Baja corriente y baja potencia 37 (PTUC): cómo funciona

Respuesta corta

La protección 37 (IEEE C37.2: relé de baja corriente o de baja potencia) opera cuando la corriente o la potencia activa de un motor cae por debajo de un valor ajustado durante un tiempo. Detecta la pérdida de carga: una bomba que trabaja en seco o cavita, una banda rota, un ventilador con la compuerta cerrada. En IEC 61850 se modela con PTUC (baja corriente) o PDUP (baja potencia).

Qué protege la 37

En IEEE C37.2 el número 37 es el relé de baja corriente o de baja potencia: opera cuando la corriente o el flujo de potencia cae por debajo de un valor predeterminado. No reacciona a una falla eléctrica, sino a una condición anormal del proceso: el motor sigue sano, pero la máquina que mueve ya no le pide trabajo.

Esa pérdida de carga casi siempre anuncia un daño mecánico que viene:

Bombas en seco o en cavitación. Sin líquido, los sellos mecánicos y los cojinetes lubricados por el fluido se calientan en poco tiempo. En bombas sumergibles de pozo el problema es el mismo y el equipo está fuera de la vista.
Bandas transportadoras con la banda rota o el acople suelto.
Ventiladores y compresores con la compuerta o la válvula de succión cerrada, o con la correa de transmisión rota.
Acoples o ejes rotos en cualquier máquina accionada.

La 37 es parte del relé de protección de motor, junto con la sobrecarga térmica 49 y la protección de rotor bloqueado 51LR y 48. En generadores, la baja potencia directa se usa en lógicas de disparo secuencial; ese caso, junto con la potencia inversa, se trata en la protección de potencia inversa 32.

Dónde se aplica

Equipo	BT	MT	AT y EAT	Comentario
Motor de bomba	Sí, en relés de motor y arrancadores electrónicos	Sí, en el relé de motor del CCM o la celda	No aplica	Aplicación principal: marcha en seco y cavitación
Bomba sumergible de pozo	Sí, a menudo en el variador	Según el diseño	No aplica	El equipo no se ve; la 37 es el aviso temprano
Banda transportadora, ventilador, compresor	Sí	Sí	No aplica	Banda o correa rota, compuerta cerrada
Generador	Rara vez	Sí, como baja potencia directa	Sí	Disparo secuencial con la 32
Alimentador, transformador, línea	No es habitual	No es habitual	No aplica	La corriente baja no indica un daño en estos equipos

Es una función de industria: minería, cemento, agua y saneamiento, petróleo, papel y alimentos.

Cómo mide

37 por corriente. El relé toma las corrientes de fase de sus transformadores de corriente (CT) y compara el valor fundamental con el umbral. Según el fabricante usa la menor de las tres fases, el promedio o la secuencia positiva. Solo necesita CT.

37 por potencia. El relé calcula la potencia activa trifásica con las tensiones de sus transformadores de tensión (PT) y las corrientes de fase. Necesita CT y PT.

La diferencia importa. La corriente de un motor de inducción en vacío es en buena parte magnetizante, de modo que entre la marcha con carga y la marcha en vacío la corriente baja menos de lo que uno esperaría, sobre todo en motores poco cargados o sobredimensionados para su bomba. La potencia activa sí cae de forma clara cuando la carga desaparece. Por eso la 37 por potencia es la opción más fiable cuando el margen entre la carga mínima normal y el vacío es estrecho.

Bloqueos. Con el motor parado la corriente es cero, que está por debajo de cualquier umbral. La función se arma solo cuando el motor está en marcha: con el estado del interruptor o contactor, o con un umbral mínimo de «motor parado» por debajo del cual el relé no opera. Además se bloquea durante el arranque, para que la bomba tenga tiempo de cebarse y el proceso de estabilizarse.

La característica

La característica es de tiempo definido, en el plano corriente (o potencia) contra tiempo:

Una banda de operación normal, entre la carga mínima del proceso y la carga máxima.
Un umbral bajo: si la magnitud cae por debajo y se sostiene más que el retardo, la función opera.
Un umbral de motor parado: por debajo de él, el relé entiende que el motor está detenido y no opera.
Una ventana de bloqueo de arranque, contada desde que se detecta el arranque.

Muchos relés ofrecen dos etapas: alarma con un retardo corto y disparo con uno más largo. La histéresis de reposición evita que la función oscile cuando la carga ronda el umbral.

Criterios de ajuste

Umbral: por debajo de la carga mínima normal del proceso y por encima de la carga en vacío o en seco, medidas o estimadas con datos de la bomba y del motor. Lo ideal es confirmarlo con registros de operación reales.
Retardo: suficiente para ignorar transitorios del proceso (maniobras de válvulas, cambios de nivel) y menor que el tiempo que la máquina tolera sin carga.
Bloqueo de arranque: al menos el tiempo de arranque y de cebado.
Motores con variador: el umbral debe valer en todo el rango de velocidad, o la supervisión se deja en el variador.
Rearranque: si el proceso necesita un tiempo de espera antes de volver a arrancar (por ejemplo, para que una bomba se vuelva a llenar), se coordina con la lógica de arranque del relé.

