Prueba de elementos de relés de protección: arranque, tiempo y vía de disparo

Qué es

Un relé de protección vigila corriente, voltaje u otras magnitudes y opera un contacto de salida cuando aparece una condición anormal. Los relés modernos contienen muchos elementos de protección, cada uno con sus propios ajustes: sobrecorriente, bajo y sobrevoltaje, frecuencia, direccional, diferencial, distancia y otros. La prueba de elementos ejercita cada función habilitada, una a la vez, con un equipo de prueba de relés que inyecta señales de corriente y voltaje, y verifica cómo responde el relé. El relé puede ser electromecánico, de estado sólido o de microprocesador, y puede proteger alimentadores, motores, generadores, transformadores, barras y los equipos auxiliares que los rodean, incluidos los relés de protectores de red, los cargadores de baterías y rectificadores, los sistemas de emergencia con generador de motor, los arrancadores de motor, los variadores y los aparatos reguladores. La prueba abarca los elementos, sus banderas e indicadores y los contactos de salida que disparan o alarman. Las pruebas de elementos específicos para funciones de dispositivo concretas se describen en sus propias páginas.

Por qué se realiza

Los relés de protección pasan casi toda su vida sin hacer nada, y la única manera de saber que actuarán cuando se necesiten es hacerlos actuar en una prueba. Los ajustes pueden introducirse mal, cambiarse durante el mantenimiento, perderse al actualizar el firmware o no cargarse nunca. Los relés electromecánicos se desvían a medida que envejecen los resortes, los cojinetes y los contactos. Un relé que no arranca deja una falla en el sistema hasta que un respaldo más lento la despeja, lo que arriesga daños al equipo y apagones extensos, y un relé que arranca cuando no debe saca de servicio un circuito sano. En un relé de microprocesador se pueden habilitar, deshabilitar o bloquear muchas funciones en la lógica, de modo que una protección que figura en el plano puede no estar en servicio. La prueba demuestra que los elementos mencionados en el estudio de protección están presentes, bien ajustados y conectados para disparar.

El principio

Cada elemento de protección compara una magnitud medida con un ajuste y, cuando la condición persiste el tiempo suficiente, cierra una salida. Un elemento sencillo de sobrecorriente arranca cuando la corriente supera un umbral y dispara tras un tiempo definido o a lo largo de una curva de tiempo inverso. Un elemento de voltaje vigila el voltaje bajo o alto. Un elemento direccional decide en qué sentido fluye la potencia o la corriente de falla. Un elemento diferencial compara las corrientes que entran y salen de una zona protegida. El equipo de prueba reproduce las señales que el relé vería en una falla, en niveles justo por debajo y por encima de cada ajuste, de modo que se encuentren el arranque y la reposición y se mida el tiempo de respuesta en la salida. Las banderas e indicadores muestran qué elemento operó, que es como se analiza después un evento real, por lo que forman parte de la función que se comprueba. Los ajustes se derivan de un estudio de coordinación, y la prueba confirma que el dispositivo lleva esos ajustes y se comporta como ellos pretenden.

Cómo se realiza

El relé se aísla de los circuitos que dispara y de los secundarios energizados de los transformadores de instrumento según los procedimientos de bloqueo y permiso de trabajo del propietario, y los secundarios de los transformadores de corriente nunca se abren estando energizados. Los ajustes del relé se leen del dispositivo y se comparan con la hoja de ajustes aprobada antes de la prueba, y cualquier diferencia se resuelve primero. Un equipo de prueba de relés capaz de las corrientes, los voltajes y los ángulos necesarios se conecta en el interruptor de prueba o en los terminales del relé. Para cada elemento habilitado, la señal se aumenta hasta que el elemento arranca y se reduce hasta que repone, y el tiempo se mide aplicando una condición de falla escalonada y registrando el intervalo hasta el contacto de salida. Los elementos de tiempo inverso se prueban en más de un punto de la curva. Los elementos direccionales y diferenciales se prueban con los ángulos o las corrientes que distinguen la operación de la restricción. Se verifican las banderas, los indicadores y las salidas de alarma y de disparo, y cuando el procedimiento lo requiere se hace una prueba de disparo hasta el interruptor o la bobina de disparo. La resistencia de aislamiento de los circuitos del relé se verifica cuando el procedimiento lo pide. Todo se restablece y se confirman los ajustes finales.

Qué se registra

El registro incluye la identificación del relé, el firmware o la revisión cuando corresponde, los ajustes aprobados con los que se comparó el relé, el arranque, la reposición y el tiempo encontrados para cada elemento probado, los resultados de banderas, indicadores y contactos de salida, cualquier prueba de disparo hasta el interruptor, el equipo de prueba usado con su estado de calibración y las condiciones de la prueba. Los resultados tal como se encontró y tal como se dejó se guardan por separado, con cada ajuste anotado, para que un ajuste cambiado pueda rastrearse.

Cómo se juzgan los resultados

Cada elemento se juzga contra el ajuste del estudio de protección y la exactitud que declara el fabricante para el relé, que varía con el tipo de elemento y la tecnología. El arranque y la reposición deben ser congruentes con el ajuste, el tiempo debe seguir la curva ajustada, y las salidas y las banderas deben corresponder a la lógica. Los resultados de elementos semejantes, como las tres fases de una función de sobrecorriente, deben coincidir, y las tendencias frente a pruebas anteriores revelan la desviación en relés más antiguos. ANSI/NETA ATS-2025 describe las pruebas de aceptación de los relés de protección y de las funciones de protección relacionadas. Para el mantenimiento véase ANSI/NETA MTS-2023. Consulte su propia copia con licencia para los valores y las tolerancias.

Variaciones

Las pruebas de aceptación comprueban el conjunto completo de elementos habilitados y fijan la línea base, mientras que las de mantenimiento se concentran en las funciones que más importan y en la desviación. Los relés electromecánicos exigen atención a la calibración, al estado de los contactos y a las banderas, mientras que los relés de microprocesador exigen verificar ajustes, revisar la lógica y confirmar que las funciones correctas están habilitadas. Los relés de protectores de red se prueban por sus características de cierre y disparo como parte del protector. En los cargadores de baterías y rectificadores, las funciones de protección se prueban como parte de las verificaciones del cargador, y IEEE 946-2020 trata el diseño de los sistemas auxiliares de corriente continua. Para los reguladores de corriente constante de la iluminación de aeropuertos, FAA AC 150/5345-10H fija requisitos para las funciones de protección del regulador. Los dispositivos de protección de motores y los variadores se prueban por sus propias funciones de sobrecarga y de falla.