Una subestación es un entorno electromagnéticamente hostil. En el patio hay conductores con decenas de kiloamperios en una falta y, en un rayo, hasta cientos de kiloamperios de cresta, seccionadores que conmutan corrientes capacitivas generando transitorios de frente muy rápido, y tensiones de miles de voltios entre puntos separados de la malla de tierra. A pocos metros, en la sala de control, hay electrónica de microprocesador (relés de protección, autómatas, comunicaciones) que trabaja con señales de 24 a 110 V. Los cables de control que unen ambos mundos son el camino por el que las perturbaciones se cuelan, con consecuencias que van desde la mala medida hasta el disparo intempestivo o el daño de un relé.
Cuatro formas de acoplamiento
1. Acoplamiento conductivo (por tierra)
En una falta a tierra, la corriente que se dispersa por la malla eleva el potencial de la instalación respecto a la tierra remota (GPR, ground potential rise) y crea diferencias de potencial entre puntos de la propia malla. Una pantalla de cable puesta a tierra en dos puntos distintos de la malla queda sometida a esa diferencia de tensión y es recorrida por una corriente.
Como orden de magnitud, una falta con 3 kA a tierra por una malla de 0,5 Ω produce un GPR de:
GPR = I · R = 3.000 · 0,5 = 1.500 V
El gradiente a lo largo de la malla, entre el patio y la sala de control, puede ser de decenas o cientos de voltios.
2. Acoplamiento inductivo
La corriente variable de un conductor próximo genera un campo magnético que induce una tensión en el bucle formado por el cable de control y su retorno:
U = M · dI/dt
con M la inductancia mutua (depende de la geometría y del área del bucle). Con una corriente de rayo de decenas de kA y tiempos de subida de microsegundos, la tensión inducida alcanza centenares de voltios por metro de recorrido paralelo. Cuanto mayor el bucle, mayor la tensión.
3. Acoplamiento capacitivo
Los cambios rápidos de tensión (dU/dt) en un conductor cercano inyectan corriente en el cable de control por la capacidad parásita entre ambos. En una subestación, la principal fuente son las maniobras de seccionadores en barras: una maniobra lenta de un seccionador sobre una barra con capacidad produce cientos de reencendidos (arcos que se apagan y vuelven a saltar), con transitorios de frente muy rápido que se acoplan en los cables de los transformadores de medida.
4. Acoplamiento radiado
Las maniobras, las descargas y los transmisores de radio generan campos electromagnéticos de alta frecuencia que inciden en los cables y los armarios, como si fueran antenas. Depende de la longitud de cable y de la frecuencia.