Prueba del relé detector de tierra (dispositivo 64): detección de fallas a tierra

Qué es

La función 64 es el relé detector de tierra, que se aplica donde una falla a tierra no se anuncia con una corriente grande. Eso incluye los sistemas de corriente alterna sin conexión a tierra y con tierra de alta resistencia, los devanados del estator de generadores y motores con resistencias de puesta a tierra y los sistemas de control y de baterías de corriente continua sin conexión a tierra. El relé detecta la tierra de manera distinta según la aplicación: como voltaje residual o de desplazamiento del neutro en un devanado en delta abierta o en una resistencia de neutro, como una pequeña corriente de neutro, o como un desequilibrio del potencial de la barra de corriente continua respecto a tierra medido mediante un puente de resistencias. En muchas instalaciones solo emite una alarma, porque la primera tierra no es una emergencia, y en otras dispara. La prueba confirma que el relé detecta una tierra simulada en el nivel previsto, actúa tras el retardo previsto y llega al circuito de alarma o de disparo.

Por qué se realiza

En un sistema sin conexión a tierra o con tierra de alta resistencia, una sola tierra deja la alimentación casi sin perturbar, y por eso se tolera. El peligro es que se oculta: una segunda tierra en otra fase o en el polo opuesto la convierte en una falla entre fases o en un cortocircuito de la alimentación de control, con corriente elevada, daño a los equipos y pérdida de la energía de control en el peor momento. Una tierra en un sistema de baterías también puede hacer operar falsamente bobinas de disparo o mantener dispositivos enclavados. El detector de tierra da al personal de mantenimiento la oportunidad de hallar y eliminar la primera tierra antes de que llegue la segunda. Un relé que se volvió sordo, un devanado de detección mal conectado o un indicador muerto eliminan esa advertencia sin ninguna señal, y por eso la prueba periódica es la única garantía.

El principio

El relé vigila el voltaje entre el sistema y tierra, o la corriente en la trayectoria de puesta a tierra. En un sistema sano de corriente alterna sin conexión a tierra, los tres voltajes de fase están balanceados respecto a tierra y el voltaje residual es casi cero. Una tierra en una fase desplaza el neutro y la magnitud residual aumenta, de modo que opera un elemento sensible al voltaje conectado en un secundario en delta abierta. En un sistema con tierra de alta resistencia, la corriente de tierra que atraviesa la resistencia de neutro produce un voltaje que el relé mide. En un sistema de corriente continua, dos resistencias forman un puente desde las barras positiva y negativa hacia tierra, y una tierra en cualquiera de los polos desequilibra el puente, que el detector lee. En la protección de máquinas, un elemento con filtro rechaza el voltaje normal de tercer armónico para que solo una verdadera falla a tierra haga operar el relé.

Cómo se realiza

El relé se aísla de los secundarios de los transformadores de potencial o del circuito de la resistencia de neutro para que la prueba no alimente en sentido inverso un sistema vivo, y las salidas de alarma o de disparo se bloquean o se abren las cuchillas para que la prueba no perturbe equipos en servicio. En un relé de corriente alterna, un equipo de prueba de relés aplica un voltaje residual controlado, o un voltaje de neutro de fase y frecuencia adecuadas, a la entrada de detección en la conexión que el relé espera, elevándolo gradualmente para hallar el arranque y reduciéndolo para hallar la reposición. El retardo se mide aplicando un escalón y cronometrando la salida. Cuando el filtrado de armónicos forma parte de la función, la señal inyectada se elige con la frecuencia adecuada para demostrar que el elemento responde a la fundamental y no al componente filtrado. En un detector de corriente continua, se simula una tierra conectando de forma controlada una resistencia de valor alto desde un polo a tierra, o se usa la función de prueba del propio instrumento, y se observan el indicador y la alarma. Se comprueban las conexiones de detección, la alarma y el circuito de disparo, se restituyen las cuchillas y los ajustes se dejan como se hallaron.

Qué se registra

El registro indica el tipo de relé y la aplicación, la entrada de detección usada, las lecturas de arranque y de reposición halladas y el retardo medido. Se anota cómo se simuló la tierra, la respuesta de las salidas de alarma, de indicación y de disparo, el instrumento y su estado de calibración, las cuchillas bloqueadas y restituidas, y los ajustes tal como se hallaron y como se dejaron junto con cualquier reparación o corrección.

Cómo se juzgan los resultados

El arranque se compara con el ajuste del estudio del sistema, admitiendo la tolerancia publicada para el relé, y el retardo se juzga frente al valor ajustado. La respuesta debe ser coherente en cada entrada de detección o en cada polo, porque un detector que ve una tierra de un lado y no del otro está mal calibrado o mal cableado. Los resultados se comparan con pruebas anteriores del mismo relé para detectar la deriva, y se verifica que la salida produzca la alarma o el disparo que exige el diseño. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 tratan el relé detector de tierra entre las pruebas de relés de protección. Para las tolerancias y los valores, consulte su propia copia con licencia de esas normas y el manual de instrucciones del relé.