La comparación de fase es una protección de línea que compara, por un canal, el ángulo de fase de las corrientes en ambos extremos. Para carga o fallas externas las corrientes que entran a la línea están en oposición; para una falla interna están casi en fase y la protección dispara. Solo transmite la polaridad, no la magnitud, por eso funciona incluso sobre onda portadora.
Qué es la comparación de fase
La protección por comparación de fase es un esquema piloto de línea que no mide impedancia ni dirección: compara el ángulo de fase de las corrientes en los dos extremos.
Con la convención de corriente positiva entrando a la línea en cada extremo:
- Carga o falla externa: la corriente entra por un extremo y sale por el otro. Las dos corrientes están en oposición (unos 180°).
- Falla interna: ambos extremos alimentan la falla. Las corrientes están casi en fase.
La protección solo necesita saber si las polaridades coinciden. Es una forma de protección unitaria, como la diferencial: los fabricantes la designan 87PC (así la lista GE Vernova para su relé Multilin L60), y el canal piloto que usa corresponde a la función 85 de ANSI/IEEE C37.2. Su lugar entre los demás esquemas está en la guía de esquemas de teleprotección.
Cómo funciona: lógica y señales
La cantidad comparada. Los esquemas clásicos combinan las corrientes de fase en una sola cantidad compuesta mediante una red de secuencias (por ejemplo, secuencia positiva y negativa con pesos ajustados), para detectar todos los tipos de falla con un solo canal. Otros comparan cada fase por separado o la secuencia negativa.
Los bloques de medio ciclo. Cada extremo convierte su cantidad en una onda cuadrada: transmite durante los semiciclos positivos y calla durante los negativos.
- Falla externa: como las corrientes están en oposición, cuando un extremo calla el otro transmite. En el canal siempre hay señal de alguno de los dos.
- Falla interna: las corrientes están en fase, los dos extremos transmiten y callan al mismo tiempo, y el canal queda vacío cada medio ciclo.
| Condición | Ángulo entre corrientes | Bloques de medio ciclo | Canal |
|---|---|---|---|
| Carga o falla externa | Oposición, unos 180° | Cuando un extremo calla, el otro transmite | Siempre hay señal de alguno |
| Falla interna | Casi en fase | Los dos transmiten y callan a la vez | Queda vacío cada medio ciclo |
Disparo. En la versión de bloqueo, la señal recibida del remoto actúa como bloqueo: si en un medio ciclo no hay señal ni local ni remota durante más que un ángulo ajustado, el relé dispara. En la versión permisiva (o de disparo), se exige coincidencia de los bloques local y remoto durante ese ángulo. El margen frente a errores se llama ángulo de estabilidad: cubre el retardo del canal no compensado, los errores de los transformadores de corriente y la corriente capacitiva de la línea.
Detectores de falla. Los esquemas clásicos usan dos niveles: un detector sensible que arranca la transmisión y otro menos sensible que habilita el disparo. Así un extremo nunca dispara sin que el otro haya empezado a transmitir.
Canal y tiempos
La comparación de fase transmite poca información (una polaridad por medio ciclo), por eso nació con onda portadora y hoy también funciona sobre fibra o canales digitales. Exige que el retardo del canal sea conocido y estable, o compensado, porque cualquier retardo se suma al desfase aparente entre corrientes. Los relés digitales actuales compensan el retardo y su asimetría; un relé comercial de GE Vernova para este principio, por ejemplo, declara compensar la asimetría del canal y la corriente capacitiva y operar sobre onda portadora existente o fibra en líneas de dos y tres terminales.
Si se pierde el canal: en la versión de bloqueo, sin señal remota aparecen huecos también durante una falla externa. Como en el esquema DCB, la protección sigue disparando fallas internas, pero puede disparar de más en externas si la supervisión del canal no la bloquea; en la versión permisiva la protección deja de disparar por comparación y queda el respaldo.
Ventajas y limitaciones
Ventajas:
- El principio usa solo corrientes: no le afectan de la misma forma que a la distancia la pérdida de potencial, la compensación serie o el acople mutuo de secuencia cero.
- Poca exigencia de ancho de banda: funciona sobre onda portadora.
- Selectividad absoluta de protección unitaria.
Limitaciones:
- Sensible al retardo del canal no compensado.
- La corriente capacitiva de líneas largas o de cables desplaza los ángulos y obliga a compensar o a ajustar el ángulo de estabilidad.
- Un extremo con muy poco aporte, o con corriente saliente durante una falla interna (alimentación externa en líneas de tres terminales), puede no producir la coincidencia esperada.
- No es protección de respaldo: necesita a la distancia u otros elementos para fallas fuera de la línea.
Cuándo se usa
Se aplica en líneas de alta y extra alta tensión, sobre todo donde la empresa tiene onda portadora y quiere protección unitaria sin canal digital de alta capacidad, y en líneas con compensación serie u otras condiciones difíciles para la distancia. Donde hay fibra dedicada, muchas empresas prefieren hoy la diferencial de línea 87L, que compara magnitud y fase.
Cómo lo implementa cada fabricante
Pocos fabricantes ofrecen hoy un relé de comparación de fase dedicado. GE Vernova tiene un relé de comparación de fase, el Multilin L60 (función 87PC), para líneas aéreas, incluidas las de compensación serie, y cables, sobre onda portadora o fibra. Otros fabricantes cubren la misma necesidad con la diferencial de línea o con esquemas direccionales. Cambian la cantidad comparada, el ángulo de estabilidad, los detectores de falla y la forma de compensar el canal.
Por qué falla o dispara mal
- Disparo para falla externa: retardo de canal mal compensado o variable, polaridad invertida de un transformador de corriente, ángulo de estabilidad estrecho.
- No disparó para falla interna: detector de arranque o de disparo poco sensible para el aporte real, extremo débil, corriente saliente.
- Disparo al energizar: corriente capacitiva no compensada.
Cómo se prueba
En cada extremo se verifican los detectores, la generación de bloques y el ángulo de estabilidad con inyección secundaria. La prueba que demuestra el esquema es la prueba end-to-end con dos equipos sincronizados por GPS, variando el ángulo entre las corrientes inyectadas y midiendo el retardo real del canal.
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Referencias
- IEEE C37.113-2025, Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines.
- IEC 60834-2:1993, Performance and testing of teleprotection equipment of power systems – Part 2: Analogue comparison systems.
- CIGRE, Technical Brochure 192, Protection using telecommunications (2001).
- Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre comparación de fase y diferencial de línea 87L?
La 87L intercambia las corrientes completas (fasores o muestras) y compara magnitud y fase. La comparación de fase solo transmite la polaridad de una corriente, en bloques de medio ciclo, y compara el ángulo. Necesita menos capacidad de canal y por eso puede usar onda portadora.
¿La comparación de fase necesita transformadores de tensión?
La comparación en sí usa solo corrientes. Algunos relés añaden elementos de tensión o de distancia para respaldo o supervisión, pero el principio de disparo no depende de medir impedancia.
¿Por qué la comparación de fase necesita compensar el retardo del canal?
Porque compara el momento en que llegan los bloques de polaridad del extremo remoto con los locales. Un retardo de canal no compensado se ve como un desfase de las corrientes y reduce el margen frente a fallas externas.