Contrariamente a lo que sucede con otras magnitudes, la sensación de la medida de las magnitudes eléctricas solo puede ser obtenida a través de instrumentos adecuados.

Como en general no es conveniente ni posible llevar al instrumento la magnitud a medir, se utilizan trasductores que transforman la magnitud a medir, en otra que puede ser llevada con facilidad y seguridad a los instrumentos.

El operador, con la lectura de los instrumentos, controla el estado del sistema, y eventualmente ordena las modificaciones oportunas de la estructura de la red.

Cuando se producen fallas en la red para que los daños sean mínimos, el tiempo de duración de la falla debe ser breve, las maniobras deben estar coordinadas y en consecuencia deben realizarse operaciones automáticas y coordinadas que se confían a instrumentos relés, de protección adecuadamente elegidos.

Cuando en un sistema se produce una falla, las protecciones deben actuar en forma tempestiva y coordinadas a fin de evitar o minimizar los efectos de la falla y afectar al menor número posible de usuarios.

Las protecciones tienen por función limitar al mínimo los daños producidos por la falla, y evitar que en el resto de la red, en la cual no existe falla se produzcan condiciones que la conduzcan al colapso.

En la red se pueden producir distintos tipos de fallas, y que tienen distintas consecuencias.

Las fallas más graves, por los efectos destructivos son los cortocircuitos, a su vez las sobrecargas producen sobretemperaturas que pueden degenerar en fallas de aislación.

También las sobretensiones causan fallas de aislación y cortocircuitos.

En general, pueden decirse que muchas fallas graves se preanuncian con efectos que permiten la detección de la falla en su origen.

Frecuentemente se presenta la necesidad de tener que comandar o controlar desde un punto los elementos de maniobra de una red, o de un sistema cualquiera.

La función del sistema de comando es transmitir desde un punto órdenes de maniobra o de operación a los equipos.

La función de los sistemas de señalización es permitir al personal controlar desde un punto el estado del sistema y advertir anomalías.

En el diseño de sistemas de comando y señalización el criterio básico es la seguridad y continuidad del servicio.

Para facilitar la ubicación de fallas se separan los circuitos en diferentes secciones.

El sistema de comando más simple es el directo en el cual el órgano comandado (bobina) y el de comando (pulsador, llave) forman un único circuito unidos por los cables de comando.

El sistema de señalización directo es análogo y en este el elemento de señalización (lámpara) y el emisor de la señal (contacto) se encuentran unidos por los cables de señalización.

El sistema directo exige tensiones suficientemente elevadas, para que las caídas de tensión relativas sean bajas, particularmente para el sistema de comando.

Otro sistema que denominaremos "a relés", amplifica las señales débiles de comando, por medio de relés, en este caso los órganos de comando están unidos por medio de cables telefónicos con un tablero de relés, donde se amplifican las señales, y se genera la orden que se envía al equipo comandado.

El mismo sistema puede utilizarse para transmitir señales indicadoras de posición de los aparatos, en este caso el tablero de relés se encontrará próximo al sistema de señalización.

Este sistema resulta ventajoso cuando el costo de los relés repetidores resulta compensado por la economía en cables.

La transmisión de información puede ser complicada utilizándose pocos conductores, o un solo par, para transmitir un elevado contenido de información en serie.

La inyección de la señal se realiza mediante un capacitor de acoplamiento, mientras que adecuadas bobinas de bloqueo hacen que la señal se propague solo por la línea que interesa.

Otro sistema es utilizar haces hertzianos y antenas orientadas para transmitir la señal.

En estos últimos sistemas las operaciones de protección, y las de comando deben tener posibilidad de ser transmitidas con prioridad y seguridad absolutas.

En cambio las mediciones y señalizaciones pueden ser exploradas periódicamente y entonces no es necesaria la gran seguridad ya que un error solo persistirá hasta la exploración siguiente.

Si en cambio solo se envía señal cuando se producen cambios, se debe confirmar la recepción de la señal, para que en caso de no haber sido recibida se repita su transmisión, y si esta situación perdura se dé la oportuna alarma.

De todos modos se trata de lograr sistemas seguros y en consecuencia órdenes y señales se codifican de manera adecuada para poder reconstruir la señal aún cuando algún disturbio pudiera afectarla.

Para justificar esta necesidad basta pensar que la órdenes emitidas por las protecciones se producen particularmente en los momentos de falla del sistema, en presencia de corrientes y tensiones anormales que varían en forma brusca.

Generalmente para el tablero de comando se adopta una representación mímica de la instalación. Se utilizan aparatos, luces, y elementos de comando y señalización que se instalan en el tablero.

Los distintos circuitos se distinguen con colores convencionales, y en ciertos casos se representan no solo el diagrama eléctrico sino se hace una representación esquemática del proceso (caldera, turbina, máquina, etc.).

El sistema de señalización más simple es a luces apagadas (o encendidas) la discordancia de una luz indica que el elemento en cuestión no está en la condición que corresponde, una lámpara quemada puede dar en consecuencia indicaciones falsas.

