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Disparo de sobrecorriente al arrancar o energizar

ANSI 51

Por qué dispara la 50/51 al arrancar un motor o energizar un alimentador: arranque, carga fría, inrush de transformadores y cierre no simultáneo.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group.

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Sobrecorriente 50/51: curva de tiempo inverso IEC 60255-151. Conexión, característica de operación e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen del estudio de ajustes.
Respuesta corta

La sobrecorriente 50/51 dispara al arrancar un motor o al energizar un alimentador cuando la corriente transitoria normal de esa maniobra supera el ajuste: corriente de arranque del motor, carga fría después de una interrupción larga, inrush de los transformadores del alimentador o 3I0 transitoria por cierre no simultáneo de polos. Se distingue de una falla porque la tensión no colapsa y la corriente decae sola.

Síntoma

El interruptor de un alimentador, un motor o un tablero dispara justo al cerrar o pocos segundos después. El relé reporta sobrecorriente de fases o de tierra (50, 51, 50N, 51N), pero nadie encuentra una falla y al segundo o tercer intento, o reponiendo por partes, el circuito queda en servicio. Antes de cambiar nada, aplique el método general de diagnóstico de disparos: guarde los registros y reconstruya la secuencia. Es frecuente en industria, en alimentadores de distribución después de un corte largo y en la puesta en servicio de cargas nuevas.

La 50/51 no reconoce el origen de la corriente: solo compara su magnitud y su duración con el ajuste. Varias maniobras normales producen corrientes transitorias altas que, si el estudio no las consideró, cruzan la curva.

Causas posibles, de la más a la menos probable

CausaMecanismoQué la delata
Arranque de motorLa corriente de rotor bloqueado (ver motor de inducción y sus protecciones) es varias veces la nominal y dura hasta que el motor alcanza velocidadCorriente alta balanceada que decae al acelerar; tiempo coherente con la inercia de la carga
Carga fría (cold load pickup)Después de una interrupción larga se pierde la diversidad de las cargas y todo arranca a la vezCorriente varias veces la carga normal que baja en segundos o minutos
Inrush de transformadores del alimentadorTodos los transformadores conectados se magnetizan al mismo tiempoContenido de segundo armónico apreciable, forma asimétrica, decae en ciclos o segundos; el mismo fenómeno de disparo del transformador al energizar
3I0 transitoria por cierre no simultáneoLos polos cierran en instantes distintos y el inrush difiere por fase50N o 51N instantánea que dispara en los primeros ciclos, sin tensión residual sostenida
Ajuste por debajo del transitorioEl estudio no incluyó la curva de arranque o el inrush; grupo de ajustes equivocado activoEl punto de operación de la oscilografía cae justo encima de la curva
Capacitores en el alimentadorCorriente de energización de bancos de condensadoresCorriente de alta frecuencia en los primeros milisegundos
Falla realCable dañado, motor con rotor o devanado en fallaTensión que colapsa, corriente sostenida, desbalance

Qué revisar primero

  1. Oscilografía del cierre: magnitud, duración, balance entre fases, tensión durante el evento y contenido armónico. Una falla hunde la tensión; un arranque o inrush la deprime poco.
  2. Qué elemento disparó: 50 instantánea, 51 temporizada o tierra. La 50 suele disparar por inrush o asimetría; la 51 por arranques largos o carga fría.
  3. Ajustes activos y grupo de ajustes, incluida cualquier lógica de carga fría, de bloqueo por segundo armónico o de duplicación del arranque al cierre, si el relé la ofrece.
  4. Datos de la carga: corriente de rotor bloqueado y tiempo de arranque del motor, potencia total de transformadores en el alimentador, bancos de condensadores.
  5. Duración de la interrupción previa si el disparo fue al reponer el servicio.
  6. Estado del interruptor: tiempos de cierre por polo; una dispersión grande agrava la 3I0 transitoria. Ver la prueba de tiempos de operación de interruptores.
Ruta de diagnóstico de un disparo al cerrar
  • ¿Colapsó la tensión durante el evento?
    • SíCorriente sostenida y desbalance: trátelo como falla real y pruebe el cable o el motor
    • No¿Qué elemento disparó?
      • 50 de fase en los primeros ciclosInrush de los transformadores del alimentador, energización de condensadores o pico asimétrico del arranque de un motor
      • 50N o 51N en los primeros ciclos3I0 transitoria por cierre no simultáneo de los polos
      • 51 temporizada¿Hubo una interrupción larga antes del cierre?
        • SíCarga fría: las cargas arrancan a la vez
        • NoArranque de motor: compare con su corriente de rotor bloqueado y su tiempo de arranque

