Prueba de desempeño de la protección contra fallas a tierra: arranque y retardo

Qué es

La prueba de desempeño de la protección contra fallas a tierra verifica que un esquema de falla a tierra en equipo de baja tensión realmente despeja una falla a tierra. El esquema se compone de un sensor de corriente, un relé o una unidad de disparo electrónica que evalúa la señal, y un interruptor o seccionador que se dispara. El sensor puede ser una conexión residual de los transformadores de corriente de fase y neutro, un único sensor de secuencia cero alrededor de todos los conductores o un sensor en la conexión principal de puesta a tierra entre el neutro y la tierra. La prueba inyecta una corriente conocida para simular una falla a tierra y confirma que opera toda la cadena: el nivel de arranque al que responde, el retardo antes de disparar y la apertura efectiva del interruptor o seccionador. Se realiza en interruptores de caja moldeada, de caja aislada y de potencia con funciones integradas de disparo por falla a tierra, en relés independientes de falla a tierra y en seccionadores o tableros protegidos por un esquema así.

Por qué se realiza

Las fallas de arco a tierra en sistemas de baja tensión sólidamente puestos a tierra pueden arder con una corriente muy inferior al ajuste de la protección de fase, de modo que los dispositivos de fase quizá nunca las vean. Si no se atiende, una falla de arco destruye con rapidez los tableros y las barras y provoca incendios. La protección contra fallas a tierra existe para detectar esa falla de bajo nivel, y es un esquema con muchos puntos donde algo puede salir mal: un sensor instalado al revés, un neutro conectado a tierra en un segundo lugar, un relé dejado en un ajuste equivocado, un cableado que nunca se completó o una unidad de disparo electrónica que nunca se habilitó. Un esquema puede parecer correcto en los planos y aun así no disparar. Como rara vez se requiere, nada en el servicio normal revela el problema, y una prueba de desempeño documentada en la instalación y de forma periódica es la única manera de saber que funciona. La misma prueba también expone la falla contraria, los disparos molestos causados por corrientes de neutro que siguen un camino equivocado.

El principio

En un circuito sano las corrientes de fase y de neutro suman cero, de modo que un sensor que las suma no ve nada. Cuando la corriente se fuga a tierra y regresa por el terreno, por los conductores de puesta a tierra o por la carcasa del equipo, la suma deja de ser cero y el sensor produce una señal proporcional a la corriente de tierra. El relé compara esa señal con un ajuste de arranque y, cuando el esquema tiene retardo, espera a que transcurra antes de ordenar el disparo. El retardo permite que la protección aguas abajo despeje primero una falla y mantiene la selectividad del esquema, y algunos dispositivos siguen una relación inversa en la que más corriente dispara antes. El esquema depende de que el neutro esté conectado a tierra en un solo punto, del lado de la fuente respecto del sensor, de modo que la corriente de neutro no pueda regresar por un camino que evite el sensor o que se confunda con corriente de tierra. La prueba se apoya en esas mismas reglas: inyecta corriente donde fluiría una falla real y verifica que la respuesta coincida con el ajuste.

Cómo se realiza

El equipo se desenergiza, se aísla y se comprueba que está sin tensión conforme a los procedimientos de bloqueo y permiso de trabajo del propietario. Antes de cualquier inyección se inspecciona la instalación: se confirman con los planos la ubicación del sensor, su sentido respecto de la carga, la única conexión del neutro a tierra y las conexiones del neutro, y el esquema se deja en la condición en que estará al energizarse. Un equipo de inyección de corriente primaria capaz de la corriente requerida se conecta de modo que la corriente de prueba pase por el sensor en el mismo sentido que una falla real a tierra. En los esquemas con función de prueba integrada, esa función se usa solo como complemento y no como sustituto. La corriente se aumenta lentamente hasta que el dispositivo responde para establecer el arranque, y una corrida aparte aplica una corriente superior al arranque y mide el intervalo hasta la salida de disparo, anotando el ajuste de retardo. Se confirma que el interruptor abre, y cuando el procedimiento lo pide se hace una verificación de disparo con voltaje de control reducido, para demostrar que la bobina de disparo opera cuando la alimentación es débil. El retardo y el arranque se comparan con la curva publicada por el fabricante y con los ajustes de campo. Al final se retiran las conexiones de prueba, el esquema vuelve a su condición normal y se rearma el interruptor.

Qué se registra

El registro muestra la identificación del equipo y del esquema, el tipo y la ubicación del sensor, los ajustes de arranque y de retardo encontrados y dejados, la corriente de arranque medida y el retardo medido, si el interruptor o seccionador abrió, el resultado de cualquier verificación de disparo con voltaje de control reducido, y el equipo de inyección y el cronómetro usados con su estado de calibración. Las condiciones tal como se encontraron y tal como se dejaron se guardan por separado, y el resultado se firma y se fecha como prueba de desempeño para poder presentarlo en una inspección.

Cómo se juzgan los resultados

El arranque y el retardo medidos se juzgan contra los ajustes especificados para el esquema, dentro de la tolerancia que publica el fabricante, y el interruptor debe abrir en cada corrida. Aquí no se usa la comparación entre fases ni entre corridas; en cambio, la respuesta debe ser repetible y el retardo debe quedar sobre la curva publicada. El esquema no debe disparar por corriente de neutro ajena, y una falla que no produce disparo es un fracaso sin importar las cifras. ANSI/NETA ATS-2025 da los criterios de aceptación para estos esquemas. Para las pruebas periódicas véase ANSI/NETA MTS-2023. Consulte su propia copia con licencia para los valores y las tolerancias que se aplican a su equipo.

Variaciones

La prueba de aceptación comprueba una instalación nueva, incluidos el cableado y la única conexión del neutro, y su registro es la línea base. La prueba de mantenimiento confirma que el esquema sigue funcionando, que sus ajustes no han cambiado y que trabajos posteriores no han introducido una conexión adicional del neutro a tierra. En interruptores con unidad de disparo electrónica integral, la función de falla a tierra se ejercita junto con las funciones de tiempo largo y de tiempo corto y puede probarse por inyección primaria o por inyección secundaria en la unidad de disparo. En un relé independiente con sensor externo, el lazo incluye el sensor y su cableado, de modo que se inyecta todo el recorrido. En un seccionador o tablero con relé de falla a tierra y bobina de disparo, se verifican la salida de disparo y la apertura del seccionador. Donde se usa el enclavamiento selectivo de zona, también se ejercita la señal de restricción.