Los elementos de dos posiciones como interruptores y seccionadores pueden comandarse, o al menos señalizarse con un manipulador predispositor que se encuentra conectado a través de contactos auxiliares del equipo que señaliza a dos fuentes, una de tensión permanente y otra pulsante.

La luz encendida indica que la posición del elemento de señalizacióny señalizado coinciden, la luz pulsante indica discordancia, la luz apagada corresponde a la lámpara quemada.

Una llave economizadora puede interrumpir la fuente permanente y probar la integridad de las lámparas.

Para evitar señales falsas, en ciertos casos se utilizan dos lámparas o una lámpara con doble filamento, la alimentación de las lámparas se hace siempre con tensión menor que la nominal de las lámparas, con lo que se obtiene una mayor vida útil de las lámparas.

Los transformadores de medición están destinados a alimentar instrumentos de medida, indicadores, registradores, integradores, relés, o aparatos análogos.

Según la magnitud en juego pueden ser transformadores de tensión o de corriente.

En los transformadores de tensión, la tensión secundaría es prácticamente proporcional a la tensión primaria, y desfasada de un ángulo próximo a cero.

El transformador de tensión puede ser aislado o puesto a tierra; en el primer caso todas las partes de su arrollamiento primario están aisladas de tierra para un nivel de aislación correspondiente al nominal; en el segundo caso un extremo del arrollamiento primario está previsto para su conexión directa a tierra.

Las características que permiten especificar un transformador de tensión son varias, algunas comunes a otros tipos de aparatos solo se indican

- Tensión primaria nominal.

- Tensión secundaria nominal.

- Relación de transformación, relación entre las tensiones nominales primaria y secundaria.

- Error de tensión, que el transformador introduce en la medida del módulode la tensión.

e = (Kn * Us - Up) / Up

- Error de ángulo, diferencia de fases entre las tensiones primaria y secundaria.

La clase de los transformadores es un valor representativo de su grado de precisión.

- Prestación nominal es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia referida a la tensión nominal secundaria a la que corresponden los valores límites de error.

- Potencia nominal, o de precisión es la que el transformador entrega a la tensión nominal cuando tiene conectada su prestación nominal.

- Potencia térmica nominal, es la potencia aparente, con factor de potencia unitario, que el transformador puede entregar sin superar los límites de temperatura establecidos.

- Tensión máxima de referencia para la aislación.

- Nivel de aislación.

- Frecuencia nominal.

- Factor de tensión nominal, es la relación respecto de la tensión primaria nominal del mayor valor de tensión con el cual está previsto que el transformador satisfaga las prescripciones de calentamiento por un tiempo especificado y otras eventuales condiciones.

Cuando los transformadores tienen dos secundarios se deben especificar los campos de prestación de cada arrollamiento, y cada arrollamiento debe corresponder a las prescripciones de precisión con cualquier carga del otro arrollamiento.

Cuando un arrollamiento solo se carga ocasionalmente por breves períodos en cambio se desprecia su efecto.

A veces un arrollamiento, denominado para tensión residual, está destinado a ser conectado en triángulo abierto, en conjunto con otros arrollamientos para suministrar la tensión residual en condiciones de falla a tierra.

La potencia suministrada por este arrollamiento difiere de la potencia entregada en caso de falla en la carga del circuito.

Los transformadores de tensión , de media y alta tensión son inductivos; los de alta tensión pueden ser capacitivos, estos están esencialmente formados por un divisor capacitivo al cual se conecta un conjunto electromagnético (reactor inductivo y transformador) dimensionado de manera que se comporte como un transformador de tensión, estos aparatos son aptos para ser conectados entre fase y tierra.

Los transformadores de tensión capacitivos están formados por un capacitor de alta tensión, enserie con uno de tensión intermedia, en paralelo al capacitor de tensión intermedia se encuentra el conjunto electromagnético con un reactor inductivo que a la frecuencia nominal tiene la reactancia de los dos elementos del divisor (capacitores) en paralelo.

Para estos equipos se definen las siguientes características:

- Tensión intermedia de circuito abierto que se obtiene cuando el conjunto electromagnético no se encuentra conectado.

- Relación de tensión del divisor capacitivo, relación entre la tensión primaria y la tensión intermedia en circuito abierto.

- Campo de referencia de la frecuencia, dentro de la cual satisface la clase.

- Campo de referencia de la temperatura, dentro del cual, en régimen permanente, satisface la clase.

A fin de limitar las sobretensiones que pueden aparecer sobre los componentes, y evitar fenómenos de ferroresonancia de duración peligrosa, se realizan dispositivos de protección (que puedan incluir un espinterómetro).

Los divisores capacitivos cumplen también función de permitir el acoplamiento en alta frecuencia para la transmisión de información por la línea de energía.

Para estos aparatos es de gran importancia su buen comportamiento frente a transitorios.

