El sistema de corriente continua de una subestación suele operar aislado de tierra, de modo que una primera falla a tierra no interrumpe nada y solo se alarma. El peligro es la segunda: dos fallas en puntos distintos pueden energizar una bobina o una entrada y provocar un disparo indeseado, o puentear un circuito e impedir uno necesario. Por eso se vigila el aislamiento de forma continua y se localiza la primera falla antes de que aparezca otra.
Qué es y dónde está
La mayoría de los sistemas de corriente continua de subestación trabajan aislados de tierra: ni el positivo ni el negativo se conectan a la malla. Una norma de instalaciones, IEC 60364-5-55, recomienda este esquema para circuitos auxiliares que necesitan alta disponibilidad, porque una primera falla a tierra no causa una interrupción, solo una alarma.
La detección de fallas a tierra es el conjunto de equipos que vigila ese aislamiento y ayuda a encontrar la falla. Se instala en el tablero de distribución de corriente continua, conectado a las dos barras y a tierra. En IEEE C37.2 el número 64 es el relé detector de tierra, que se asigna a los dispositivos que detectan una falla a tierra en un devanado o circuito normalmente no aterrizado, como una barra de corriente continua aislada; los monitores de aislamiento comerciales lo usan para esta función.
Por qué una falla a tierra puede disparar o bloquear
Un artículo de CIGRE de una empresa de energía lo resume: en una batería flotante hacen falta al menos dos fallas a tierra para provocar una operación indebida. Con una sola, no existe camino. Con dos en puntos distintos, por ejemplo una en el negativo y otra en el cable entre el contacto de disparo de un relé y la bobina de un relé auxiliar, se forma un circuito y el auxiliar opera. Si la segunda falla puentea una bobina, puede ocurrir lo contrario: el disparo no llega.
Hay un segundo mecanismo, con una sola falla. La publicación del Comité de Relés del IEEE (PSRC) sobre circuitos de disparo explica que los cables largos y los condensadores de supresión de los equipos electrónicos forman una capacitancia de cada polo a tierra, cargada a la mitad de la tensión de batería. Si el circuito de disparo se pone a tierra, esa capacitancia se descarga a través de la bobina; un relé auxiliar de baja energía puede operar. El PSRC recomienda usar relés auxiliares que no operen por debajo de la mitad de la tensión de batería, y señala que algunas empresas conectan la batería a tierra a través de resistencias para reducir esa carga.
Partes y cómo funciona cada una
Detectores clásicos. Dos lámparas o un voltímetro entre cada polo y tierra: en condición normal cada polo queda cerca de la mitad de la tensión; con una falla, se desequilibra. Funcionan para fallas en un polo, pero no ven las fallas simétricas.
Dispositivo de vigilancia del aislamiento (IMD). Mide de forma activa la resistencia de aislamiento entre el sistema y tierra, normalmente superponiendo una señal de medida, y alarma cuando baja de un umbral. IEC 61557-8 cubre estos dispositivos para sistemas IT de corriente alterna, sistemas de alterna con circuitos de continua conectados galvánicamente y sistemas de corriente continua aislados de hasta 1500 V. Un fabricante de estos equipos destaca que la norma exige detectar fallas simétricas y asimétricas, y que por eso los métodos de tres lámparas o de voltímetro ya no son admisibles como monitor.
Sistema de localización (IFLS). Según IEC 61557-9, el monitor pasa a modo de localización e inyecta un pulso de corriente pequeño; transformadores de corriente sensibles en cada salida del tablero detectan por cuál circula y el localizador indica el circuito con falla, sin abrir nada. Existen versiones fijas y portátiles.
Supervisión en los relés. Algunos relés de protección incluyen un monitor de la batería que, con resistencias de valor muy alto conectadas a los polos y a tierra, mide la tensión del positivo a tierra y entre polos y alarma cuando el reparto se desplaza. Como los detectores clásicos, no ve bien las fallas simétricas.
| Método | Cómo detecta | Fallas simétricas | Localiza el circuito |
|---|---|---|---|
| Lámparas o voltímetro | Desequilibrio de la tensión de cada polo a tierra | No las ve | No |
| Monitor de aislamiento (IMD, IEC 61557-8) | Mide de forma activa la resistencia de aislamiento | Las detecta | No por sí solo |
| Localizador (IFLS, IEC 61557-9) | Pulso de corriente pequeño y CT sensibles en cada salida | Trabaja con el monitor | Sí, sin abrir nada |
| Supervisión en el relé | Reparto de tensión medido con resistencias de valor muy alto | No las ve bien | No |
Cómo cambia según el nivel de tensión
- Media y baja tensión: un monitor de aislamiento compacto en el gabinete del cargador.
