Potencia inversa 32 (PDOP): qué es y cómo funciona

Qué es la protección 32 (potencia inversa)

La función 32 calcula la potencia activa trifásica a partir de las tensiones y corrientes y la compara con un umbral en un sentido definido. Cuando la potencia fluye en el sentido contrario al normal, y supera el umbral durante el tiempo ajustado, el relé da alarma o disparo.

La familia 32 incluye también la potencia directa máxima y mínima (sobrepotencia y baja potencia). Este artículo se centra en la potencia inversa, que es el uso más común.

• ANSI/IEEE C37.2: función 32, relé direccional de potencia.
• IEC 61850: nodo lógico PDOP (sobrepotencia direccional), que se ajusta en la dirección inversa. Para baja potencia existe el nodo PDUP.
• IEC 60617: no se incluye aquí un símbolo porque varía entre planos y fabricantes.

Dónde se aplica

• Generadores síncronos: protección contra motorización. Si el motor primario pierde su fuente de energía (vapor, agua, gas o combustible) con el interruptor cerrado, el generador sigue girando como motor síncrono y toma potencia de la red. Más contexto en el generador síncrono y sus protecciones.
• Plantas de emergencia y cogeneración en paralelo con la red.
• Interconexión de autogeneradores y plantas solares que no tienen permitido entregar excedentes: la 32, o una función de potencia direccional, abre o limita la planta cuando detecta exportación.
• Industria con generación propia, para separarse de la red cuando hay flujo hacia la empresa de energía no autorizado, o al revés, según el esquema acordado.
• Interconexiones entre sistemas donde se requiere controlar el sentido del flujo.

Cómo funciona

El relé calcula:

P = Va·Ia·cos φa + Vb·Ib·cos φb + Vc·Ic·cos φc

o la expresión equivalente con secuencia positiva, según el fabricante. Define un sentido de referencia (por ejemplo, potencia saliendo del generador hacia la barra) y opera cuando la potencia en el sentido opuesto supera el umbral.

Detalles que importan:

• Sensibilidad: la potencia de motorización suele ser una fracción pequeña de la potencia nominal, y depende mucho del tipo de motor primario. Una turbina de vapor o una hidráulica pueden absorber muy poca potencia (de décimas a pocos por ciento de la nominal); un motor diésel, del orden del 25 %, y una turbina de gas de un eje puede superar el 50 %, porque arrastra el compresor. Por eso en vapor e hidráulica la 32 se ajusta muy por debajo de la nominal.
• Precisión del ángulo: con potencias tan bajas y factor de potencia cercano a cero, un error pequeño en el ángulo de los transformadores de corriente cambia el signo de la potencia medida. Algunos relés permiten compensar el error de ángulo.
• Temporización: uno o dos escalones de tiempo definido. Un escalón largo para la condición permanente y, en algunos esquemas, uno corto supervisado por la posición de las válvulas de la turbina.
• Disparo secuencial: en generadores de vapor es práctica común disparar primero la turbina y dejar que la 32 abra el interruptor cuando confirma la potencia inversa. Esto evita que la máquina se embale por vapor atrapado.

Criterios de ajuste

• Potencia de motorización declarada por el fabricante del motor primario o medida en pruebas. El umbral se fija por debajo de ese valor con margen.
• Clase de precisión y error de ángulo de los CT y PT, y su referencia en el relé. Este punto es crítico con umbrales bajos. Revise el conexionado de los transformadores de corriente antes de culpar al ajuste.
• Retardo suficiente para pasar por oscilaciones de potencia y por la sincronización sin disparar.
• Disparo secuencial y su lógica con la turbina, según la filosofía de la planta.
• En interconexiones: el límite y el tiempo que exija el operador de red o el contrato de conexión, y la coordinación con el control de la planta para que limite antes de que la protección dispare.

Los valores finales salen del estudio de coordinación y de los datos del fabricante de la máquina.

Cómo la implementa cada fabricante

• Siemens SIPROTEC (7UM y relés multifunción) con DIGSI: función de potencia inversa con escalones y supervisión por posición de válvulas.
• SEL (por ejemplo SEL-300G, SEL-700G y relés de alimentador) con AcSELerator QuickSet: elementos de potencia direccional ajustables por fase o trifásicos, con la dirección definida en el ajuste.
• Relion: Hitachi Energy (REG670) y ABB (REG615), ambos con PCM600: bloques de potencia direccional, inversa y baja potencia, con ángulo de característica ajustable.
• GE Vernova (Multilin G60, 889 y otros) con EnerVista: elementos de potencia sensible con ángulo de característica.
• MiCOM P34x (Easergy MiCOM de Schneider Electric y MiCOM Agile de GE Vernova) o Easergy, con Easergy Studio o MiCOM S1 Agile: escalones de potencia con selección de dirección y compensación del ángulo de CT en algunos modelos.

Las diferencias más comunes: si el umbral va en por unidad, en vatios primarios o en secundarios; cómo se define el sentido de referencia; si la potencia es trifásica o por fase, y si existe compensación del error de ángulo.

Por qué dispara o bloquea

Disparos legítimos:

• Pérdida del motor primario: falla de combustible, cierre de válvulas, disparo de la turbina.
• Disparo secuencial después de una parada programada.
• En interconexión: exportación real porque la carga bajó y la planta siguió generando.

Disparos indebidos o falta de operación:

• Polaridad invertida de un CT o de un PT, o sentido de referencia mal configurado. Es el error clásico en la puesta en servicio.
• Error de ángulo de los CT con umbrales muy bajos.
• Retardo corto que hace disparar en la sincronización o en oscilaciones.
• Relación de CT o PT mal ingresada, que cambia la potencia calculada.
• Pérdida de potencial, que deja a la función sin medida.

Lo primero es comparar la potencia que mide el relé con la de otro medidor en el mismo punto y con carga conocida. Si los signos no coinciden, el problema es de conexión o de configuración.

Cómo se prueba

Con inyección secundaria y un equipo como el Omicron CMC 356 se inyectan tensiones y corrientes con el ángulo controlado. En general se verifica:

• El umbral en el sentido inverso, en varios ángulos.
• Que no opere con potencia en el sentido normal.
• Los tiempos de cada escalón y la lógica de disparo secuencial.
• La compensación de ángulo, si existe.

En puesta en servicio se completa con una verificación con carga real: el generador entregando y, si el proceso lo permite, una prueba controlada de motorización. El generador también debe tener su protección de pérdida de excitación 40, que se prueba en la misma campaña.

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Referencias

• IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
• IEEE C37.102, Guide for AC Generator Protection.
• IEEE C37.95, Guide for Protective Relaying of Utility-Consumer Interconnections.
• IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes.
• J. L. Blackburn y T. J. Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

Preguntas frecuentes