Para los destinados a protecciones se requiere que la cresta de la tensión secundaria se reduzca en un ciclo al 10 % del valor precedente cuando se produce un cortocircuito en bornes primarios.

Los fenómenos de ferroresonancia que puedan iniciarse cuando hay un cortocircuito en los bornes secundarios y se alimenta el primario con tensiones más elevadas que la normal deben extinguirse en tiempos breves.

En los transformadores de corriente la corriente secundaria es prácticamente proporcional a la corriente primaria y está desfasada de un ángulo próximo a cero.

Las características que permiten especificar un transformador de corriente son varias, algunas comunes a otros tipos de aparatos solo se indican.

- Corriente nominal primaria.

- Corriente nominal secundaria.

- Relación de transformación nominal, relación entre las corrientes nominales primaria y secundaria.

- Error de corriente, que el transformador introduce en la medida del módulo de la corriente.

e = (Kn * Is - Ip) / Ip

- Error de ángulo, diferencia de fase entre las corrientes primaria y secundaria.

La clase también para estos es un valor representativo de su grado de precisión.

- Prestación nominal es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia, referida a la corriente nominal secundaria a la que corresponden los valores límites de error.

- Potencia nominal, o de precisión, es la que el transformador entrega a la corriente nominal secundaria cuando tiene conectada la prestación nominal.

- Tensión máxima de referencia para la aislación.

- Nivel de aislación.

- Frecuencia nominal.

- Corriente nominal térmica de cortocircuito es el mayor valor eficaz de corriente primaria que el transformador puede soportar por un tiempo establecido (un segundo) encontrándose su secundario en cortocircuito, sin sufrir daños permanentes.

- Corriente nominal dinámica es el máximo valor de la cresta de la corriente primaria que el transformador puede soportar en las condiciones recién indicadas.

- Corriente máxima permanente de calentamiento es el mayor valor eficaz de corriente que puede hacerse circular en el primario, con el secundario cargado con su prestación nominal, sin que el calentamiento supere límites establecidos.

Para los transformadores de corriente es de fundamental importancia el valor que alcanza la corriente secundaria cuando la corriente primaria alcanza valores elevados, es decir el comportamiento en el campo de las sobrecorrientes hasta la corriente de cortocircuito correspondiente al punto de instalación.

El núcleo de medida debe, en lo posible, limitar la corriente secundaria cuando se alcanzan valores elevados, es decir debe ser saturable.

Para lograr un núcleo de medida saturable, el criterio de diseño es dimensionarlo con la mínima sección compatible con la prestación requerida.

- Corriente nominal de seguridad, es la corriente primaria para la cual se tiene un error de corriente determinado (10 %) estando el secundario conectado a la prestación nominal.

- Factor de seguridad, relación entre la corriente nominal de seguridad y la corriente nominal primaria.

El valor "natural" del factor de seguridad es tanto mayor cuanto mayor es la clase de precisión del transformador.

Esta situación exige la utilización de materiales especiales cuando se requieren simultáneamente gran precisión y bajo factor de seguridad (saturabilidad).

La saturabilidad del núcleo se garantiza para la prestación nominal, para prestaciones inferiores el factor de seguridad aumenta, y para tener la saturación deseada es necesario agregar carga de lastre.

Si el núcleo saturable se sobrecarga el error aumenta notablemente ya que por las particularidades condiciones de diseño el núcleo se encuentra trabajando en un campo próximo a la saturación; en consecuencia un núcleo saturable puede ser utilizado para un única combinación prestación clase.

El núcleo de protección en cambio debe estar dimensionado de manera de no limitar la corriente secundaria, es decir no debe ser saturable, debe tener pequeño error con elevadas corrientes.

En este caso el dimensionamiento del núcleo debe ser generoso.

- Error compuesto, valor eficaz en condiciones de régimen, de la diferencia entre valores instantáneos de la corriente secundaria multiplicados por la relación de transformación nominal y los valores instantáneos de la corriente primaria.

e = (1/Ip) Raíz((1/T) integral de 0 a T (Kn * is - ip) * dt)

donde Ip valor eficaz de la corriente primaria; T período.

- Corriente nominal límite de precisión, corriente primaria para la cual se tiene un error compuesto que alcanza el valor límite.

- Factor límite de precisión, relación entre la corriente nominal límite de precisión y la corriente nominal primaria.

- Fuerza electromotriz límite secundaria es la inducida en el arrollamiento secundario cuando el primario es recorrido por la corriente nominal límite de precisión y el transformador se encuentra conectado a su prestación nominal.

- Corriente de excitación es el valor eficaz de la corriente que recorre el arrollamiento secundario cuando en los bornes secundarios se aplica una tensión sinusoidal a frecuencia nominal, encontrándose los restantes arrollamientos en circuito abierto.

El error compuesto es siempre igual o mayor a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados del error de corriente y del error de fase; para el funcionamiento de los relés de sobrecorriente toma importancia el error de corriente, mientras que para las protecciones sensibles a la fase (direccionales por ejemplo) lo importante es el error de ángulo.

