Prueba del relé de réplica térmica (dispositivo 49R): curva de sobrecarga y memoria térmica

Qué es

Un relé dispositivo 49R no mide la temperatura. La calcula. A partir de la corriente que fluye por el equipo protegido, el relé ejecuta un modelo matemático del calentamiento, la réplica térmica, que lleva la cuenta de cuánta de la capacidad térmica del equipo se ha consumido. Cuando el modelo llega a su límite, el relé dispara, y un nivel de alarma anterior puede advertir a los operadores. El elemento es estándar en los relés de protección de motores y aparece en transformadores, cables y bancos de capacitores. Los ajustes reflejan el equipo: corriente de plena carga, factor de servicio, clase de curva de sobrecarga, tratamiento separado de arranque y marcha, y las constantes de tiempo de calentamiento y enfriamiento. La prueba de campo es inyección secundaria de corriente desde un equipo de prueba, con un temporizador en el contacto de salida y atención al estado térmico que el relé conserva antes de cada prueba.

Por qué se realiza

Los motores y los cables toleran una sobrecarga durante un tiempo, y el tiempo permitido disminuye a medida que crece la sobrecarga. Un fusible o un elemento instantáneo no puede seguir ese compromiso, y un simple temporizador ignora el calor ya almacenado por la marcha anterior. Una réplica térmica tiene memoria: un motor que acaba de funcionar caliente tiene menos margen que uno frío, y el relé lo tiene en cuenta. Un relé que dispara demasiado pronto causa paros innecesarios, sobre todo en procesos con arranques repetidos. Uno que dispara demasiado tarde permite que el aislamiento se envejezca o falle, y el daño puede aflorar meses después. Como el modelo es interno y sus constantes provienen de los ajustes, solo la inyección puede comprobar que la curva, la memoria y el enfriamiento se comportan como supuso el estudio.

El principio

El calor generado en un conductor crece con el cuadrado de la corriente, y el equipo pierde calor hacia su entorno a una velocidad determinada por su constante térmica de tiempo. Una réplica térmica usa la misma idea en forma de cálculo: cada paso añade calor en proporción al cuadrado de la corriente y retira calor en proporción a la diferencia con el entorno, de modo que una sobrecarga sostenida lleva el modelo hacia un límite a lo largo de una curva que depende de la magnitud de la sobrecarga. El resultado es una característica de tiempo inverso, donde una sobrecarga fuerte dispara rápido y una leve tarda mucho más. El modelo tiene un valor inicial que depende del historial previo, así que la misma sobrecarga dispara más rápido desde un estado caliente que desde uno frío. Muchos relés modelan también el desbalance, que añade calentamiento, y un nivel de alarma sobre el porcentaje de capacidad térmica consumida. Tras un disparo el modelo se enfría, y un rearranque puede bloquearse hasta que lo haya hecho.

Cómo se realiza

Con el relé aislado y su salida de disparo bloqueada, el técnico registra la identidad y los ajustes térmicos: corriente de plena carga, factor de servicio, clase de curva, constantes de tiempo y nivel de alarma. Se borra la memoria térmica, o se deja que el relé se asiente en un estado frío conocido, y se conecta un equipo de prueba trifásico de corriente a las entradas con el contacto de salida cronometrado. Se aplica una sobrecarga elegida desde el estado frío, y el tiempo de disparo se mide y se compara con la curva, en más de un múltiplo para verificar la forma. La prueba se repite luego desde un estado caliente, producido llevando el modelo con una carga previa y reaplicando la sobrecarga, para confirmar que la memoria térmica acorta el tiempo. El nivel de alarma se observa mientras el modelo se llena. Después del disparo se comprueban el enfriamiento y el bloqueo de rearranque. Como la memoria térmica se arrastra entre ejecuciones, se hace una reposición antes de cada prueba y se planifica el orden de las pruebas.

Qué se registra

El registro consigna la identidad y los ajustes térmicos del relé, los múltiplos de sobrecarga aplicados, el estado térmico al inicio de cada prueba y el tiempo de disparo medido en cada una. Anota la respuesta de la alarma, el comportamiento de enfriamiento y reposición y si la memoria se borró antes de cada ejecución. Nombra el equipo de prueba y su estado de calibración y los ajustes tal como se encontraron y como quedaron, y registra cualquier ajuste realizado.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se comparan con la curva producida por el estudio del motor o del equipo y con la curva publicada por el fabricante, pues los ajustes correctos dependen de los límites térmicos del equipo. Los criterios toman estas formas: un tiempo de disparo que sigue la curva publicada en cada nivel probado dentro de la exactitud indicada, un tiempo en estado caliente más corto que en estado frío como lo predice el modelo, una alarma que precede al disparo, un bloqueo de rearranque que se libera al enfriarse el modelo y un contacto de salida limpio. Los resultados de mantenimiento se comparan además con pruebas anteriores. 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.