la coordinación.
Este artículo explica cómo calcular y seleccionar relés de sobrecorriente y tiempo inverso según IEEE e IEC. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de selección de relés de sobrecorriente y tiempo inverso – IEEE, IEC
- ¡Hola! ¿En qué cálculo, conversión o pregunta puedo ayudarte?
- Calcular el tiempo de disparo para un relé IEC con curva estándar, corriente de falla de 800 A, corriente de ajuste 200 A, dial 0.5.
- Seleccionar el tipo de curva IEEE para una protección de alimentador con corriente de cortocircuito de 1200 A y ajuste de 300 A.
- Determinar el valor óptimo de dial de tiempo para un relé IEC con corriente de pickup de 150 A y corriente de falla de 600 A.
- Comparar el tiempo de operación entre un relé IEC y uno IEEE para una corriente de 1000 A, ajuste 250 A, dial 1.0.
Tablas de valores comunes para la selección de relés de sobrecorriente y tiempo inverso – IEEE, IEC
La correcta selección de los parámetros de los relés de sobrecorriente y tiempo inverso requiere conocer los valores típicos de ajuste, tipos de curvas y factores de tiempo. A continuación, se presentan tablas extensas y responsivas con los valores más utilizados en la industria, tanto para normativas IEC como IEEE.
| Norma | Tipo de Curva | Descripción | Fórmula | Constante α | Constante β | Constante γ | Constante δ | Rango de Dial de Tiempo | Corriente de Pickup (A) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IEC 60255 | Standard Inverse (SI) | Curva inversa estándar | t = α × (TMS) / [(I/Is)^β – 1] | 0.14 | 0.02 | 1.0 | 0 | 0.05 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEC 60255 | Very Inverse (VI) | Curva muy inversa | t = α × (TMS) / [(I/Is)^β – 1] | 13.5 | 1.0 | 1.0 | 0 | 0.05 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEC 60255 | Extremely Inverse (EI) | Curva extremadamente inversa | t = α × (TMS) / [(I/Is)^β – 1] | 80 | 2.0 | 1.0 | 0 | 0.05 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEC 60255 | Long Time Inverse (LTI) | Curva larga inversa | t = α × (TMS) / [(I/Is)^β – 1] | 120 | 1.0 | 1.0 | 0 | 0.05 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEEE C37.112 | Moderately Inverse | Curva moderadamente inversa | t = TD × (0.0515 / [(I/Is)^0.02 – 1]) | 0.0515 | 0.02 | 1.0 | 0 | 0.1 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEEE C37.112 | Very Inverse | Curva muy inversa | t = TD × (19.61 / [(I/Is)^2 – 1]) | 19.61 | 2.0 | 1.0 | 0 | 0.1 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEEE C37.112 | Extremely Inverse | Curva extremadamente inversa | t = TD × (28.2 / [(I/Is)^2 – 1]) | 28.2 | 2.0 | 1.0 | 0 | 0.1 – 1.0 | 50 – 2000 |
| IEEE C37.112 | Short Time Inverse | Curva corta inversa | t = TD × (0.00583 / [(I/Is)^0.02 – 1]) | 0.00583 | 0.02 | 1.0 | 0 | 0.1 – 1.0 | 50 – 2000 |
En la tabla anterior se resumen los tipos de curvas más comunes, sus fórmulas, constantes y rangos de ajuste. Los valores de corriente de pickup (Is) y dial de tiempo (TMS o TD) deben seleccionarse según la aplicación y la coordinación requerida.
Fórmulas para la selección y cálculo de relés de sobrecorriente y tiempo inverso – IEEE, IEC
El cálculo del tiempo de operación de los relés de sobrecorriente y tiempo inverso se basa en fórmulas normalizadas por las normas IEC 60255 y IEEE C37.112. A continuación, se presentan las fórmulas principales y la explicación detallada de cada variable involucrada.
Fórmula general IEC 60255
- t: Tiempo de operación del relé (segundos).
- α: Constante de la curva (ver tabla anterior).
- TMS: Time Multiplier Setting (Dial de tiempo), rango típico 0.05 – 1.0.
- I: Corriente de falla medida (amperios).
- Is: Corriente de pickup o ajuste (amperios).
- β: Exponente de la curva (ver tabla anterior).
Valores comunes de α y β según el tipo de curva:
- Standard Inverse: α = 0.14, β = 0.02
- Very Inverse: α = 13.5, β = 1.0
- Extremely Inverse: α = 80, β = 2.0
- Long Time Inverse: α = 120, β = 1.0
Fórmula general IEEE C37.112
- t: Tiempo de operación del relé (segundos).
- TD: Time Dial (Dial de tiempo), rango típico 0.1 – 1.0.