Para las protecciones diferenciales se debe considerar el error compuesto.

Para los núcleos de protección no es importante la clase de precisión en el campo de las corrientes normales. El factor límite de precisión en cambio influye directamente en las dimensiones y en el costo.

La relación entre carga y factor límite es tal que una disminución de carga aumenta el factor límite.

Para corrientes térmicas muy elevadas en relación a las corrientes nominales es sumamente dificultoso lograr prestaciones y/o factores límites elevados, y estas condiciones se reflejan en los costos de los aparatos.

La medición de las distintas magnitudes que se presentan en la red permite controlar el correcto funcionamiento de la instalación.

Es de interés medir las tensiones, corrientes, potencias, energías, etc.

La medida puede hacerse con instrumentos indicadores, registradores, integradores.

La magnitud puede ser medida en valor instantáneo, valor medio, valor eficaz, etc.

Medición de tensión, sirve para controlar que la alimentación a los usuarios se hace con una tensión suficientemente próxima a la nominal.

Las tensiones de línea y de fase permiten juzgar la correcta alimentación del usuario.

Cuando no es necesaria una medición continua de la magnitud, con un selector que elige la magnitud a medir y con un único instrumento se realizan las mediciones.

El selector asociado a un voltímetro se denomina selector voltimétrico.

Medición de corriente, sirve para controlar que el usuario o grupo de usuarios cargan la red en forma equilibrada, puede ser de interés medir la corriente en cada fase, la corriente homopolar (obtenida sumando las corrientes en las tres fases) la corriente de neutro.

El valor de la corriente en cada fase permite juzgar si la fase se encuentra cargada normalmente, sobrecargada, o con una falla.

El valor de la corriente homopolar permite juzgar el desequilibrio de la carga, y cuando el sistema tiene el neutro a tierra, pueden detectarse fallas a tierra.

La corriente homopolar, determinada por suma de las tres corrientes de fase puede ser determinada también con un transformador toroidal que abraza los tres conductores de fase, solución muy utilizada en las redes en cable.

La relación de mediciones simultáneas de corriente y de tensión permite juzgar y confirmar condiciones, en particular fallas.

En efecto durante cortocircuitos la tensión en la proximidad de la falla es menor, en muchos casos entonces se analizan ambos valores para ordenar una acción determinada.

Las medidas que pueden hacerse implican potencia activa, reactiva, aparente.

Las mediciones de energía (obtenidas de corriente y tensión) interesan particularmente por la importancia económica que tienen (ya que definen una magnitud ligada a la tarifa).

W = VR * IR + VS * IS + VT * IT

Teniendo en cuenta que el producto indicado es un producto escalar de vectores.

VR * IR = |VR| * |IR| * cos(fiR)

IS = - IR - IT

W = (VR - VS) * IR + (VT - VS) * IT = PRS + PTS

VAR = raíz(3) * VTS * IR = 3 * VR * IR * sen(fi)

Cuando la conexión Aron se hace con dos instrumentos, la medición de energía o potencia activa se obtiene por suma de las lecturas.

Si el sistema aún siendo desequilibrado en corrientes, es equilibrado en tensiones la medición de energía reactiva se obtiene de la diferencia de las lecturas, este es uno de los motivos por los cuales esta conexión está bastante generalizada.

VAR = (PRS - PTS) / RAÍZ(3) = (VSR * IT + VTS * IR + VRT * IS) / RAÍZ(3)

Las medidas de potencia son análogas a las de energía.

En ciertos casos se mide energía durante cierto lapso y la lectura se da como potencia promedio en ese lapso, esto es valido en particular para los indicadores de demanda.

Las medidas de potencia promedio son significativas para controlar potencia activa y reactiva absorbida o entregada por determinadas cargas o generadores a la red, estas medidas excluyen la influencia que pueden tener condiciones de falla que duran tiempos breves.

Las medidas de dirección del flujo de la potencia en las líneas conectadas en ambos extremos a generadores permiten saber de que lado, respecto del punto en que se realiza una medición puede encontrarse una falla.

Como las potencias en juego en condiciones de falla son eminentemente reactivas se tiene en cuenta este hecho al analizar esta mediciones.

Es interesante destacar que de las mediciones de corriente y tensión puede obtenerse la impedancia, o la reactancia, del sistema vista desde el punto de medición y en consecuencia detectar, por el valor de la impedancia, eventuales fallas de la red.

La medición de los defasajes de corriente y de tensión da indicaciones relativas al flujo de energía, al factor de potencia y en definitiva también indica el estado normal o no de la red.

Cuando las mediciones deben ser transferidas a lugares relativamente alejados se utilizan trasductores que transforman la señal (de tensión, corriente, potencia) en una señal de corriente continua, de muy baja potencia que se transmite por cables telefónicos.

