Protección de reactores en derivación: 87R, 50/51, 63

Respuesta corta

Un reactor en derivación se protege con una diferencial de fases (87R), falla a tierra restringida, sobrecorriente de respaldo, elementos sensibles para fallas entre espiras y, si es en aceite, protecciones mecánicas como el Buchholz y la presión súbita. Si está conectado directamente a una línea, su disparo debe abrir los dos extremos. IEEE C37.109 es la guía de referencia.

Qué se protege en un reactor en derivación

Un reactor de potencia en derivación absorbe potencia reactiva para controlar la sobretensión de líneas largas y cables con poca carga. Se conecta de tres formas:

A la barra, con su propio interruptor o con un interruptor de maniobra de reactor.
A la línea, directamente y sin interruptor propio en muchos diseños, de modo que entra y sale con la línea.
Al terciario de un autotransformador, en media tensión.

Puede ser en aceite, lo más común en extra alta tensión, o seco de núcleo de aire, frecuente en media tensión y en terciarios, y también usado en tensiones mayores. Sus fallas típicas son:

Fallas a tierra del devanado contra el núcleo o el tanque.
Fallas entre fases, en reactores trifásicos.
Fallas entre espiras, difíciles de detectar porque cambian poco la corriente en los terminales. En reactores secos de núcleo de aire son las más frecuentes.
Fallas en aisladores y conexiones.
Problemas internos del aceite: gases, presión, nivel y temperatura.

Si una falla entre espiras no se detecta, evoluciona y termina en la pérdida de la fase completa del reactor.

Dónde se aplica

Conexión y tipo	MT	AT	EAT	Esquema típico
Reactor de barra en aceite	No es habitual	Sí	Sí	87R, REF, 50/51, entre espiras, mecánicas
Reactor de línea en aceite	No aplica	Sí	Sí	El mismo, más disparo transferido al extremo remoto
Reactor seco de núcleo de aire en barra	Sí	Sí	Según el diseño	Sobrecorriente sensible y elementos entre espiras; 87R si hay CT en ambos extremos
Reactor en el terciario de un autotransformador	Sí	No aplica	No aplica	Diferencial propia o incluida en la del transformador, más entre espiras

Principio de cada función

Diferencial de fases (87R). Compara, en cada fase, la corriente que entra por el lado de línea con la que sale por el lado del neutro. El reactor no tiene relación de transformación ni desfase, así que la comparación es directa. Necesita transformadores de corriente (CT) en los dos extremos de cada devanado.

Falla a tierra restringida (87N). Compara la corriente residual de las fases con la del neutro. Es más sensible a las fallas a tierra cerca del neutro. Funciona igual que en un transformador, como se explica en falla a tierra restringida 87N/64REF.

Sobrecorriente (50/51 y 50N/51N). Respaldo de las anteriores, ajustada por encima de la corriente del reactor a la máxima tensión de operación. En reactores sin CT del lado del neutro puede ser la protección principal de fallas francas.

Fallas entre espiras. Una falla entre espiras reduce la impedancia de una sola fase y crea un desbalance. Los elementos que la detectan son:

de secuencia negativa, direccionales o de sobrecorriente;
de relación entre tensión y corriente de secuencia negativa;
de impedancia, que miden la impedancia de cada fase del reactor.

IEEE C37.109-2023 amplía este tema frente a las ediciones anteriores.

Protecciones mecánicas (reactores en aceite). Buchholz, presión súbita, nivel de aceite y temperaturas, como en un transformador. Se describen en protecciones mecánicas 63 y 26.

La característica

Cada función usa su propia característica:

La 87R usa el plano corriente diferencial contra corriente de restricción, con arranque mínimo y pendiente. Una falla externa o la energización quedan en la zona de restricción; una falla interna entra en la de operación.
La 51 usa una curva de tiempo inverso o un tiempo definido.
Los elementos entre espiras comparan una magnitud de desbalance con un umbral muy bajo, con retardo para pasar los transitorios de maniobra.

Energización. Al energizar, la corriente del reactor tiene una componente continua que decae lentamente porque el reactor tiene muy pocas pérdidas. Si los CT de los dos extremos se saturan de forma distinta, aparece una corriente diferencial falsa. La estabilidad de la 87R y la clase de los CT se revisan con ese caso.

Criterios de ajuste

87R: arranque y pendiente según los errores de CT y la saturación esperada en la energización.
REF: sensibilidad para la porción del devanado que se quiere cubrir. Puede ser de baja impedancia o de alta impedancia.
51: por encima de la corriente del reactor a la máxima tensión y por debajo de la falla mínima interna.
Entre espiras: por encima del desbalance natural del reactor y de la red, medido en la puesta en servicio.
CT: relación, clase y punto de codo según IEEE C37.110 o IEC 61869-2.

Los valores salen del estudio de cortocircuito, de los datos del fabricante (IEEE C57.21 e IEC 60076-6) y de la guía IEEE C37.109.

