La 51N mide la corriente residual 3I0, que en servicio normal es pequeña. Cuando dispara sin una falla visible, casi siempre hay una corriente residual real que no es de falla (desbalance de cargas monofásicas, corriente capacitiva, inrush, armónicos de secuencia cero) o una falsa que crean los CT (saturación desigual, polaridad, relación). Una falla de alta impedancia también puede pasar sin rastro visible.
Síntoma
Abre el interruptor de un alimentador, una acometida o un transformador y el relé indica disparo de la sobrecorriente de tierra (51N temporizada o 50N instantánea). La línea se recorre, el transformador se inspecciona y no aparece ningún daño. A veces el disparo se repite a la misma hora del día o al maniobrar un equipo concreto.
La 51N mide la corriente residual: 3I0 = Ia + Ib + Ic. En un sistema balanceado y sin fallas esa suma es casi cero, por eso su arranque puede ajustarse muy por debajo de la corriente de carga. Esa sensibilidad es su virtud y su debilidad: cualquier corriente que no sume cero, sea o no de falla, la ve. El principio se explica en la guía de sobrecorriente de fases y tierra y en la de corriente de secuencia cero.
Causas posibles, de la más a la menos probable
| Causa | Por qué ocurre | Qué la delata |
|---|---|---|
| Desbalance de carga | Cargas monofásicas repartidas de forma desigual en sistemas de cuatro hilos | 3I0 que sigue la curva de carga diaria, sin caída de tensión |
| Residual falsa por CT de fase | Saturación desigual en energizaciones o arranques, relación o polaridad distinta en una fase | 3I0 solo durante un transitorio con corrientes de fase altas y asimétricas |
| Inrush de transformadores | El inrush es distinto en cada fase y contiene componente residual | Disparo al energizar, forma de onda con picos unidireccionales |
| Corriente capacitiva | En redes aisladas o con puesta a tierra por resistencia, una falla en otro alimentador hace circular la capacitiva del alimentador sano | Disparo simultáneo con una falla real en otro circuito |
| Falla de alta impedancia | Contacto con vegetación, conductor sobre suelo seco | 3I0 irregular, intermitente, con armónicos |
| Armónicos de secuencia cero | Cargas no lineales generan tercer armónico que se suma en el neutro | 3I0 con forma distorsionada si el relé no filtra a frecuencia fundamental |
| Polos del interruptor que cierran a destiempo | Discrepancia de polos en el cierre | 3I0 breve justo en la maniobra |
| Acoplamiento mutuo | Línea paralela con falla a tierra induce secuencia cero en la línea sana | Disparo simultáneo con una falla en el circuito paralelo |
Qué revisar primero
- Oscilografía del disparo. Mire las tres corrientes de fase, la residual y las tensiones. Una falla a tierra real deprime la tensión de la fase fallada y crea 3V0; un desbalance de carga no. Vea cómo leer una oscilografía.
- ¿Cómo obtiene el relé la residual? Calculada desde los CT de fase, medida en la conexión residual de los CT o desde un CT toroidal. En los dos primeros casos los errores de los CT entran en la medida.
- Registro de demanda de las semanas anteriores: si la residual de carga ya estaba cerca del arranque, el disparo era cuestión de tiempo.
- Maniobras y eventos simultáneos en la misma subestación: energización de transformadores, fallas en otros alimentadores, cierre de interruptores.
- Ajuste de la 51N frente a la residual normal y a la corriente capacitiva del propio circuito.
- ¿Hubo caída de tensión en una fase y aparición de 3V0?
- Sí¿Coincidió con una falla en otro alimentador o en una línea paralela?
- SíCorriente capacitiva o acoplamiento mutuo: la falla estaba fuera de su zona
- NoFalla a tierra real en la zona, posiblemente transitoria o de alta impedancia
- No¿La residual apareció durante una energización o un arranque?