Cuando en cambio en un sistema de telemedición estas mediciones deben ser transmitidas con onda portadora, por medio de convertidores analógicos se transforman en señales codificadas, se transmiten, reciben y descodifican.

Tanto las sobrecargas como los cortocircuitos son condiciones de funcionamiento que implican calentamientos anormales de los elementos que componen la red eléctrica.

En consecuencia deben detectarse estas condiciones de funcionamiento y limitar su duración a tiempos admisibles.

Cuando se produce una falla en un punto de la red, por ejemplo un arco, es importante limitar al mínimo el tiempo de duración del arco, para minimizar los daños que el arco produce.

Para que los restantes elementos de la red no sufran daños, es suficiente en cambio que la falla no persista por tiempos inadmisibles.

Un componente de una red, transformador, cable aparato, se caracteriza por tener determinados valores que miden su aptitud a soportar una falla, corriente permanente, sobrecarga por un tiempo dado.

Las fallas que se manifiestan con sobrecorrientes, se detectan con relés sensibles a la corriente que pueden funcionar por distintos principios y que comandan la apertura de los interruptores, interrumpiendo la corriente de falla.

Por el tiempo de actuación los relés de máxima corriente pueden clasificarse en instantáneos y temporizados, estos últimos pueden ser de tiempo dependiente (inverso) o de tiempo definido.

Si bien los relés de corriente son sensibles a la corriente, por su principio de funcionamiento pueden ser sensibles al valor medio, al valor eficaz, o al valor pico de la corriente.

Por otra parte en ciertos casos la amplitud de la corriente varía en el tiempo (por ejemplo en la proximidad de máquinas sincrónicas) esta condición afecta o no la forma de actuación según sea el principio de funcionamiento (el relé puede funcionar por valores medios).

Para la protección de sobrecargas se utilizan en muchos casos relés de imagen térmica que tratan de reflejar la temperatura en el punto característico de la máquina protegida.

También se utilizan termómetros de contactos, o sensores de temperatura (que permiten medirla o simplemente actúan a cierta temperatura).

Las características de actuación de los relés se representan con una línea que corresponde a los tiempos medios de actuación, o con una zona limitada por los tiempos mínimos y máximos, que tieneen cuenta la precisión del relé.

Para ciertas protecciones una línea superior representa los tiempos máximos después del cual la protección seguramente actuó, y una curva inferior los tiempos transcurridos los cuales, si la corriente de falla baja por debajo de la corriente nominal del relé (por ejemplo al 80 %) la protección no actúa.

Desde el momento que el relé da la orden de actuación hasta que se ha interrumpido la corriente transcurre el tiempo total de interrupción que es característico del interruptor.

Y en consecuencia ese tiempo va sumado a la característica de actuación del relé para representar la característica de extinción de la corriente de falla.

Por otra parte la regulación del relé de máxima corriente en particular no debe limitar la capacidad de soportar sobrecargas (del 10, 20, 30 %) por tiempos largos (horas, minutos) que tiene el equipo, y en consecuencia la asíntota del relé se encontrará regulada entre 1,15 y 2,5 de la corriente nominal según el tipo de máquina.

Una particular atención debe prestarse a los alternadores para los cuales el relé de máxima corriente debe actuar con corrientes del orden de la corriente de cortocircuito permanente (80 %) y que generalmente es del orden de la corriente nominal.

En estos últimos casos se utiliza un relé de máxima corriente con restricción de tensión, que para actuar exige que además de producirse la corriente elevada se manifieste simultáneamente una tensión relativamente baja; también se utilizan relé de corriente que modifican sus características a medida que la tensión es menor.

El aparato de protección a fusible tiene por finalidad interrumpir automáticamente, mediante la fusión de una parte destinada a ello el circuito en el cual se encuentra, cuando la corriente que circula se mantiene superior a un valor determinado durante cierto tiempo.

En algunos fusibles el elemento fusible, está contenido en un cartucho, envoltorio aislante, que puede contener una substancia destinada a facilitar la interrupción de la corriente, este medio de apagado del arco se encuentra rodeando al fusible (y puede ser sólido o líquido).

Algunos tipos de cartuchos poseen un dispositivo indicador de fusión del elemento, y para ciertos fusibles (de media tensión) este dispositivo cumple también la función de percutor para disparar la apertura de un seccionador con poder de interrupción de corrientes de carga.

Por la forma de la fusión se pueden clasificar en fusibles de fusión libre, si no hay dispositivos para contener el desarrollo del arco, fusión semicerrada, si las manifestaciones que acompañan el desarrollo del arco son guiadas, fusión cerrada, si no se produce ningún efecto externo.

Los fusibles tienen variadas formas constructivas para cubrir las distintas necesidades de instalación.

A continuación se examinan las características eléctricas de los fusibles, que son en gran parte comunes con las de otros tipos de aparatos, y en consecuencia el comentario solo se extiende en algunos casos.

- Tensión nominal; a la que se refieren las condiciones de ensayo, caracteriza la parte fusible, reemplazable.

