Prueba del relé de sobretensión (dispositivo 59): arranque, reposición y tiempos

Qué es

La función 59 es el relé de sobretensión, un elemento que vigila el voltaje entregado por los transformadores de potencial y opera cuando permanece por encima de un nivel ajustado. Se aplica en generadores, barras, bancos de capacitores, motores y cargas sensibles, donde el exceso de voltaje pone en peligro el aislamiento y los equipos conectados. En los diseños electromecánicos es un disco de inducción o una unidad de atracción con bobina de voltaje. En los relés de estado sólido y digitales es una función de medición, con frecuencia de varias etapas: una etapa de ajuste bajo con retardo que sigue una característica inversa o de tiempo definido, y una etapa de ajuste alto que actúa con rapidez. La prueba confirma el arranque, la reposición, el tiempo, el comportamiento de cada etapa y la salida hacia el circuito de disparo o de alarma, usando el voltaje secundario que el relé vería en servicio, de fase a neutro o de fase a fase según la conexión del relé.

Por qué se realiza

La sobretensión sostenida somete el aislamiento a un esfuerzo excesivo, aumenta la saturación del núcleo y el calentamiento en transformadores y motores, acorta la vida de las lámparas y de la electrónica y puede dañar bancos de capacitores. Sigue a una pérdida de carga, a una falla de un regulador, a una falla del regulador de voltaje de un generador, a sobretensiones de maniobra o a la ferrorresonancia. El relé de sobretensión es lo que convierte tal evento en un disparo controlado. Un arranque desplazado hacia arriba deja que el esfuerzo dure más de lo previsto, uno desplazado hacia abajo causa disparos molestos con oscilaciones normales, y un retardo equivocado puede anular la coordinación con otras protecciones de voltaje. Ajustes mal introducidos, una entrada de voltaje desconectada o un contacto de salida abierto hacen que el relé parezca sano mientras no protege nada, y por eso una prueba real por inyección es la única comprobación confiable.

El principio

Un elemento de voltaje compara una magnitud medida con un ajuste. En el tipo de inducción, el par sobre el disco crece con el voltaje, de modo que el disco gira más rápido cuanto más sube el voltaje por encima del ajuste, lo que produce una característica de tiempo inverso. En el tipo de atracción, la fuerza de la bobina vence un resorte cuando el voltaje es suficientemente alto. En los relés digitales, la entrada se muestrea, se filtra a la frecuencia fundamental y se compara con el arranque, y un temporizador corre mientras la condición dura y se repone si el voltaje vuelve a bajar. El elemento tiene además una relación de reposición, es decir, se suelta con un nivel algo inferior al de su arranque para no vibrar en el umbral. Como el elemento vigila un límite superior, la prueba procede elevando el voltaje desde un nivel normal y anotando dónde y con qué rapidez actúa el relé.

Cómo se realiza

El relé se aísla de los secundarios de los transformadores de potencial para que el equipo de prueba no pueda alimentar en sentido inverso una barra viva, y los contactos de salida se bloquean o se abren las cuchillas de disparo para que la prueba no abra un interruptor. Se conecta un equipo de prueba de relés a las entradas de voltaje en la conexión que el relé espera, respetando la secuencia de fases en los relés trifásicos. Se registran los ajustes tal como se encuentran. El voltaje se aplica primero a un nivel normal y luego se eleva lentamente hasta que opera la salida, anotando el arranque, y después se baja para hallar la reposición. Para medir el retardo se aplica un escalón desde el nivel normal hasta uno elegido por encima del arranque, y un cronómetro corre desde el escalón hasta el cierre del contacto, repitiendo el procedimiento con otros niveles cuando la característica es inversa. Los relés de varias etapas se prueban etapa por etapa, y los elementos de cada fase o par de fases se prueban uno a uno. Luego se restituyen las cuchillas de disparo, se comprueba la salida contra el circuito real de disparo o de alarma y los ajustes se dejan como se hallaron salvo que la orden de trabajo disponga otra cosa.

Qué se registra

El registro indica el tipo de relé, la conexión y la etapa probadas, los voltajes de arranque y de reposición hallados y el tiempo de operación medido en cada nivel usado para el cronometraje. Se anotan la conexión de voltaje y la secuencia de fases, el instrumento y su estado de calibración, el estado del circuito de disparo y los ajustes tal como se hallaron y como se dejaron. En las unidades electromecánicas se incluyen observaciones sobre el estado mecánico, como la limpieza del disco y el estado de los contactos.

Cómo se juzgan los resultados

El arranque se compara con el ajuste del estudio de protección, admitiendo la tolerancia publicada para ese relé, y la reposición se juzga frente a la relación de reposición que da el fabricante. El tiempo se compara con el retardo ajustado o con la curva inversa publicada para el ajuste, en cada nivel probado. La comparación entre fases y con resultados anteriores del mismo relé deja ver la deriva o un elemento que falla. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 tratan el relé de sobretensión entre las pruebas de relés de protección. Para las tolerancias y los valores, consulte su propia copia con licencia de esas normas y el manual de instrucciones del relé.