Prueba del relé diferencial (dispositivo 87): pendiente, retención y arranque

Qué es

Un relé diferencial, dispositivo ANSI 87, protege una zona definida, como un transformador, un generador, un motor, una barra o una línea corta, comparando las corrientes que entran a la zona con las que salen. En una zona sana ambas coinciden, y ante una falla interna no, de modo que el relé puede disparar con rapidez y sin necesidad de coordinarse con los dispositivos aguas abajo. La prueba confirma que el relé arranca con una diferencia pequeña, que su pendiente de retención se comporta como se ajustó, que la retención contra la corriente de magnetización y la sobreexcitación funciona cuando el relé la tiene, que el elemento de ajuste alto opera sin retención y que la salida de disparo es correcta. Se aplica a relés electromecánicos, de estado sólido y numéricos, y a esquemas diferenciales de transformador, generador, barra y línea. Las relaciones de los transformadores de corriente y la compensación por las conexiones de los devanados se verifican en el mismo ejercicio.

Por qué se realiza

La protección diferencial es la más rápida y selectiva sobre los equipos de mayor valor, por lo que un error oculto sale muy caro. Un relé demasiado insensible deja que una falla de devanado siga ardiendo hasta que actúe un respaldo más lento, y uno demasiado sensible dispara por corriente de magnetización, fallas pasantes o saturación de un transformador de corriente y desconecta equipo sano. Entre los errores que importan están los ajustes de derivación incorrectos para la relación de los transformadores de corriente, la compensación ausente o equivocada del desfase del transformador, la polaridad invertida en un transformador de corriente y un circuito de retención que no retiene. Muchos de ellos permanecen invisibles hasta que se energiza el equipo o hasta que ocurre una falla pasante. La inyección secundaria los expone mientras la zona sigue fuera de servicio.

El principio

El relé forma dos magnitudes a partir de las corrientes que recibe. La magnitud de operación es la diferencia entre las corrientes que entran y salen de la zona, escalada por las relaciones de los transformadores de corriente y corregida por cualquier desfase del equipo protegido. La magnitud de retención mide cuán cargada está la zona, normalmente a partir de la suma o de la mayor de las corrientes. El relé dispara cuando la magnitud de operación supera un mínimo y supera un porcentaje de la magnitud de retención, lo que forma una característica con pendiente. La pendiente tolera pequeños errores de los transformadores de corriente y de la derivación a medida que aumenta la carga. Los relés de transformador añaden un bloqueo basado en el contenido de armónicos, porque la corriente de magnetización y la sobreexcitación contienen armónicos característicos que una falla interna no tiene. Un elemento de ajuste alto sin retención opera ante una diferencia muy grande sin esperar a la lógica de retención, porque una falla interna severa puede saturar un transformador de corriente y distorsionar las señales en las que se apoya la retención.

Cómo se realiza

El equipo protegido se desenergiza y el relé se aísla de sus transformadores de corriente y de los circuitos de disparo, según el plan de seguridad del propietario. Se registran la identificación, los ajustes, los valores de derivación y la conexión de los devanados del transformador, y se mide el aislamiento entre los circuitos del relé y el bastidor al nivel que asigna la norma. Luego un equipo de prueba de relés inyecta corriente, normalmente por un canal independiente para cada devanado o entrada de retención. Para hallar el arranque mínimo, se eleva la corriente en un solo devanado hasta que el relé opera. La pendiente se verifica inyectando corrientes equilibradas a un nivel de retención elegido y aumentando después la diferencia hasta que el relé opera, en varios niveles de retención, para confirmar que los puntos caen sobre la característica. La compensación se verifica inyectando corrientes con la relación de fase que produciría la conexión del transformador y confirmando que el relé no ve diferencia. La retención por armónicos se prueba añadiendo a la corriente inyectada el contenido armónico especificado y verificando que el relé bloquea. El elemento sin retención se prueba con un aumento brusco de corriente, midiendo el tiempo de operación. Cada fase se prueba por turno y se observa la salida de disparo en el contacto. Después se restablecen los ajustes, y la polaridad de los transformadores de corriente se verifica en campo antes de energizar el equipo.

Qué se registra

El registro describe el relé y los ajustes contra los que se probó, lo que se halló en cada elemento de protección y el estado del aislamiento de sus circuitos, junto con el equipo de prueba usado y su estado de calibración. Las condiciones tal como se encontraron y como se dejaron se guardan por separado, para que quien revise después vea qué hacía el relé antes y después del trabajo y pueda repetir la prueba de la misma manera.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se comparan con los ajustes del relé y con las tolerancias publicadas por el fabricante, y los puntos medidos deben caer sobre la característica configurada, o cerca de ella, con el margen que indica el fabricante. El arranque mínimo, la pendiente y la operación de ajuste alto se juzgan cada uno por separado. Las fases se comparan entre sí, ya que una sola fase distinta apunta a un problema de cableado o de entrada. La retención por armónicos debe bloquear donde corresponde y liberar donde no. Las diferencias respecto a pruebas anteriores del mismo relé se investigan aunque estén dentro de la tolerancia. La lectura de aislamiento se interpreta con la tabla de la norma para el voltaje del circuito. La función diferencial figura entre las pruebas de relés de protección de ANSI/NETA ATS-2025 para aceptación y de ANSI/NETA MTS-2023 para mantenimiento. Para los valores y criterios reales, consulte sus copias con licencia de ambas y las instrucciones del fabricante.