- Frecuencia nominal; a la que se refieren las condiciones de ensayo.

- Corriente nominal de la parte sustituible, es la que designa esta parte, y que el fusible puede soportar en forma continua sin sufrir deterioro ni superar los límites admitidos de calentamiento.

- Corriente nominal de la base, corresponde al máximo valor de corriente nominal de la parte sustituible que puede colocarse en dicha base.

- Potencia disipada de la parte sustituible, corresponde a la corriente nominal, en algunos tipos de fusibles se indica la caída de tensión.

- Corriente presunta, es la que circularía en las mismas condiciones del circuito y de la alimentación, si el aparato se reemplazara con una conexión de impedancia despreciable.

- Corriente crítica es la corriente presunta comprendida entre la corriente mínima de fusión y el poder de interrupción nominal para la cual se manifiesta el máximo de energía transformada en el arco.

- Poder de interrupción, es la máxima corriente presunta que el fusible, en determinadas condiciones del circuito, de alimentación, y de instalación, puede interrumpir. En corriente alterna esta valor se da en valor eficaz de la componente simétrica, en corriente continua este valor es el máximo del transitorio de establecimiento. El fusible debe interrumpir en las condiciones prescritas desde la corriente mínima de fusión, y en corriente alterna con cualquier componente unidireccional.

- Corriente de cresta admisible de la base, en condiciones definitivas de tensión y de alimentación.

- Duración del prearco es el lapso comprendido entre la iniciación de la sobrecorriente y el instante de inicio del arco.

- Duración del arco es el lapso entre el inicio del arco y la extinción definitiva de la corriente en el circuito.

- Duración del funcionamiento es la suma del prearco y arco.

- Tiempo virtual se define en base a una corriente constante e igual a la presunta tal que

Ip^2 * tv = integral de 0 a tau (i^2 * dt)

- Corriente máxima de no fusión y corriente mínima de fusión, se definenpara un tiempo asignado.

- Factor de fusión es la relación entre la corriente mínima de fusión y la corriente nominal.

- Característica del prearco, es la curva que relaciona el tiempo virtual de duración del prearco y la corriente presunta en condiciones determinadas.

- Característica de funcionamiento, es la curva que relaciona el tiempo virtual de funcionamiento y la corriente presunta en condiciones determinadas.

- Zonas de fusión es la comprendida entre las características arriba definidas.

- Selectividad es la coordinación entre características de aparatos de interrupción automáticos (entre los que se incluyen los fusibles) por la cual al producirse una sobrecorriente que circula por varios aparatos en serie, solo actúa uno determinado del grupo.

- Grado de retardo es la aptitud de un fusible a operar en un tiempo más o menos largo, generalmente se expresa para un tiempo determinado (relativamente pequeño) indicando las correspondientes corrientes máximas de no fusión y mínima de fusión.

- Tensión transitoria de retorno.

- Tensión de retorno (fundamental).

- Tensión de arco.

- Tensión de cresta es la máxima tensión de arco o de retorno que se presenta cuando el fusible opera en condiciones determinadas.

Los requisitos funcionales y constructivos de estos aparatos son muy importantes, y entre otros merecen mención los siguientes:

- Cuando el fusible funciona no se debe producir arco persistente, ni arco entre polos, ni arco a masa, ni (en caso de fusibles cerrados) llamaradas, u otras manifestaciones externas que puedan producir daños a lo que rodea al aparato. Para los fusibles de fusión libre o semicerrada, arcos y otros eventuales efectos externos no deben salir de la zona previstas a los fines de la seguridad.

- Después de que el fusible ha actuado, sus componentes (salvo los destinados al reemplazo) no deben haber sufrido ningún daño que reduzcan su eficiencia.

En razón de las particularidades de estos aparatos el tema de ensayos de tipo merece un breve análisis al menos parcial.

- Estos ensayos son, para los fusibles, destructivos y es necesario utilizar una veintena de fusibles como mínimo para su realización.

- Ensayos de interrupción, se deben hacer al poder de interrupción nominal y a la corriente crítica (si la hay), las sobretensiones de interrupción se deben relevar con un oscilógrafo catódico o un espinterómetro (con resistor serie e hilo fusible auxiliar). Para el caso de ensayar un fusible de fusión libre o semicerrado se lo rodea con una red metálica tal que si el arco la tocara se fundirá un fusible auxiliar que la conecta a masa.

- Los ensayos deben realizarse con distintos valores de corriente, múltiplos de la corriente que produce la fusión en un semiperíodo para corriente alterna, o para corriente continua, múltiplos de la corriente correspondiente a una constante de tiempo especificada para el ensayo, o a la corriente crítica, y al poder de interrupción máximo.

- los ensayos se deben hacer sincronizando el cierre y establecimiento de la corriente con la tensión, después de la interrupción se debe mantener la tensión por cierto tiempo, inmediatamente se mide la resistencia de aislación que deberá ser suficientemente elevada.

