Esquema de protección de transformador: 87T, 87N, 63 y respaldo

Qué es el esquema de protección de transformador

El transformador de potencia es uno de los equipos más costosos y lentos de reponer de la subestación. Su esquema de protección tiene dos objetivos: despejar rápido las fallas internas para limitar el daño, y no disparar por lo que no es falla (corriente de energización, sobreexcitación pasajera, fallas externas con saturación de CT).

Es uno de los esquemas de protección de subestaciones con más funciones. A diferencia de una línea, el transformador tiene protecciones propias que no son relés eléctricos: detectores de gas y de presión, termómetros. El esquema reúne ambas familias.

Qué protecciones lo forman y cómo se coordinan

Protecciones principales (eléctricas):

• Diferencial de transformador 87T: CT en todos los devanados; dispara todos los interruptores del transformador.
• Falla a tierra restringida 87N: para devanados en estrella puesta a tierra. Una falla a tierra cerca del neutro hace circular mucha corriente por el neutro, pero muy poca por los terminales de línea, así que la 87T apenas la ve. La 87N compara la corriente del CT de neutro con la suma de las corrientes de fase (3I0) de ese devanado y detecta esas fallas con mayor sensibilidad.

Protecciones propias del transformador: Buchholz 63 y temperatura 26/49, presión súbita, válvula de alivio de presión, nivel de aceite, protección del cambiador de tomas.

Respaldo:

• Sobrecorriente 50/51 en el lado de alta: la 51 también respalda la barra de baja; la 50 se ajusta por encima de la falla pasante máxima, así que no la ve.
• Sobrecorriente 51 en el lado de baja, coordinada con los alimentadores.
• Sobrecorriente de neutro 51N en la puesta a tierra.
• Sobreexcitación 24 y sobrecarga térmica 49 según tamaño.

Lógica de salida: relé de bloqueo 86, falla de interruptor 50BF de cada interruptor, y bloqueo de recierre de las líneas o alimentadores que alimentan al transformador cuando aplica.

Lógica y secuencia

Para una falla interna, por ejemplo entre un devanado y la cuba:

1. La 87T mide corriente diferencial por encima de su característica de restricción, con bajo contenido de segundo armónico, y opera. El Buchholz puede actuar en paralelo por el gas generado. En fallas entre pocas espiras la corriente diferencial puede ser pequeña, y suele ser el Buchholz el que detecta primero.
2. Ambas energizan el 86.
3. El 86 abre los interruptores de alta y de baja (y del terciario si existe) y bloquea su cierre.
4. Se inicia la 50BF de cada interruptor.
5. El transformador queda fuera hasta que se inspecciona y se repone el 86.

Para una falla externa en la barra de baja, la 87T no debe operar; despeja la protección de barras o, en su defecto, la 51 de baja, y la 51 de alta como último respaldo.

Variantes por nivel de tensión

• Extra alta tensión: a menudo autotransformadores con terciario; dos diferenciales independientes o diferencial más falla a tierra restringida en relés separados, CT de bujes y de interruptores con zonas que traslapan con la barra.
• Alta tensión: diferencial, falla a tierra restringida, protecciones mecánicas y respaldo de sobrecorriente en cada lado.
• Media tensión y distribución: fusibles o sobrecorriente en el primario, protecciones mecánicas y, según la potencia, diferencial.
• Industria y generación: transformadores de planta y de unidad generadora; en estos últimos es habitual una diferencial global que abarca generador y transformador, además de la propia de cada uno. Vea el esquema de protección de generador.

Criterios de diseño

• Ubicación de los CT: con CT de bujes la zona termina en el transformador; con CT de interruptor la zona incluye los cables o barras de conexión. Las zonas deben traslapar con las de barras.
• Compensación de grupo vectorial y relación: en relés numéricos se hace por ajuste; en electromecánicos, con conexión de CT y CT auxiliares.
• Estabilidad ante energización y sobreexcitación: restricción o bloqueo por armónicos, según el relé.
• Disparos mecánicos independientes del relé numérico, según la filosofía del propietario.
• Respaldo coordinado con alimentadores y barras según el estudio de coordinación.

IEEE C37.91 orienta qué protecciones aplicar según el tamaño y la importancia del transformador; no fija ajustes universales.

Cómo lo implementa cada fabricante

Las familias de transformador más usadas son Siemens SIPROTEC 5 (DIGSI 5), SEL (AcSELerator QuickSet), Hitachi Energy Relion 670 y ABB Relion 615/620 (ambas con PCM600), GE Vernova Multilin UR (EnerVista) y Schneider Electric MiCOM / Easergy (MiCOM S1, Easergy Studio). Cambian la forma de describir los devanados y su grupo vectorial, la manera de combinar la 87T con la falla a tierra restringida y las sobrecorrientes por lado, y cómo se programa la retención del disparo cuando el 86 es lógico y no electromecánico.

Por qué falla o dispara mal

• Disparo al energizar: corriente de energización con bajo segundo armónico en núcleos modernos, o ajuste de bloqueo inadecuado.
• Disparo por falla externa: saturación de CT, relaciones o grupo vectorial mal ingresados, polaridad invertida.
• Disparo del Buchholz sin falla: aire tras un llenado de aceite, vibración, cableado con humedad.
• El 86 no repone o no bloquea: cableado de supervisión, contacto auxiliar dañado.
• Respaldo que no coordina con los alimentadores después de un cambio de transformador.

Revise primero el registro oscilográfico: corriente diferencial, contenido armónico y qué protección llegó primero al 86.

Cómo se prueba

Las funciones se prueban por inyección secundaria: pendiente de la 87T, bloqueos por armónicos, 87N, sobrecorrientes. El esquema se comprueba disparando desde cada protección, eléctrica y mecánica, y verificando que el 86 abra todos los interruptores y bloquee su cierre. En la puesta en servicio se verifica la polaridad de los CT con carga. Complemente con las pruebas a transformadores de potencia.

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Referencias

• IEEE C37.91-2021, Guide for Protecting Power Transformers.
• IEEE C37.119-2025, Guide for Power System Circuit Breaker Failure Protection.
• IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
• J. L. Blackburn y T. J. Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

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