Interacción con otras funciones

Disparo transferido. Un reactor de línea sin interruptor propio exige abrir los dos extremos de la línea. Se usa el disparo transferido directo (DTT) por el canal de teleprotección.
Recierre 79. Una falla en el reactor no es transitoria: el disparo por protección del reactor debe bloquear el recierre automático 79 de la línea.
Falla de interruptor 50BF. Si el interruptor o el interruptor de maniobra del reactor no abre, la falla de interruptor 50BF abre los interruptores que lo alimentan.
Bloqueo 86. Las protecciones internas del reactor operan el relé de bloqueo 86, que impide reenergizarlo.
Diferencial del transformador. En reactores de terciario, la zona de la diferencial de transformador 87T puede incluir el terciario y el reactor; entonces las fallas entre espiras siguen necesitando su elemento propio.
Funciones de tensión de la línea. Después de abrir una línea con reactor, la tensión oscila y decae lentamente. Las lógicas de línea muerta y la verificación de sincronismo 25 deben considerarlo.
Maniobra automática por tensión. Si el reactor se conecta y desconecta según la tensión, esa lógica se coordina con las protecciones y con el control de tensión de la subestación.

Cómo lo implementan los fabricantes

Se usan relés de transformador o relés multifunción configurados para el reactor, con diferencial, REF, sobrecorriente y elementos de secuencia negativa o de impedancia. Las diferencias están en si el relé trata el reactor como objeto protegido propio, en cómo se calculan los elementos entre espiras y en cuántas entradas de corriente y tensión ofrece. Con frecuencia se instalan dos relés de marcas o principios distintos, para redundancia.

Nodo lógico IEC 61850

PDIF para la diferencial de fases y, según el fabricante, para la REF.
PTOC y PIOC para la sobrecorriente y los elementos de secuencia negativa.
PDIS para los elementos de impedancia.
Las protecciones mecánicas entran como contactos y se publican con nodos de supervisión o genéricos, según el relé.

Todas las operaciones pasan por PTRC hacia el interruptor (XCBR). En un reactor de línea, la orden al extremo remoto sale por el esquema de teleprotección (PSCH) o por el equipo de teleprotección.

Cómo se prueba

En general se verifica:

La 87R y la REF con inyección secundaria: arranque, pendiente y estabilidad ante falla externa.
Los elementos entre espiras con desbalances controlados.
La polaridad de los CT de línea y de neutro con inyección primaria.
Los disparos mecánicos desde cada dispositivo hasta el interruptor.
El disparo transferido de extremo a extremo, en reactores de línea.
En la primera energización, la estabilidad de la diferencial con oscilografía.

Errores típicos

Confiar solo en la diferencial y dejar sin cubrir las fallas entre espiras.
Polaridad invertida de los CT del lado del neutro.
Diferencial inestable en la energización por CT de clase insuficiente.
Reactor de línea sin disparo transferido o sin bloqueo del recierre.
Sin protección de falla del interruptor de maniobra del reactor.
Ajuste de la sobrecorriente por debajo de la corriente del reactor a la máxima tensión de operación.
Interpretar la oscilación de la tensión de una línea abierta como tensión de servicio.

Configuramos las protecciones de su reactor

¿Va a poner en servicio un reactor o tuvo un disparo que no está claro? Revisamos de forma remota la configuración de los relés del reactor: diferencial, REF, elementos entre espiras, lógica de disparo y disparo transferido. Díganos la marca y el modelo en configuración remota de relés o escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

IEEE C37.109-2023, Guide for the Protection of Shunt Reactors.
IEEE C57.21-2021, Standard Requirements, Terminology, and Test Code for Shunt Reactors Rated Over 500 kVA.
IEC 60076-6, transformadores de potencia: reactores.
IEEE C37.110, Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodos PDIF, PTOC, PDIS y PTRC.
K. Lawlor, S. Flores Castro, B. Cook y K. Garg, Field Experience Commissioning Reactor Projects, SDG&E y SEL, 2025.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la diferencial no basta para proteger un reactor?

Porque una falla entre pocas espiras cambia muy poco la corriente que entra y sale del devanado, así que la diferencial casi no la ve. En reactores secos de núcleo de aire son justamente las fallas más comunes. Se cubren con elementos sensibles de secuencia negativa, de impedancia y, en reactores en aceite, con el Buchholz y la presión súbita.

¿Qué pasa con la tensión de la línea cuando se abre una línea con reactor?

La energía que queda en la capacitancia de la línea y en el reactor oscila entre ambos y la tensión decae lentamente, a una frecuencia distinta de la nominal. Las lógicas de línea muerta, el recierre y algunas funciones de tensión deben tenerlo en cuenta para no actuar con una lectura engañosa.

¿Por qué disparó la diferencial del reactor al energizarlo?

La energización de un reactor produce una corriente con componente continua que decae lentamente, porque el reactor tiene muy pocas pérdidas. Esa componente puede saturar los transformadores de corriente de un lado y no del otro y crear una corriente diferencial falsa. Se revisa con la oscilografía, la clase de los CT y la estabilidad de la diferencial.