- Ensayos de verificación de la zona de fusión, con la determinación de los tiempos virtuales, el inicio de la fusión es indicada por el brusco aumento de la tensión de arco, y la finalización por la extinción de la corriente.

La comparación entre fusibles e interruptores no es fácil, en general el fusible se destaca por ser de menor precio que un interruptor, y permitir por sus efectos limitadores, economía en el diseño de la red, a su vez el interruptor es en general más grande, pesado, lento, y en consecuencia costoso.

El fusible pierde sus ventajas cuando la frecuencia de las fallas hace que el costo de operación suba.

Por otra parte, para cumplir normas de seguridad el fusible debe ser cerrado en cajas especiales, combinado con un seccionador con poder de interrupción de corrientes nominales y sobrecorrientes que corresponden a tiempos de actuación del fusible del orden de 0,5 segundos.

En estos últimos casos el fusible completo con todos los accesorios pierde totalmente las ventajas económicas.

En una red en la cual existen varios aparatos de protección que actúan en forma unívoca según cual sea la ubicación y la entidad de la falla, se dice que las protecciones son selectivas.

En ciertos casos la coordinación de las protecciones exige sacrificar la selectividad a fin de asegurar la protección.

En las redes de tipo radial, en las cuales el flujo de corriente es en una única dirección la selectividad se logra con algunos principios muy simples.

- Debe actuar solo un relé, y debe ser el más próximo a la falla (según sea la posición y entidad de la misma).

- Cuando la corriente circula por dos relés en serie, el relé más alejado de la fuente debe actuar, y la corriente de falla se debe extinguir, antes que el relé más próximo inicie acciones que impliquen una orden de actuación.

- Cuando se tienen dos fusibles en serie, la fusión y extinción del arco en el más alejado de la fuente, debe haberse producido antes de que se haya iniciado el prearco en el otro.

Las características de protección se coordinan manteniendo una distancia mínima entre cada par, en el punto correspondiente al tiempo mínimo.

La distancia entre características debe tener en cuenta la precisión de los dos relés, el tiempo total de interrupción del interruptor, y cierta tolerancia que asegure una correcta actuación.

Análogamente para fusibles debe haber cierto tiempo entre la fusión y extinción del fusible más próximo a la falla, y el prearco en el más alejado.

Cuando se realiza una protección selectiva todos los interruptores deben tener poder de interrupción igual o mayor que la máxima corriente de cortocircuito presunta en el punto de su instalación, deben poder establecer la máxima corriente de falla, y deben soportar la corriente de falla por el máximo retardo.

Cuando se tienen varios interruptores en serie, y las corrientes de cortocircuito presuntas se mantienen en el mismo orden la protección selectiva, al exigir tiempos cada vez mayores de actuación del relé de máxima corriente temporizado impide se pueda realizar una buena protección con más de cuatro o cinco aparatos.

En ciertos casos, cuando el interruptor cierra sobre falla el relé de máxima corriente temporizado mediante un artificio actúa instantáneamente, pero si permanece cerrado porque no hay falla, transcurrido cierto tiempo comenzará a funcionar en forma normal (temporizado).

Dado la gran diferencia que normalmente hay entre las corrientes de cortocircuito (en valores relativos) en alta tensión y baja tensión es posible instalar en alta tensión relés instantáneos que actúan selectivamente y coordinados con los relés temporizados de baja tensión.

El fusible de alta tensión debe ser capaz de soportar las corrientes magnetizantes (del orden de dos veces la corriente nominal) y debe proteger al sistema contra fallas internas del transformador.

El interruptor del lado de baja tensión tendrá los relés regulados para una corriente 125 a 130 % de la nominal del transformador, para aprovechar la capacidad de sobrecarga del transformador, y debe asegurar la protección contra cortocircuitos y sobrecargas, antes de que se dañe el transformador y los fusibles de alta tensión.

Como esta exigencia es muy difícil de satisfacer se admite que en caso de falla en las barras de baja tensión (muy poco probable) se dañen los fusibles de alta tensión.

En un tablero se debe tener coordinación entre el interruptor de entrada y las salidas en particular la curva que representa el tiempo total de interrupción del interruptor de salida, no debe tener interferencia con la curva que corresponde a la no actuación del interruptor de entrada cuando la corriente cae después del tiempo representado por la curva por debajo del 80 % de la nominal del relé.

Cuando del lado de alta tensión se tienen relés indirectos instantaneos, alimentados por transformadores de corriente, los relés no deben actuar en caso de falla trifásica en baja tensión, y entonces deben estar regulados por encima de la corriente de cortocircuito máximo, y en rigor, para tener en cuenta la asimetría de la corriente, por encima del 160 % de la corriente de cortocircuito máximo.

Los transformadores de corriente se eligen con una corriente nominal de 2 a 2,5 veces la corriente nominal primaria del transformador, a fin de poder regular bien las protecciones.

