Energización inadvertida 50/27 del generador

Respuesta corta

La protección de energización inadvertida (ANSI 50/27) dispara cuando el interruptor de un generador se cierra por error con la máquina parada o girando despacio. En ese caso el generador arranca como un motor de inducción, absorbe una corriente alta y el rotor se calienta en segundos. La lógica arma una sobrecorriente instantánea cuando la máquina lleva un tiempo sin tensión y la mantiene activa un momento después de que vuelve la tensión, para alcanzar a disparar.

Qué protege la protección 50/27

Un generador fuera de servicio puede recibir tensión de la red por error: un interruptor que se cierra por una falla de mando, un error de maniobra, un contacto que se pega en un esquema de interruptor y medio o un flameo entre los contactos abiertos del interruptor. Si la máquina está parada o girando despacio, en ese instante se comporta como un motor de inducción con el rotor bloqueado.

La corriente del estator es alta y el campo giratorio induce corrientes en el cuerpo del rotor, en las cuñas y en los amortiguadores. El rotor se calienta en segundos, y los cojinetes, sin la película de aceite que da la rotación, pueden dañarse. La 50/27 protege el rotor, el estator y los cojinetes de ese evento, despejando la corriente sin retardo intencional.

Cuándo ocurre. Los cierres accidentales aparecen sobre todo durante mantenimientos y arranques: pruebas de mando con el seccionador cerrado, maniobras en configuraciones de interruptor y medio o anillo en las que el interruptor del generador queda conectado a una barra viva, o enclavamientos puenteados para una prueba. Por eso la función se incluye en las unidades grandes aunque la máquina tenga otras protecciones de respaldo.

ANSI/IEEE C37.2: combinación de 50 (sobrecorriente instantánea) y 27 (subtensión). No tiene número propio.
IEC 61850: no hay un nodo propio de energización inadvertida; se arma con PTUV y PIOC y una lógica entre ellos.
IEC 60617: sin símbolo propio; se dibuja con los símbolos de 50 y 27 y la lógica.

Dónde se aplica

Generador	BT	MT	AT y EAT	Industria	Comentario
Unidad conectada por elevador	No aplica	Sí	Sí, grandes unidades térmicas e hidráulicas	Cogeneración grande	Es el caso principal
Generador en barra de MT	No	Sí	No aplica	Sí	Mismo riesgo con interruptor de barra
Grupo electrógeno de respaldo	El controlador lo resuelve	Poco común	No	Sí	Según el controlador
Motor síncrono	No	Poco común	No	Poco común	Otras protecciones de arranque

IEEE C37.102 trata la energización inadvertida como un riesgo propio de las unidades grandes y describe varios esquemas, entre ellos el de sobrecorriente supervisada por subtensión.

Principio de medida

La lógica combina dos magnitudes con dos temporizadores:

Armado por subtensión (27). Cuando las tensiones de bornes del generador se mantienen bajas durante un tiempo de armado, la lógica entiende que la máquina está fuera de servicio y habilita la sobrecorriente.
Sobrecorriente instantánea (50). Mientras está habilitada, una corriente por encima del arranque dispara sin retardo.
Desarmado retardado. Cuando vuelve la tensión, la habilitación se mantiene un tiempo de reposición. Esto es clave: en la energización inadvertida la tensión aparece al mismo tiempo que la corriente, y sin ese tiempo la lógica se desarmaría antes de disparar.

Algunos esquemas agregan supervisión por la posición del interruptor, por la frecuencia o por el estado del campo. La idea es la misma: saber que la máquina no debía tener tensión.

La característica

Se dibuja como una lógica de compuertas y una línea de tiempo:

Compuerta Y: subtensión sostenida durante el tiempo de armado (temporizador de arranque) y sobrecorriente instantánea.
Temporizador de desarmado: mantiene la habilitación un tiempo corto después de que la tensión vuelve.

La línea de tiempo es: máquina parada y sin tensión → la lógica se arma → cierre accidental del interruptor → aparecen tensión y corriente alta → disparo instantáneo antes de que el temporizador desarme.

