Prueba del relé de secuencia negativa (dispositivo 46N): protección contra desbalance

Qué es

Un relé dispositivo 46N mide la componente de secuencia negativa de las tres corrientes de fase. Esa componente es la parte de un conjunto desbalanceado que gira en sentido contrario al del sistema, y se obtiene procesando juntas las magnitudes y los ángulos de fase. El elemento es parte estándar de la protección de generadores y también se usa en motores y transformadores. Suele tener una etapa de alarma de tiempo definido muy sensible y una etapa de disparo de tiempo inverso adaptada a la capacidad térmica de la máquina. Existen unidades electromecánicas de tipo filtro y relés de microprocesador. La prueba de campo inyecta corrientes trifásicas cuyo contenido de secuencia negativa se conoce por cálculo, y observa el arranque, el tiempo y el estado de los contactos de alarma y disparo.

Por qué se realiza

En una máquina rotativa, la corriente de secuencia negativa produce un campo magnético que gira contra el rotor. Induce en la superficie del rotor corrientes al doble de la frecuencia del sistema, que calientan con rapidez el hierro del rotor, las cuñas de las ranuras y los anillos de retención porque esas corrientes se concentran en una capa delgada. Un generador tiene una tolerancia limitada, normalmente expresada como una constante de capacidad térmica, para este calentamiento. Entre las causas están conductores abiertos, cargas desbalanceadas, polos de interruptor desiguales y fallas desbalanceadas no liberadas. Si el elemento está mal ajustado, o si los transformadores de corriente tienen una fase intercambiada, puede pasar por alto una condición dañina o disparar una unidad sana. La prueba es la única forma de comprobar el cálculo de secuencia y la curva, porque la condición no puede crearse con seguridad en una máquina en operación.

El principio

Cualquier conjunto desbalanceado de tres corrientes puede resolverse en tres conjuntos balanceados: secuencia positiva, que gira con el sistema, secuencia negativa, que gira en sentido contrario, y secuencia cero, la parte común a las tres. Un conjunto perfectamente balanceado solo tiene la componente positiva. El relé calcula la componente negativa con una red de filtros o, en las unidades digitales, con aritmética sobre los fasores muestreados. El ajuste se expresa respecto de la capacidad de la máquina, y la curva inversa sigue la idea de que el calentamiento crece con el cuadrado de la corriente de secuencia negativa multiplicado por el tiempo que fluye, de modo que una componente mayor dispara antes. El elemento tiene un arranque mínimo por debajo del cual nunca opera y una característica de reposición que modela el enfriamiento del rotor. Como la cantidad depende de los ángulos de fase, una rotación de fases equivocada hace que el relé vea la secuencia opuesta, por lo que la secuencia correcta forma parte de la prueba.

Cómo se realiza

Con el relé aislado y sus salidas de disparo bloqueadas, el técnico registra la identidad y los ajustes de la etapa de alarma, del arranque de disparo, de la constante de la curva y de cualquier tiempo máximo. Se conecta un equipo de prueba trifásico de corriente a las entradas del relé, cuidando que la secuencia de fases del conjunto inyectado sea correcta, pues invertirla intercambia las secuencias positiva y negativa. El equipo se ajusta primero a una condición balanceada, y el relé no debe mostrar contenido de secuencia negativa. Luego se introduce desbalance, comúnmente con una corriente monofásica o con dos fases de igual magnitud y ángulos opuestos, cualquiera de las cuales tiene una componente de secuencia negativa conocida y calculable. Se eleva la magnitud hasta que arrancan las etapas de alarma y de disparo, y el tiempo se mide en varios niveles a lo largo de la curva inversa para verificar la forma y no solo un punto. El comportamiento de reposición se comprueba donde esté ajustado. Si es posible, los contactos se comprueban hasta los circuitos que accionan.

Qué se registra

El registro consigna la identidad y los ajustes del relé, las corrientes inyectadas con sus ángulos, la componente de secuencia negativa que representa cada una y el arranque hallado para alarma y disparo. Enumera el tiempo medido en cada nivel, el equipo de prueba y su estado de calibración, y si se confirmó la secuencia de fases. También anota los ajustes tal como se encontraron y como quedaron, cualquier ajuste realizado y si los contactos de salida se comprobaron hasta sus circuitos.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se comparan con los ajustes del estudio de protección, que dependen de la capacidad térmica de la máquina y del sistema, y no con una cifra universal. Los criterios toman estas formas: un arranque que concuerda con el ajuste dentro de la exactitud declarada por el fabricante, una curva cuyo tiempo coincide con la publicada en cada nivel probado, una alarma que responde por debajo del nivel de disparo como se previó, respuesta correcta a la secuencia y contactos limpios. Los resultados de mantenimiento se comparan además 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.