Protección
Un relé de sobrecorriente direccional, dispositivo 67, dispara ante una corriente elevada solo cuando esta circula en el sentido protegido. La prueba verifica la decisión de dirección, el arranque de corriente y el tiempo, con corriente inyectada y una referencia de polarización.
Un relé de sobrecorriente direccional, dispositivo ANSI 67, es un elemento de sobrecorriente supervisado por una decisión de dirección. Compara la fase de la corriente de operación con una magnitud de referencia, normalmente un voltaje, y permite el disparo únicamente cuando la corriente circula en el sentido que el esquema designa como directo. La prueba confirma que esa decisión se toma correctamente y que el elemento de sobrecorriente que la sigue arranca y temporiza como se pretende. Se realiza en relés electromecánicos, de estado sólido y microprocesados que protegen alimentadores en anillo o en paralelo, barras en anillo, fuentes que pueden alimentar una falla desde ambos extremos y circuitos de tierra donde la corriente puede retornar por más de una trayectoria. La unidad direccional y la de sobrecorriente pueden ser elementos separados en una misma caja o una sola función en un relé numérico, y cada una se ejercita por separado y también en conjunto.
Cuando una falla puede alimentarse desde más de un lado, un relé de sobrecorriente simple no distingue una falla en su propio alimentador de una falla a su espalda, por lo que puede disparar un circuito sano o no coordinar con los vecinos. El elemento de dirección es lo que hace posible el despeje selectivo en anillos, líneas en paralelo y generación conectada por ambos extremos. Si ese elemento tiene la polaridad equivocada, una conexión invertida de corriente o de voltaje, un ángulo mal ajustado o una fuente de polarización averiada, el relé puede disparar ante una falla inversa, una operación incorrecta que desconecta carga sana, o bloquearse ante una falla que debía despejar, lo que deja la falla a una protección de respaldo más lenta. Estos errores son frecuentes tras cambios de cableado y sustitución de relés, y siguen ocultos hasta que ocurre una falla. Una prueba con dirección conocida los expone con el circuito fuera de servicio.
El relé necesita dos entradas: la corriente que debe juzgar y una referencia cuya fase no cambia con el sentido de la falla. En los elementos de fase, esa referencia suele ser un voltaje elegido para mantener una relación de fase estable con la corriente de falla. En los elementos de tierra puede ser una magnitud de secuencia cero o negativa, o una corriente de neutro. El elemento de dirección mide el ángulo entre la corriente de operación y la referencia. Su característica es un semiplano limitado por una línea a un ángulo de diseño llamado ángulo de par máximo, de modo que la corriente del lado directo produce par de operación y la del lado inverso produce par de retención. Cerca del límite la salida es débil, por lo que muchos relés exigen un voltaje de polarización mínimo o tienen memoria. Cuando el elemento de dirección lo permite, el de sobrecorriente aplica su propia característica: instantánea, de tiempo definido o una curva de tiempo inverso con un dial. La prueba tiene entonces dos partes: hallar dónde cambia la decisión de dirección al girar el ángulo inyectado y verificar el arranque y el tiempo de la sobrecorriente en el sentido permitido.
El relé se aísla de sus transformadores de corriente y de voltaje, de los circuitos de disparo y de cualquier ruta de falla de interruptor o bloqueo, según el plan de seguridad del propietario, y los ajustes se leen de la hoja de ajustes vigente. Se inspecciona la caja y se anota la identificación del relé. Se mide el aislamiento entre los circuitos del relé y el bastidor al nivel de prueba que asigna la norma, una vez estabilizada la lectura. Luego un equipo de prueba de relés suministra corriente y voltaje, de modo que se pueda controlar el ángulo de fase entre ambos. Con un voltaje de polarización sano aplicado, se eleva la corriente por pasos para hallar el arranque y se barre el ángulo en cada sentido para encontrar los puntos donde el relé deja de operar y empieza a operar, lo que localiza los límites y el ángulo de máxima sensibilidad. El técnico confirma la operación en la región directa y el bloqueo en la inversa, y prueba cada fase y el elemento de tierra por turno, con la polaridad correcta en cada caso. Después se mide el tiempo del elemento de sobrecorriente desde el arranque ajustado en uno o más múltiplos, con la dirección permitida, y se observa el contacto en la salida de disparo. Si el relé usa voltaje de memoria o una corriente de polarización de un transformador aparte, esas entradas también se prueban. Todo se devuelve a los ajustes de servicio y una verificación de extremo a extremo confirma que la señal de disparo llega al interruptor.
El registro abarca la identificación del relé y los ajustes en uso, las relaciones de los transformadores de corriente y de voltaje, la fuente de polarización y su conexión, los límites medidos de la decisión de dirección y el ángulo de máxima sensibilidad, los valores de arranque hallados, los tiempos de operación observados, la lectura de aislamiento, el instrumento utilizado y el estado tal como se encontró y como se dejó. Todo cambio de ajuste se anota con su motivo, para que una revisión posterior distinga un relé que se desvió de uno que fue reajustado.
Los resultados se juzgan frente a los ajustes del propio relé y a los datos de tolerancia y de curvas publicados por el fabricante, no frente a un número único y universal. La decisión de dirección debe cambiar cerca del ángulo de diseño y mantener bien diferenciadas las regiones directa e inversa. El arranque debe repetirse dentro de la exactitud declarada del relé y cada punto de tiempo debe caer sobre la curva del dial y la familia de curvas seleccionados. Las fases y los elementos se comparan entre sí, y un resultado distinto de las pruebas anteriores del mismo relé se investiga aunque siga dentro de la tolerancia. La lectura de aislamiento se interpreta con la tabla correspondiente al voltaje del circuito. Los marcos de aceptación y mantenimiento aplicables, ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023, incluyen la función de sobrecorriente direccional entre las pruebas de relés de protección; consulte sus copias con licencia de ambas, y los datos del fabricante, para los valores y criterios.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
Es el ángulo de fase entre la corriente y la referencia de polarización con el que el elemento de dirección es más sensible. La región directa es un semiplano construido alrededor de ese ángulo. La prueba barre el ángulo inyectado para hallar dónde el relé empieza y deja de operar, y confirma que esos puntos coinciden con los ajustes y la documentación del relé.
La corriente por sí sola no indica hacia dónde está la falla, porque su fase cambia con la ubicación de esta. El voltaje aporta una referencia de fase estable para que el relé pueda comparar ambas. Sin una referencia sana, muchos relés recurren a la memoria o bloquean la operación.
Lo habitual es hallar polaridad invertida en un transformador de corriente, fases cambiadas, una conexión de polarización equivocada y un ángulo mal ajustado. Cualquiera de ellos puede hacer que el relé dispare ante una falla inversa o se bloquee ante una directa. Inyectar una dirección conocida en los bornes del relé los revela antes de energizar el circuito.
Se puede temporizar solo el elemento de sobrecorriente si la supervisión direccional se satisface o se deshabilita con ajustes de prueba, pero eso prueba solo la mitad de la función. Una prueba completa confirma también que el relé bloquea en sentido inverso y opera en sentido directo, y que los ajustes se restablecen al terminar.
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