Prueba del relé de volts por hertz (dispositivo 24): protección contra sobreexcitación

Qué es

El dispositivo 24 es el relé de volts por hertz, que protege a generadores y transformadores contra la sobreexcitación. Responde a la relación entre voltaje y frecuencia, que sigue al flujo magnético del núcleo. La prueba aplica un voltaje y una frecuencia controlados desde un equipo de prueba de relés y verifica dónde arranca el relé, cómo actúa en el tiempo y dónde repone. Muchos relés tienen una etapa de alarma con retardo definido y una etapa de disparo que sigue una curva de tiempo inverso, o dos etapas de tiempo definido, de modo que se verifica cada etapa y cada curva. El relé puede ser electromecánico, de estado sólido o una función dentro de un relé de protección de generador o transformador basado en microprocesador. La prueba se hace sobre el propio relé, junto con la entrada de voltaje y la vía de salida hacia el circuito de disparo.

Por qué se realiza

Cuando el voltaje sube o la frecuencia baja, el flujo del núcleo aumenta, el hierro se satura y el flujo se escapa hacia la estructura circundante. El resultado es un calentamiento rápido de las láminas del núcleo, los pernos y el metal cercano que la protección de sobrecorriente ordinaria no ve, y el daño crece con el tiempo en el nivel elevado. La sobreexcitación aparece durante un arranque o una parada de un generador con el regulador en servicio, tras la pérdida de carga, con un regulador defectuoso o cuando una perturbación del sistema deprime la frecuencia. Un relé que arranca tarde, actúa con demasiada lentitud o no dispara puede dejar que una máquina costosa se sobrecaliente, mientras que uno ajustado con demasiada estrechez dispara una unidad sana en transitorios normales. La prueba demuestra que el ajuste y la curva en servicio son los que el estudio de protección previó.

El principio

El voltaje inducido en un devanado es proporcional al flujo y a la frecuencia, de modo que el flujo es proporcional a la relación entre voltaje y frecuencia. El relé calcula esa relación a partir de un voltaje y una frecuencia medidos, normalmente referidos a los valores nominales de la unidad protegida y expresados en por unidad, y la compara con sus ajustes. La etapa de alarma avisa al operador, y la de disparo sigue una característica de tiempo en la que un exceso mayor dispara antes, lo cual refleja cómo disminuye la capacidad térmica del núcleo al aumentar la excitación. Un equipo de prueba puede subir el voltaje a frecuencia constante, bajar la frecuencia a voltaje constante o hacer ambas cosas, y cada enfoque verifica el mismo cálculo desde otra dirección. Como el relé usa una relación, las referencias de voltaje y de frecuencia deben conocerse y ser correctas, y la característica inversa debe probarse en varios puntos.

Cómo se realiza

El relé se aísla de sus circuitos de disparo y de alarma, o esos circuitos se bloquean, siguiendo los procedimientos de bloqueo y permiso de trabajo del propietario, para que la prueba no pueda disparar un generador ni un transformador. La entrada de voltaje se desconecta del secundario del transformador de potencial y se conecta al equipo de prueba, y el secundario nunca se alimenta en sentido inverso. Se leen y registran los ajustes del relé, incluidas las referencias de voltaje y frecuencia nominales. El equipo de prueba sube el voltaje a frecuencia constante hasta que arrancan las etapas de alarma y de disparo, y luego se repite el arranque moviendo la frecuencia. El tiempo se mide en varios niveles de excitación a lo largo de la curva inversa o en cada etapa de tiempo definido, y el cronómetro del equipo comienza al aplicar el nivel y se detiene cuando cierra el contacto de salida. Se deja reponer el relé entre corridas, porque muchos diseños integran el exceso en el tiempo y conservan memoria de las corridas anteriores. También se observa el comportamiento de reposición. Al final se restablecen las conexiones y los ajustes se comparan con el estudio de protección.

Qué se registra

El registro contiene el arranque encontrado de cada etapa, el tiempo medido en los puntos de la curva, el comportamiento de reposición, las referencias de voltaje y frecuencia usadas en el cálculo, la identificación y los ajustes del relé, el equipo de prueba empleado con su estado de calibración y cualquier ajuste hecho con el resultado final. Se anotan la unidad protegida y la relación del transformador de potencial para vincular el resultado con la aplicación.

Cómo se juzgan los resultados

El arranque y el tiempo se juzgan contra los ajustes del estudio de protección, dentro de la exactitud que declara el fabricante del relé, y contra la curva de capacidad que publica el fabricante del equipo protegido. La curva inversa debe seguir su forma esperada en los puntos probados, y la etapa de alarma debe operar antes que la de disparo. La comparación con pruebas anteriores del mismo relé muestra la desviación. ANSI/NETA ATS-2025 describe las pruebas de aceptación de los relés de protección, y el mantenimiento sigue a ANSI/NETA MTS-2023. Consulte su propia copia con licencia para los valores y las tolerancias.