Cuando hay interruptor de acoplamiento de barras, si se quiere que haya selectividad deberá poder incluirse su característica entre el interruptor del transformador y las salidas, y esto disminuye la eficiencia de la protección, porque las fallas en barras persistirán más tiempo.

Cuando dos transformadores deben trabajar en paralelo la selectividad contra fallas internas exige que aparezcan relés direccionales.

En ciertos casos se instalan fusibles e interruptores dejando confiadas a los interruptores las protecciones contra sobrecargas y a los fusibles las protecciones de cortocircuitos; en este caso debe tenerse en cuenta que los fusibles pueden alterar sus características en función de sobrecargas o cortocircuitos interrumpidos por el interruptor, las características de los fusibles son fijas y su coordinación no siempre puede ser fácil, las fallas monofásicas funden un único fusible.

Los aparatos combinados interruptor fusible construidos especialmente tiene la característica de prearco combinada con la característica de protección del relé del interruptor de manera de que no se produzca envejecimiento del fusible; por otra parte la fusión del fusible dispara la apertura tripolar del interruptor e impide el cierre del mismo.

La protección selectiva exige que todos los interruptores posean el poder de interrupción que corresponde a la máxima corriente de falla presunta.

Cuando la continuidad del servicio no es indispensable se puede hacer una protección no selectiva, denominada en cascada que permite instalar en algunas salidas aparatos de poder de interrupción inferior al necesario, con la consiguiente economía.

En este caso la protección incluye dos interruptores en serie que deben haber sido declarados idóneos para este uso por el fabricante. Los interruptores principales tienen poder de cierre y de interrupción suficientes.

Los interruptores de las derivaciones pueden soportar la corriente de cortocircuito hasta que intervenga el interruptor principal, y deben asegurar seguridad al personal (por lo que generalmente son con comando a distancia).

La coordinación de fusibles en serie es más simple y es suficiente asegurar que la característica de prearco del fusible de mayor calibre no interfiere con la característica de funcionamiento.

En muchos casos, para una misma marca de fusibles, el fabricante indica cuales son los que están coordinados entre si, y entonces no es necesario conocer las características a los fines de la coordinación.

Es importante tener en cuenta que las protecciones deben estar coordinadas hasta la corriente de cortocircuito máxima que se puede tener en caso de falla.

Pero en muchos casos, ya por la poca importancia de la red, como por la poca probabilidad de que una falla franca produzca la máxima corriente de cortocircuito, puede aceptarse que las protecciones estén coordinadas hasta un valor menor de la corriente de cortocircuito máxima.

Cuando se produce una falla, si se manifiesta una sobrecorriente de valor suficiente, los relés de máxima corriente permiten la detección de la falla y generan órdenes de actuación de los interruptores.

La coordinación de las protecciones de máxima corriente exige que los tiempos de duración de la falla sean mayores cuando la falla es más próxima a la fuente de energía.

Otro concepto de protección es tratar de detectar cuando se produce una falla dentro de una cierta zona, y actuar en consecuencia.

Para la protección de transformadores grandes (10 MVA), y cuando se justifica para transformadores medianos (1 MVA) se utiliza el relé diferencial que detecta fallas que se producen dentro de su zona de protección.

El relé detecta la diferencia de corrientes, y en consecuencia fallas internas de la máquina.

También la corriente de conexión del transformador, con su elevado valor podría producir la actuación del relé, por ello se insensibiliza para la tercera armónica de la cual hay un elevado contenido en la corriente magnetizante.

La protección diferencial se utiliza también como protección de zona de líneas con cable piloto tanto en medias tensiones como en altas tensiones, esta protección por la rapidez y simultaneidad de la apertura presenta las ventajas de limitar la duración de las fallas, permitir el recierre rápido de la línea (cuando las fallas son fugaces) y aumentar la estabilidad del sistema.

Los relés diferenciales pueden ser para protección de transformadores de dos o tres arrollamientos, y para líneas o cables de dos o tres terminales.

Para la líneas en las cuales no es posible o segura la instalación de los cables piloto se utilizan protecciones de impedancia o de distancia que detectan la falla por medición de la impedancia del tramo de línea afectado.

Estos relés son direccionales, están realizados en distintas formas, y su actuación se produce en distintos tiempos según la distancia a la cual se encuentra la falla del relé que la detecta.

Los relés se regulan en forma escalonada coordinándose de manera que los escalones no interfieran. El escalón se fija en general al 80 - 85 % de la distancia entre los dos relés considerados, para asegurar que la actuación sea solo del relé que corresponde y el otro eventualmente actúe como reserva.

Los transformadores a su vez se protegen también con termómetro de contactos (temperatura de aceite), relés de presión (que detectan el aumento de presión en la cuba) o relés de gas - Buchholz - (que detectan el pasaje de burbujas de gas de la cuba al conservador de aceite).

El relé de gas tiene en general una etapa de alarma, pequeñas burbujas, y una etapa de disparo burbujas grandes.

Debe controlarse si las burbujas son de aire o de productos de descomposición del aceite, esto último anticipa una falla.