Secuencia de la energización inadvertida

Máquina parada. Tensiones de bornes bajas durante el tiempo de armado
Lógica armada. La sobrecorriente instantánea queda habilitada
Cierre accidental. Aparecen tensión y corriente alta al mismo tiempo
Disparo. La 50 opera antes de que el temporizador desarme
Bloqueo. El 86 impide un nuevo cierre hasta revisar la máquina

Criterios de ajuste

Arranque de la 50: por debajo de la corriente que la máquina absorbe en la energización inadvertida con la red más débil, calculada con las reactancias de la máquina, del transformador y de la red.
Umbral de la 27: por debajo de la tensión mínima de operación normal, para no armar en servicio.
Tiempo de armado: mayor que el despeje de fallas de la red con respaldo, para que una caída de tensión por falla externa no la arme.
Tiempo de desarmado: suficiente para que la 50 dispare cuando la tensión vuelve con el cierre.

El cálculo de la corriente sale del estudio de cortocircuito y de los datos de la máquina.

Interacción con otras funciones

Falla de interruptor 50BF: si la energización se debe a un flameo entre los contactos abiertos, abrir el interruptor no sirve. La 50BF, con la lógica de flameo, dispara los interruptores vecinos. Ver falla de interruptor 50BF.
Potencia inversa 32 y pérdida de excitación 40: pueden ver el evento, pero con retardos o bloqueos. Ver potencia inversa 32.
Secuencia negativa 46 y distancia 21: respaldos que no se diseñaron para este caso.
Supervisión de PT (60): un fusible abierto en servicio parece máquina sin tensión; la lógica debe bloquearse para no armar con la máquina en servicio.
Arranque de la máquina: en arranques con convertidor estático o a frecuencia reducida, la lógica no debe confundir el arranque con una energización.
Relé de bloqueo 86: el disparo va al 86 del generador.

Cómo la implementa cada fabricante

Siemens SIPROTEC (DIGSI): función de energización inadvertida en los relés de generador, con supervisión por tensión y posición del interruptor.
SEL (AcSELerator QuickSet): lógica de energización inadvertida en los relés de generador, configurable en las ecuaciones.
Hitachi Energy y ABB Relion (PCM600): función de energización accidental en el REG670.
GE Vernova Multilin (EnerVista): elemento de energización accidental en los relés de generador.
Schneider MiCOM: lógica de energización inadvertida en los relés de generador.

Nodo lógico IEC 61850

No hay un nodo dedicado. La subtensión se modela con PTUV, la sobrecorriente con PIOC y la lógica de armado y desarmado con los bloques de lógica del IED o con un nodo propio del fabricante. El disparo pasa por PTRC al XCBR del generador y al 86. Para el análisis posterior conviene que el registrador marque la lógica armada como señal binaria.

Cómo se prueba

Con inyección secundaria se simula la secuencia completa. En general se verifica:

Que la lógica se arme solo después del tiempo de armado con tensión baja.
Que una corriente alta con la lógica armada dispare sin retardo.
Que el desarmado espere el tiempo ajustado al volver la tensión, aplicando tensión y corriente al mismo tiempo.
Que una caída de tensión breve, como la de una falla externa, no arme la lógica.
El bloqueo por falla fusible y el disparo real a través del 86.

Errores típicos

Sin tiempo de desarmado, o demasiado corto: la lógica se desarma con la tensión del cierre y nunca dispara.
Tiempo de armado corto, que arma la lógica durante fallas externas.
Probar la 50 y la 27 por separado y no la secuencia completa.
No bloquear con la falla fusible.
Dejar la función deshabilitada después de un arranque en el que molestaba.

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Guías relacionadas

Referencias

IEEE C37.102-2023, Guide for AC Generator Protection: energización inadvertida y esquemas de protección.
IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations: números 50 y 27.
IEC 60255-151, Functional requirements for over/under current protection.
IEC 60255-127, Functional requirements for over/under voltage protection.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodos PTUV, PIOC y PTRC.

Preguntas frecuentes

¿Qué le pasa a un generador si se energiza estando parado?

Se comporta como un motor de inducción con el rotor bloqueado. La corriente del estator es alta y el campo giratorio induce corrientes en el cuerpo del rotor, en las cuñas y en el devanado amortiguador, que lo calientan muy rápido. Si no se despeja en pocos segundos, el rotor puede dañarse.

¿Por qué no basta con la potencia inversa 32 o la pérdida de excitación 40?

Porque suelen tener retardos largos, pueden estar bloqueadas con la máquina parada o fuera de servicio y no siempre ven la corriente con el ángulo que esperan. La 50/27 está pensada para ese caso y dispara sin retardo intencional.

¿La lógica 50/27 puede disparar durante una falla externa?

No debería. Se arma solo si la tensión permanece baja durante un tiempo de armado, más largo que el despeje de una falla de la red. Con la máquina en servicio, una caída de tensión por una falla externa se despeja antes de que la lógica se arme.