- SíInrush o saturación desigual de los CT de fase
- NoDesbalance de carga o armónicos: compare 3I0 con la carga y el arranque
Cómo se confirma
- Análisis armónico de 3I0: si la residual es sobre todo de tercer armónico y el relé mide valor eficaz verdadero, el disparo viene de la carga, no de una falla.
- Medición de la residual en servicio durante varios días, con el registro del relé o un analizador, para conocer su máximo normal.
- Pruebas de los CT si se sospecha la residual falsa: relación, polaridad y curva de excitación de las tres fases, que deben ser parecidas. Vea transformadores de corriente y tensión.
- Comparación con los registros de otros relés de la subestación: si otro alimentador tuvo una falla real en el mismo instante, el disparo del sano fue por su corriente capacitiva o por falta de direccionalidad.
Cómo evitar que se repita
- Ajuste de la 51N con datos reales de residual de carga y de corriente capacitiva, dentro del estudio de coordinación.
- Direccionalidad (67N) en redes donde las fallas de otros circuitos hacen circular corriente por el sano. Vea unidades direccionales homopolares.
- CT toroidal cuando se necesita sensibilidad alta, en lugar de la suma de tres CT que pueden saturarse de forma distinta.
- Balance de cargas monofásicas en sistemas de cuatro hilos.
- Bloqueo por armónicos o temporización adecuada en circuitos con energizaciones frecuentes de transformadores.
Qué no hacer
- No subir el arranque de la 51N hasta que deje de disparar. Se pierde sensibilidad ante fallas resistivas, que son justamente las que la sobrecorriente de fase no ve.
- No deshabilitar la función de tierra para mantener el servicio.
- No suponer que la línea está sana porque no se encontró daño: una falla de alta impedancia o transitoria no deja rastro y puede volver.
- No mezclar la conexión del neutro de los CT: un neutro abierto o puesto a tierra en dos puntos crea residuales falsas.
Cuándo llamarnos
Si su 51N dispara sin falla aparente y no está claro por qué, envíenos los eventos y la oscilografía: le cotizamos el análisis del disparo y le decimos de dónde vino la residual. Si hay que ajustar la función, cambiar la fuente de la residual o agregar direccionalidad, nuestro equipo lo hace con la configuración remota de relés; si la residual depende de la coordinación del sistema, la revisamos en el estudio de coordinación de protecciones. Escríbanos.
Guías relacionadas
- Protección de sobrecorriente de fases y tierra
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- Disparos intempestivos
- Disparo de sobrecorriente al arrancar o energizar
- Cómo leer una oscilografía
Referencias
- IEEE C37.230-2020, Guide for Protective Relay Applications to Distribution Lines.
- IEC 60255-151, Functional requirements for over/under current protection.
- IEEE C37.110-2023, Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes.
- Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.
Preguntas frecuentes
¿Por qué dispara la 51N si no hay falla a tierra?
Porque mide la corriente residual y no sabe de dónde viene. Un desbalance de cargas monofásicas, la corriente capacitiva de la red, el inrush de un transformador o un CT que se satura de forma distinta a los otros generan 3I0 sin falla. La oscilografía muestra cuál de ellas fue.
¿Qué diferencia hay entre medir 3I0 con la suma de los CT de fase y con un CT toroidal?
La suma de los tres CT de fase incluye sus errores: si uno se satura o tiene otra relación, aparece una residual falsa. El CT toroidal (de núcleo balanceado) abraza los tres conductores y mide la corriente residual directamente, con mejor sensibilidad, aunque su pantalla de cable debe pasar correctamente por el toroide.
¿Una falla de alta impedancia puede hacer disparar la 51N sin que se vea nada?
Sí. Un conductor en contacto con vegetación o con un suelo de alta resistencia produce una corriente baja e intermitente que puede superar un arranque sensible sin dejar daño visible. Se reconoce por una corriente residual irregular, con armónicos y variaciones de un ciclo a otro.