- K: Constante de la curva (ver tabla anterior).
- I: Corriente de falla medida (amperios).
- Is: Corriente de pickup o ajuste (amperios).
- P: Exponente de la curva (ver tabla anterior).
Valores comunes de K y P según el tipo de curva:
- Moderately Inverse: K = 0.0515, P = 0.02
- Very Inverse: K = 19.61, P = 2.0
- Extremely Inverse: K = 28.2, P = 2.0
- Short Time Inverse: K = 0.00583, P = 0.02
Variables adicionales y consideraciones
- Corriente de pickup (Is): Se selecciona típicamente entre 1.2 y 1.5 veces la corriente nominal de la carga protegida.
- Dial de tiempo (TMS o TD): Ajuste que permite coordinar el tiempo de operación del relé con otros dispositivos aguas arriba o abajo.
- Corriente de falla (I): Corriente máxima esperada durante una condición de cortocircuito o sobrecorriente.
La correcta selección de estos parámetros es fundamental para garantizar la selectividad y la protección adecuada del sistema eléctrico.
Ejemplos del mundo real: Aplicación de la calculadora de selección de relés de sobrecorriente y tiempo inverso – IEEE, IEC
Ejemplo 1: Selección de relé IEC para alimentador industrial
Supongamos un alimentador industrial con una corriente nominal de 400 A. Se requiere protegerlo contra sobrecorrientes y cortocircuitos. La corriente de cortocircuito máxima esperada es de 2000 A. Se selecciona un relé IEC con curva Standard Inverse (SI), corriente de pickup (Is) de 500 A y un dial de tiempo (TMS) de 0.2.
- Curva: IEC Standard Inverse (α = 0.14, β = 0.02)
- Is = 500 A
- I = 2000 A
- TMS = 0.2
Aplicando la fórmula:
Calculando:
- 2000/500 = 4
- 4^0.02 ≈ 1.0287
- 1.0287 – 1 = 0.0287
- 0.14 × 0.2 = 0.028
- t = 0.028 / 0.0287 ≈ 0.975 segundos
El relé operará en aproximadamente 0.98 segundos ante una falla de 2000 A, permitiendo la coordinación con otros dispositivos aguas arriba.
Ejemplo 2: Comparación entre relé IEEE y relé IEC para protección de transformador
Un transformador de 1000 kVA, 13.8 kV/0.48 kV, tiene una corriente nominal de 1200 A en el lado de baja tensión. Se desea comparar el tiempo de operación de un relé IEEE (Very Inverse) y un relé IEC (Very Inverse) para una corriente de falla de 4800 A, con corriente de pickup de 1500 A y dial de tiempo 0.3.
- Curva IEEE Very Inverse: K = 19.61, P = 2.0, TD = 0.3
- Curva IEC Very Inverse: α = 13.5, β = 1.0, TMS = 0.3
- Is = 1500 A
- I = 4800 A
Relé IEEE:
- 4800/1500 = 3.2
- 3.2^2 = 10.24
- 10.24 – 1 = 9.24
- 19.61 / 9.24 ≈ 2.122
- t = 0.3 × 2.122 ≈ 0.637 segundos
Relé IEC:
- 4800/1500 = 3.2
- 3.2 – 1 = 2.2
- 13.5 × 0.3 = 4.05
- t = 4.05 / 2.2 ≈ 1.841 segundos
El relé IEEE operará más rápido (0.64 s) que el relé IEC (1.84 s) bajo las mismas condiciones, lo que puede ser relevante para la coordinación y la selectividad de la protección.
Consideraciones avanzadas y recomendaciones para la selección óptima
- La selección del tipo de curva depende del tipo de carga, la criticidad del sistema y la coordinación con otros dispositivos de protección.
- El dial de tiempo debe ajustarse para garantizar la selectividad entre relés en cascada, evitando disparos innecesarios.
- La corriente de pickup debe ser superior a la máxima corriente de carga, pero inferior a la mínima corriente de falla esperada.
- Es recomendable realizar estudios de coordinación de protecciones utilizando software especializado y validar los resultados con pruebas en campo.
- Consultar siempre las últimas versiones de las normas IEC 60255 y IEEE C37.112 para asegurar el cumplimiento normativo.
Para profundizar en la teoría y práctica de la protección de sistemas eléctricos, se recomienda consultar recursos como:
- IEEE C37.112 Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays
- IEC 60255 Measuring relays and protection equipment
- Schweitzer Engineering Laboratories – Protection Solutions
La correcta aplicación de la calculadora de selección de relés de sobrecorriente y tiempo inverso – IEEE, IEC, junto con el conocimiento de las fórmulas y parámetros, garantiza la protección eficiente y segura de los sistemas eléctricos modernos.