Cómo se confirma

  • Superponer la corriente registrada a la curva del relé. Si el punto de operación de la oscilografía queda dentro de la zona de disparo y la tensión no muestra falla, la causa es el transitorio de la maniobra.
  • Coordinación con la curva de arranque o de inrush en el estudio de coordinación de protecciones: la característica del relé debe quedar por encima de la curva de arranque del motor y del punto de inrush del alimentador, y por debajo de los límites térmicos del cable y del transformador.
  • Pruebas al motor o al cable si la oscilografía no es concluyente: aislamiento, resistencia de devanados, diagnóstico de cables.
  • Reproducción con inyección secundaria de la corriente registrada para validar el ajuste corregido.

Cómo evitar que se repita

  • Incluya los transitorios en el estudio: curva de arranque de cada motor grande, punto de inrush de los transformadores del alimentador y carga fría esperada después de interrupciones largas.
  • Use las lógicas del relé cuando existan: elevación temporal del arranque después de un cierre o de una interrupción larga, cambio de grupo de ajustes, bloqueo por segundo armónico de los elementos instantáneos.
  • Reponga el servicio por etapas cuando la carga fría supere la capacidad de la protección o del alimentador.
  • Mantenga el interruptor en buen estado: tiempos de cierre por polo dentro de lo especificado por el fabricante.
  • Revise los ajustes con cada cambio de carga: un motor nuevo, una ampliación del alimentador o un banco de condensadores cambian los transitorios que la protección debe tolerar. El estudio de coordinación debe actualizarse con esos datos.

Qué no hacer

  • No subir el ajuste hasta que «aguante». La 51 debe seguir protegiendo el cable, el motor y el transformador, y coordinar con la protección aguas arriba y aguas abajo.
  • No cerrar varias veces seguidas un motor que disparó en arranque. Los arranques repetidos calientan el rotor; el fabricante limita el número de arranques en frío y en caliente.
  • No anular la 50N para poder energizar. Es preferible un pequeño retardo o una lógica de cierre definida en el estudio.
  • No descartar la falla real solo porque el segundo intento entró: algunas fallas incipientes se queman y reaparecen.

Cuándo llamarnos

Si su alimentador o su motor dispara al arrancar o al reponer el servicio, nuestro equipo revisa en remoto la oscilografía y los ajustes de sobrecorriente de relés y reconectadores de las principales marcas, configura la lógica de carga fría o de bloqueo por armónico cuando el relé la tiene y le entrega la corrección coordinada. Conozca la configuración remota de relés. Para verificar en sitio, hacemos pruebas de protecciones en subestaciones e industria. Escríbanos.

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Referencias

  • IEEE C37.230-2020, Guide for Protective Relay Applications to Distribution Lines.
  • IEEE C37.96, Guide for AC Motor Protection.
  • IEEE C37.91-2021, Guide for Protecting Power Transformers.
  • IEC 60255-151, requisitos funcionales de las protecciones de sobrecorriente.

Preguntas frecuentes

¿Por qué dispara el alimentador al reponer el servicio después de un corte largo?

Por la carga fría: al volver la tensión arrancan a la vez cargas que normalmente funcionan desfasadas (refrigeración, bombeo, climatización) y se suma el inrush de los transformadores. La corriente supera la carga normal durante un tiempo y puede alcanzar el arranque de la 51 o de la 50.

¿Por qué dispara la 50N al energizar si no hay falla a tierra?

Porque los polos del interruptor no cierran exactamente al mismo tiempo y las corrientes de inrush de cada fase son distintas. Durante unos ciclos la suma de las tres corrientes no es cero y una 50N sin retardo ajustada muy sensible puede verla como falla a tierra.

¿Cómo evito que la sobrecorriente dispare con el arranque del motor?

Con un ajuste coordinado con la curva de arranque real del motor: arranque y curva de la 51 por encima de la corriente y el tiempo de arranque, y la 50 por encima de la corriente de rotor bloqueado con margen para la asimetría. El criterio se toma del estudio de coordinación y de los datos del fabricante del motor.

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