Protección
El relé de potencia direccional, dispositivo ANSI 32, opera cuando la potencia activa o reactiva fluye en un sentido elegido más allá de un nivel ajustado. La prueba inyecta voltaje y corriente con ángulos controlados, demuestra el sentido de operación y el arranque, y verifica el retardo y la salida.
Un relé dispositivo 32 mide el sentido y la cantidad de potencia que fluye en un punto del sistema. Necesita tanto un voltaje como una corriente, tomados de transformadores de potencial y de corriente, porque la potencia es el producto de ambos y del ángulo entre ellos. El elemento puede ajustarse para responder a flujo directo o inverso, a potencia activa o reactiva, y a potencia por encima o por debajo de un ajuste. Sus ubicaciones típicas son los interruptores de generadores, donde detecta que la máquina funciona como motor desde el sistema, y las interconexiones con la red, donde limita o bloquea la exportación o la importación. Existen versiones electromecánicas y de microprocesador. La prueba de campo suministra un juego trifásico de voltaje y corriente con ángulo controlado, y observa dónde opera la salida, con qué rapidez y en qué sentido.
Cuando un motor primario pierde su entrada mientras el generador sigue conectado, la máquina continúa girando como motor y toma potencia del sistema. Una turbina de vapor puede sobrecalentar sus álabes, y un motor de combustión puede dañarse o incendiarse con combustible sin quemar, por lo que la potencia inversa debe detectarse y la unidad separarse. En una interconexión, una exportación no prevista puede violar un acuerdo o alimentar de regreso un circuito que el personal cree desenergizado. Estas condiciones implican niveles de potencia muy pequeños frente a la capacidad del equipo, así que el relé se ajusta sensible y lento, y pequeños errores de ángulo o de cableado pueden dejarlo ciego o hacerlo operar en el sentido equivocado. La prueba es la única forma de confirmar polaridad, sentido y sensibilidad antes de que la máquina funcione.
El elemento multiplica los fasores de voltaje y corriente y usa la componente de ese producto que se encuentra sobre un eje elegido. La potencia que fluye en sentido directo produce un resultado positivo y la que fluye en sentido contrario produce uno negativo, de modo que el relé solo necesita observar el signo y la magnitud del resultado. Como la cantidad medida depende del coseno del ángulo entre voltaje y corriente, un flujo de potencia activa aparece cuando ambos están casi en fase, mientras que el flujo reactivo aparece cuando están muy desfasados. Con factor de potencia muy bajo, los errores de ángulo propios de los transformadores de instrumento pasan a ser gran parte de lo que ve el relé, por lo que los elementos sensibles de potencia inversa se juzgan teniendo en cuenta ese error. La mayoría de los dispositivos agregan un retardo definido para que una oscilación breve después de una perturbación no provoque un disparo.
Con el relé aislado de los circuitos energizados y sus salidas bloqueadas, el técnico registra la identidad del relé, la convención de conexión y los ajustes de sentido, magnitud y ángulo. Se conecta un equipo de prueba trifásico de voltaje y corriente a las entradas respectivas, respetando polaridad y secuencia de fases exactamente como en servicio, y el contacto de salida se monitorea con el temporizador del equipo. Se mantiene el voltaje en un nivel normal mientras se aplica corriente con un ángulo que representa potencia directa, y el relé debe permanecer en reposo. Luego se gira el ángulo para representar flujo en el sentido de operación y se sube lentamente la corriente hasta que la salida opera, lo que da el arranque, y después se baja para hallar la reposición. El sentido se confirma repitiendo a ángulos a ambos lados del límite de la característica. El tiempo se mide llevando la corriente de cero a un múltiplo elegido del arranque. Cuando es posible, el contacto se comprueba hasta el circuito de disparo con el interruptor en posición de prueba.
El registro consigna la identidad y los ajustes del relé, los niveles de voltaje y corriente inyectados con su ángulo, el arranque y la reposición hallados en cada sentido probado y el retardo medido. Anota que el relé permaneció en reposo en el sentido de no operación, qué equipo de prueba y estado de calibración se usaron, y los ajustes tal como se encontraron y como quedaron. También anota si la salida se comprobó hasta el circuito de disparo o de bloqueo y cualquier ajuste realizado.
Los resultados se juzgan contra los ajustes emitidos por el estudio de protección, porque el arranque correcto depende de la máquina o de la interconexión de que se trate. Los criterios toman estas formas: un arranque que concuerda con el ajuste dentro de la exactitud declarada por el fabricante, operación en el sentido previsto y ninguna operación en el sentido opuesto, un retardo que coincide con el ajuste y un contacto limpio. Los resultados de mantenimiento se comparan además con pruebas anteriores y con la referencia de aceptación. El alcance de las pruebas de relés se describe en ANSI/NETA ATS-2025 para aceptación y en ANSI/NETA MTS-2023 para mantenimiento. Para las tolerancias y el detalle de cada cláusula, consulte su propia copia con licencia de esas normas y los datos del fabricante.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
Con más frecuencia, un generador que perdió su motor primario y empieza a funcionar como motor, lo que puede dañar turbinas y motores. También se usa en interconexiones para limitar o bloquear la exportación o importación de potencia.
La potencia depende del voltaje, de la corriente y del ángulo entre ambos. Con solo una de las dos magnitudes el relé no podría distinguir el sentido del flujo, por lo que el equipo de prueba debe suministrar ambas con un ángulo controlado.
El funcionamiento como motor toma solo una pequeña fracción de la potencia nominal, así que el arranque es bajo. Un retardo definido evita que las oscilaciones breves de potencia tras una perturbación disparen una unidad sana.
El dispositivo 67 es un elemento de sobrecorriente direccional que responde al sentido de la corriente de falla. El dispositivo 32 responde al sentido y a la cantidad de potencia, normalmente con niveles mucho menores y retardos más largos.
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