La protección de falla a tierra dispara cuando mide corriente que vuelve por tierra en lugar de por las fases. Puede ser una falla real (aislamiento de un cable o un motor dañado, humedad en una terminación) o un disparo falso causado por la forma en que se mide: saturación de los CT en conexión residual durante arranques y energizaciones, pantallas de cable mal pasadas por el toroidal, neutro no medido en sistemas de cuatro hilos, o ajustes que no consideran las corrientes capacitivas. El sistema de puesta a tierra del neutro cambia qué se mide y qué se puede hacer.
Qué mide la protección de falla a tierra
En un circuito sano, la suma de las corrientes de las tres fases (y del neutro, si existe) es prácticamente cero: todo lo que sale vuelve por los mismos conductores. Cuando el aislamiento falla y una fase toca tierra, una parte de la corriente vuelve por la tierra. Esa corriente es la que mide la protección de falla a tierra.
Hay tres formas de medirla, y la forma explica muchos disparos:
| Medición | Cómo funciona | Nombre habitual | Punto débil |
|---|---|---|---|
| Residual | El relé suma las corrientes de los tres CT de fase | 50N/51N | Errores y saturación de los CT producen una corriente residual falsa |
| Toroidal (secuencia cero) | Un CT abraza los tres conductores de fase (y el neutro, si existe) | 50G/51G | La pantalla del cable debe pasar bien por el toroidal |
| En el neutro | Un CT en la conexión del neutro del transformador a tierra | 51G de neutro | Ve toda la falla a tierra aguas abajo, sin saber en qué circuito |
En baja tensión, la unidad de disparo electrónica del interruptor tiene una función G que hace lo mismo con sensores internos. Vea unidad de disparo de baja tensión y la explicación de las funciones en sobrecorriente 50/51 y 50N/51N.
El sistema de puesta a tierra cambia todo
- Neutro sólidamente aterrizado: la corriente de falla a tierra es alta y la protección dispara rápido. Típico en baja tensión y en muchas redes de media tensión.
- Neutro aterrizado por resistencia: la resistencia limita la corriente de falla a un valor controlado. La protección debe ser sensible, y en algunos esquemas solo da alarma. Vea transformador de puesta a tierra.
- Neutro aislado: casi no circula corriente de falla, salvo la capacitiva de los cables. La primera falla no se despeja por sobrecorriente; se detecta por tensión (59N) o con protecciones direccionales sensibles. Vea sobretensión de neutro 59N.
Causas reales de falla a tierra
- Aislamiento de cables dañado por calor, envejecimiento, golpes o humedad en bandejas y canalizaciones.
- Terminaciones y empalmes mal ejecutados o contaminados.
- Devanados de motores con el aislamiento deteriorado, sobre todo motores en ambientes húmedos o con lavado.
- Equipos con humedad: cajas de bornes, tableros a la intemperie, condensación en paradas largas.
- Animales y objetos en celdas y barrajes.
Disparos sin falla real
- ¿El disparo coincide con un arranque o una energización?
- Sí¿La protección es residual?
- SíProbable saturación o desigualdad de los CT de fase
- NoRevisar el ajuste frente a la corriente de arranque y el paso de la pantalla
- No¿El sistema es de cuatro hilos con cargas monofásicas?
- SíRevisar si el neutro se mide; sin él, la corriente de neutro parece tierra
- No¿Hay cables largos y el neutro no es sólido?
- SíCorriente capacitiva de una falla en otro circuito; evaluar 67N
- NoProbar aislamiento y revisar el cableado de los CT
Saturación de los CT en conexión residual. En un arranque de motor o en la energización de un transformador, la corriente de fase es alta y asimétrica. Si un CT se satura más que los otros, la suma deja de ser cero y aparece una corriente residual falsa. Es la causa más común de disparos de 51N en arranques. Vea disparo de sobrecorriente al arrancar o energizar.
Pantalla del cable mal pasada por el toroidal. Si la pantalla se conecta a tierra después del toroidal, la corriente que circula por ella puede anular la medición o crear una falsa. La conexión de la pantalla debe volver a pasar por dentro del toroidal o conectarse antes de él, según el caso.
Neutro no medido. En baja tensión con cuatro hilos, si la función G no incluye el sensor del neutro, la corriente de las cargas monofásicas (y el tercer armónico) que vuelve por el neutro parece corriente de tierra.
Corrientes capacitivas en redes no sólidas. En sistemas con neutro aislado o aterrizado por resistencia y cables largos, una falla en un circuito hace circular corriente capacitiva por los circuitos sanos. Una protección no direccional ajustada muy baja dispara el circuito equivocado; la solución es una protección direccional de tierra 67N.
CT mal conectados: polaridad invertida, relaciones distintas entre fases o un cable de neutro de los CT mal cerrado.
Qué hacer después del disparo
- No reenergizar a ciegas: un disparo por tierra suele ser una falla real en su primera etapa.
- Leer los eventos del relé: qué función actuó (residual, toroidal, neutro), la magnitud y la forma de onda. La oscilografía muestra si había corriente en una sola fase (falla real) o una corriente residual con las tres fases altas (saturación). Vea cómo leer una oscilografía.
- Probar el aislamiento del cable y del equipo aguas abajo.
- Revisar el cableado de los CT y el paso de las pantallas.
- Revisar el ajuste frente al sistema de puesta a tierra y a las corrientes de arranque.
En Estados Unidos, el NEC (artículo 230.95) exige protección de falla a tierra de equipos en acometidas grandes de sistemas en estrella sólidamente aterrizados, y la NOM-001-SEDE de México incluye un requisito equivalente; en esas instalaciones los disparos de la función G del interruptor principal son frecuentes cuando la medición del neutro no está bien resuelta.
Cómo le ayudamos
Si su planta tiene disparos por falla a tierra y no está claro si son reales, nuestro equipo analiza los eventos y la oscilografía de la protección y le dice qué los causó y qué revisar. Le cotizamos el análisis del disparo. Si el problema es de ajustes, los corregimos con la configuración remota de relés; en Colombia también probamos el aislamiento y los CT en sitio. Escríbanos con los eventos del relé.
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Referencias
- IEEE C37.2, Electrical Power System Device Function Numbers.
- IEEE 142, Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems (Green Book).
- IEEE 242, Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (Buff Book).
- NFPA 70 (NEC), artículo 230.95.
Preguntas frecuentes
¿Por qué dispara la protección de tierra cuando arranca un motor?
Casi siempre por la conexión residual: la protección suma las corrientes de los tres CT de fase, y si uno se satura durante el arranque, la suma deja de ser cero aunque no haya falla. Se resuelve con un CT toroidal, con CT adecuados o con un retardo y un ajuste que consideren el arranque, según el estudio.
¿Qué diferencia hay entre 51N y 51G?
En la nomenclatura habitual, 51N es la sobrecorriente de tierra calculada con la suma residual de los CT de fase y 51G la que mide la corriente de tierra directamente, con un CT toroidal que abraza las tres fases o con un CT en la conexión del neutro a tierra. Cada fabricante las nombra a su manera, pero la diferencia de medición es la que importa.
¿Puedo volver a energizar después de un disparo por falla a tierra?
Solo después de saber si la falla es real. Un disparo por tierra suele indicar un aislamiento dañado; reenergizar sin probar el circuito puede convertir una falla monofásica pequeña en una falla trifásica. La prueba de aislamiento del cable y del equipo, y los eventos del relé, deciden.