- Alta tensión: monitor en el tablero; localización portátil o fija según el número de circuitos.
- Extra alta tensión: un monitor por sistema (A y B) y, con frecuencia, localización fija en todas las salidas. Si las barras A y B pueden acoplarse, los monitores se enlazan para que, con el acople cerrado, solo uno mida: dos monitores midiendo el mismo sistema se perturban entre sí.
- Plantas solares e industria: los mismos equipos se usan en sistemas de control de 24 V a 220 V. IEC 61557-8 incluye además anexos para vigilancia del aislamiento en sistemas fotovoltaicos.
Criterios de ajuste y datos típicos
- Umbral de alarma: en kilo-ohmios, según la tensión del sistema y el criterio del propietario. Lo habitual son dos niveles: aviso y alarma.
- Capacitancia del sistema: un sistema extenso tiene mucha capacitancia a tierra; el monitor y el localizador deben estar especificados para ella.
- Corriente de localización: pequeña y limitada, para no perturbar los circuitos vigilados; IEC 61557-9 fija sus requisitos, revisados en la edición 2023.
- No hay un umbral universal: lo fija la empresa según su experiencia.
Conexión con protección, control y alarmas
El monitor envía la alarma por contacto al controlador de bahía o a la RTU, y en los equipos con comunicación también el valor de la resistencia, lo que permite seguir su tendencia en el SCADA. La alarma de primera falla debe tratarse como prioritaria: la segunda puede llegar con la siguiente lluvia.
Fallas y qué revisar primero
- Alarma que aparece con lluvia: humedad en cajas de patio, gabinetes de interruptores y cajas de paso.
- Falla que aparece al operar un equipo: aislamiento dañado en ese circuito; revise cables pisados o roídos.
- Monitor que marca falla sin falla: dos monitores conectados al mismo sistema o un equipo con filtros a tierra.
- Disparo sin causa en el registro: revise si había alarma de tierra antes del evento; vea el relé de bloqueo 86 y la supervisión del circuito de disparo implicado.
Pruebas y mantenimiento
Se prueba conectando una resistencia conocida entre cada polo y tierra y comprobando la alarma, el valor medido y su llegada al SCADA; luego se repite con el localizador, salida por salida. Seccionar circuitos para buscar una falla deja protecciones sin energía, así que solo debe hacerse con un plan y con el sistema redundante disponible. El resto del sistema se revisa con la guía del sistema de corriente continua de subestación.
Le ayudamos a encontrar la falla
Nuestro equipo localiza fallas a tierra en corriente continua y prueba monitores de aislamiento en subestaciones, industria y plantas solares (puesta en servicio). Si la falla terminó en un disparo y necesita revisar los eventos y la lógica del relé, lo hacemos con configuración remota de relés.
Referencias
- IEC 61557-8, dispositivos de vigilancia del aislamiento para sistemas IT.
- IEC 61557-9, equipos de localización de fallas de aislamiento en sistemas IT.
- IEC 60364-5-55, instalaciones eléctricas de baja tensión: otros equipos.
- IEEE C37.2, números de función de dispositivos eléctricos.
- IEEE Power System Relaying Committee, «Relay Trip Circuit Design», publicación especial.
- CIGRE US National Committee, artículo sobre monitoreo de fallas a tierra en baterías flotantes (2024).
Preguntas frecuentes
¿Por qué una falla a tierra en corriente continua puede disparar un interruptor?
En un sistema aislado hacen falta al menos dos fallas para cerrar un circuito: por ejemplo, una en el negativo y otra en el cable entre el contacto de un relé y la bobina de disparo. También una sola falla puede descargar la capacitancia de cables largos a través de un relé auxiliar sensible y hacerlo operar.
¿Sirve el detector de lámparas o de voltímetro?
Detecta fallas en un polo, pero no fallas simétricas, en las que el aislamiento cae por igual en positivo y negativo. IEC 61557-8 exige que los dispositivos de vigilancia del aislamiento detecten ambos tipos, y por eso esos métodos ya no cumplen como monitor del sistema.
¿Cómo se encuentra la falla sin desenergizar circuitos?
Con un sistema de localización según IEC 61557-9: el monitor inyecta una corriente de prueba pequeña y unos transformadores de corriente sensibles en cada salida identifican por cuál circula. Así se evita abrir circuito por circuito, que deja protecciones sin alimentación.