La protección 47 vigila la tensión trifásica y opera cuando la secuencia de fases está invertida o cuando el desbalance de tensión (componente de secuencia negativa V2) supera un umbral. Evita que un motor arranque girando al revés y que una máquina trabaje con tensiones muy desbalanceadas.
Qué es la protección 47 (secuencia de fases de tensión)
En IEEE C37.2 el número 47 es el relé de secuencia de fases o de balance de fases de tensión: opera ante un valor predeterminado de tensión polifásica en la secuencia de fases deseada, cuando las tensiones están desbalanceadas o cuando la tensión de secuencia negativa supera un valor dado.
En los relés numéricos la 47 suele cumplir dos tareas:
- Detectar la rotación invertida: la red llega con secuencia ACB cuando la instalación espera ABC, o al revés. Es el caso de una conexión mal hecha después de un mantenimiento o de un cambio de acometida.
- Detectar el desbalance de tensión: mide la componente de secuencia negativa de tensión, V2, o la relación V2/V1, y opera si supera un umbral durante un tiempo.
Un sistema balanceado con la secuencia correcta solo tiene tensión de secuencia positiva. Una fase perdida, una fase con tensión muy baja o la secuencia invertida hacen aparecer V2.
Dónde se aplica
- Motores: es la aplicación más común. Un motor que arranca con la secuencia invertida gira al revés y puede dañar bombas, compresores, bandas transportadoras o la carga acoplada. Además, el desbalance de tensión produce un desbalance de corriente mayor y calienta el rotor.
- Generadores: como supervisión antes de sincronizar y como respaldo ante desbalance de la red. Se complementa con la verificación de sincronismo 25.
- Transferencias automáticas y tableros industriales con dos fuentes: impide transferir a una fuente con la secuencia equivocada.
- Supervisión de otras funciones: en algunos esquemas la 47 se combina con la subtensión 27 para dar permiso de arranque o para distinguir una pérdida de fase de una caída de tensión general.
- Plantas solares y cargas sensibles: como vigilancia de la calidad de la tensión en el punto de conexión.
Cómo funciona
El relé toma las tres tensiones del transformador de tensión (PT) y calcula las componentes simétricas:
- V1, tensión de secuencia positiva.
- V2, tensión de secuencia negativa.
Elemento de secuencia invertida. Si V2 es mucho mayor que V1, la rotación está invertida. El relé lo indica o bloquea el cierre o el arranque.
Elemento de sobretensión de secuencia negativa. Si V2 (o V2/V1) supera el umbral ajustado durante el tiempo ajustado, el relé da alarma o disparo. Suele llevar una supervisión de tensión mínima de secuencia positiva para no operar con la barra desenergizada.
La medición depende de que el relé conozca la rotación de la instalación. Casi todos los relés tienen un ajuste de rotación de fases (ABC o ACB) que cambia el cálculo de V1 y V2 de todas las funciones, no solo de la 47.
Criterios de ajuste
- Rotación de fases de la instalación, verificada en campo con un secuenciómetro.
- Desbalance de tensión admisible de la carga. Para motores, las normas de máquinas (por ejemplo NEMA MG 1 e IEC 60034-1) tratan el efecto del desbalance de tensión y la reducción de potencia que implica; el valor límite lo fija el fabricante del motor o el estudio.
- Desbalance normal de la red en el sitio, medido o tomado de un estudio de calidad de potencia, para no operar en condiciones normales.
- Tiempo: lo bastante largo para no operar por fallas transitorias que despejan otras protecciones, y lo bastante corto para proteger la máquina. Se fija según el estudio de coordinación.
- Coordinación con la supervisión del PT (60 o VTFF).
Cómo la implementa cada fabricante
- Siemens SIPROTEC separa la supervisión de rotación de fases y la protección de sobretensión de secuencia negativa; se ajustan en DIGSI.
- SEL ofrece elementos de tensión de secuencia negativa y de rotación en relés de motor, generador y alimentador; se parametrizan en AcSELerator QuickSet.
- Relion (Hitachi Energy 670/650; ABB 615/620) la presenta como bloques de sobretensión de secuencia negativa y de supervisión de secuencia, configurados en PCM600.
- GE Vernova (Multilin) incluye elementos de tensión de secuencia negativa y de inversión de fases; se ajustan en EnerVista.
- Schneider MiCOM / Easergy la ofrece como sobretensión de secuencia negativa con temporización; se configura en MiCOM S1 o Easergy Studio.
En unos relés la 47 es una función con nombre propio; en otros hay que armarla con un elemento de sobretensión de V2 y lógica. También cambia si el umbral se expresa en voltios, en por unidad o como relación V2/V1.
Por qué dispara o bloquea
- Ajuste de rotación de fases equivocado en el relé. Es la causa número uno en puesta en servicio.
- Fases del PT cruzadas en el cableado secundario o en la bornera.
- Fusible del PT fundido o mini-interruptor abierto: aparece V2 en la medición sin que la red tenga problema.
- Fase abierta aguas arriba: fusible de media tensión fundido, polo de seccionador o de interruptor sin cerrar, conductor roto.
- Desbalance real de la red por cargas monofásicas grandes o por una falla lejana no despejada.
- Cambio de acometida o trabajos en la red que invirtieron la secuencia.
Qué revisar primero: la medición de V1 y V2 en el relé, el ajuste de rotación, los fusibles del PT y una medición de secuencia en las borneras del relé y en el primario.
- ¿Coinciden la secuencia medida en el primario y el ajuste de rotación del relé?
- NoAjuste de rotación equivocado, o secuencia invertida por un cambio de acometida o trabajos en la red
- Sí¿La secuencia en las borneras del relé coincide con la del primario?
- NoFases del PT cruzadas en el cableado secundario o en la bornera
- Sí¿Están sanos los fusibles y el miniinterruptor del PT?
- NoV2 aparente en la medición sin problema en la red
- SíFase abierta aguas arriba o desbalance real de la red
Cómo se prueba
La inyección secundaria con una fuente trifásica como la Omicron CMC 356 permite generar sistemas de tensión con la secuencia y el desbalance deseados.
Se verifica:
- Que con secuencia correcta y tensión nominal el relé mide V2 casi nula y no opera.
- Que con secuencia invertida el relé detecta la condición.
- El umbral de V2 o V2/V1 y el tiempo de operación.
- La supervisión de tensión mínima y el bloqueo por falla del PT.
En la puesta en servicio la prueba más valiosa es primaria: comprobar con la instalación energizada que el relé mide la secuencia correcta y que el motor gira en el sentido esperado.
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Referencias
- IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
- IEEE C37.96, Guide for AC Motor Protection.
- IEC 60034-1, máquinas eléctricas rotativas: características asignadas y de funcionamiento.
- NEMA MG 1, Motors and Generators.
- J. Lewis Blackburn y Thomas J. Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la 47 bloquea el arranque del motor si la red está bien?
Lo más común es que la rotación de fases ajustada en el relé no coincida con la de la instalación, o que dos fases del transformador de tensión estén cruzadas en el cableado. El relé ve una secuencia invertida aunque el motor giraría bien.
¿Un fusible fundido del PT puede activar la 47?
Sí. Al perder una fase de tensión aparece una componente de secuencia negativa en la medición. Por eso conviene coordinar la 47 con la supervisión del circuito de tensión (60 o VTFF) y revisar los fusibles antes de culpar a la red.
¿Qué diferencia hay entre la 46 y la 47?
La 46 mide la corriente de secuencia negativa y protege contra el calentamiento por corrientes desbalanceadas. La 47 mide la tensión: detecta la secuencia invertida y el desbalance de tensión de la alimentación.