Interacción con otras funciones

48 y 51LR: la supervisión del arranque define cuándo termina el arranque y, por tanto, cuándo se arma la 37.
49 y 66: un disparo por 37 no calienta el motor, pero el bloqueo de rearranque de la 66 y la imagen térmica de la 49 siguen vigentes en el nuevo arranque.
Supervisión de PT (60): si se pierde una tensión, la potencia calculada cae y la 37 por potencia vería una falsa pérdida de carga. La supervisión de pérdida de potencial debe bloquearla, como se explica en alarma de pérdida de potencial por falla de fusible.
27: ante una subtensión el motor se protege por la subtensión 27; la 37 no debe ser la que actúe.
32 en generadores: la baja potencia directa y la potencia inversa se combinan en el disparo secuencial.
Salidas: la alarma va al sistema de control del proceso; el disparo, al contactor o al interruptor del motor, normalmente sin pasar por el relé de bloqueo 86, porque el motor no tiene falla.

Cómo la implementa cada fabricante

ABB Relion 615: el REM615 la ofrece como supervisión de pérdida de carga, con el nodo LOFLPTUC.
SEL: los relés de motor incluyen elementos de pérdida de carga; la declaración de conformidad IEC 61850 del SEL-849 declara los nodos PTUC y PDUP.
Siemens SIPROTEC, GE Vernova (Multilin) y Schneider (MiCOM, Easergy): elementos de baja corriente o de baja potencia, con nombres, magnitud medida y lógica de bloqueo distintos.

Las diferencias prácticas están en qué magnitud usa cada elemento (fase menor, promedio, secuencia positiva o potencia), cómo detecta el motor parado y desde cuándo cuenta el bloqueo de arranque.

Nodo lógico IEC 61850

IEC 61850-7-4 tiene dos nodos que encajan con la 37:

PTUC, protección de baja corriente.
PDUP, protección direccional de baja potencia: opera cuando la potencia en la dirección ajustada cae bajo el umbral.

Ambos publican el arranque (Str) y la operación (Op). La operación pasa por PTRC, que acondiciona el disparo hacia el nodo del aparato de maniobra (XCBR), por cableado o por GOOSE. La alarma de la primera etapa suele ir al sistema de control como una señal más del motor, por reporte o por GOOSE.

Cómo se prueba

En general, con inyección secundaria se verifica:

El umbral de operación y la reposición, bajando la magnitud desde la banda normal.
En la 37 por potencia, el umbral con distintos ángulos entre tensión y corriente.
El retardo de cada etapa.
Que la función no opere con el motor parado (corriente bajo el umbral de motor parado o interruptor abierto).
Que no opere durante la ventana de arranque y sí después de ella.
El bloqueo por pérdida de potencial, si la función es por potencia.

En la puesta en servicio se compara el ajuste con la carga real del motor en el punto de operación mínimo del proceso.

Errores típicos

Umbral por debajo de la corriente en vacío: la función nunca opera y la bomba trabaja en seco.
Umbral por encima de la carga mínima normal: disparos cuando el proceso baja de producción.
Usar corriente en un motor poco cargado, donde la diferencia entre vacío y carga es pequeña.
Falta el bloqueo de motor parado y aparece la alarma o el disparo con el motor detenido, o un bloqueo que impide el siguiente arranque.
CT dimensionados solo para el arranque, que miden la corriente de vacío en la parte baja de su rango, con poca precisión.
Polaridad de CT o PT invertida en la 37 por potencia: el relé calcula potencia negativa y opera con el motor cargado.
Ajuste copiado de otra bomba, con otro punto de operación.

Configuramos su relé de motor

¿La 37 dispara sin razón aparente o no detectó una bomba en seco? Revisamos los eventos y los ajustes de su relé de motor de forma remota y los ajustamos al punto de operación real del proceso. Díganos la marca y el modelo en configuración remota de relés o escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations (dispositivo 37).
IEEE C37.96, Guide for AC Motor Protection: protección de motores de inducción y síncronos.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodos PTUC, PDUP y PTRC.
ABB, REM615 Application Manual: supervisión de pérdida de carga LOFLPTUC.
SEL, declaración de conformidad IEC 61850 (MICS) del SEL-849: nodos PTUC y PDUP.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se prefiere la 37 por potencia en vez de por corriente?

Porque en un motor de inducción la corriente en vacío es en buena parte magnetizante y no baja mucho cuando se pierde la carga, sobre todo en motores poco cargados o sobredimensionados. La potencia activa, en cambio, cae de forma clara. La 37 por potencia necesita transformadores de tensión además de los de corriente.

¿Por qué la 37 dispara cuando el motor está parado?

Porque con el motor detenido la corriente es cero y queda por debajo de cualquier umbral. El relé debe bloquear la función cuando el motor está parado, con el estado del interruptor o contactor o con un umbral mínimo de corriente, y durante la ventana de arranque. Si ese bloqueo falta o está mal ajustado, aparece la alarma o el disparo con el motor fuera de servicio.

¿La 37 sirve en un motor alimentado por un variador de frecuencia?

El relé instalado antes del variador ve la potencia de entrada del variador, no la corriente del motor a frecuencia variable. La supervisión de baja carga suele hacerse en el propio variador, que conoce la velocidad y el par. Si se usa el relé de la acometida, el umbral debe estudiarse para todo el rango de velocidad.