La protección de subtensión (ANSI 27) opera cuando la tensión medida cae por debajo de un umbral durante un tiempo ajustado. Protege motores y cargas que no deben funcionar con tensión baja, detecta la pérdida de alimentación de una barra para transferencias y deslastres, y en plantas de generación forma parte de la protección de interconexión.
Qué es la protección 27 (subtensión)
La función 27 compara la tensión medida con un umbral inferior y, si la tensión se mantiene por debajo durante el tiempo ajustado, da alarma o disparo. Es una de las funciones más sencillas en principio, pero también una de las que más disparos indebidos produce cuando el circuito de tensión tiene problemas.
La tensión baja puede venir de una falla cercana, de una sobrecarga de la red, de la pérdida de una fuente o de un arranque de motores grandes. La función no distingue la causa; por eso la lógica que la rodea es tan importante como el umbral.
- ANSI/IEEE C37.2: función 27, relé de subtensión.
- IEC 61850: nodo lógico PTUV (subtensión temporizada).
- IEC 60617: símbolo U<.
Dónde se aplica
- Motores: evita que un motor siga conectado con tensión baja, cuando su corriente sube y se calienta, y que rearranque de forma descontrolada al volver la tensión. Ver el motor de inducción y sus protecciones.
- Barras de subestación e industria: detecta la pérdida de alimentación para iniciar transferencias automáticas de fuente o abrir interruptores antes de la reenergización.
- Deslastre de carga por subtensión: desconecta cargas por etapas para evitar un colapso de tensión.
- Plantas solares, eólicas y de almacenamiento: forma parte de la protección de interconexión junto con la protección de sobretensión 59 y la protección de frecuencia 81, con curvas que deben respetar la capacidad exigida de soportar huecos.
- Generadores: respaldo y supervisión de otras funciones.
- Servicios auxiliares de subestaciones y centrales.
Cómo funciona
El relé mide la tensión fundamental, normalmente en las tres fases, y aplica uno o varios escalones:
- Tiempo definido: el más común; cada escalón tiene su umbral y su retardo.
- Tiempo inverso: algunos relés ofrecen curvas en las que el tiempo disminuye cuanto más baja la tensión.
Opciones de lógica que cambian por completo el comportamiento:
- Modo de fases: opera con cualquiera de las fases, con dos o con las tres. Exigir las tres hace la función más segura ante problemas de un solo fusible.
- Tensión medida: de fase a neutro o entre fases, o una componente de secuencia positiva.
- Bloqueo por tensión mínima: inhibe la función cuando la tensión es casi cero, para que no dispare con el interruptor abierto o el equipo desenergizado.
- Supervisión por corriente o por posición del interruptor, con el mismo fin.
- Bloqueo por falla de fusible (pérdida de potencial): impide el disparo cuando el problema está en el circuito secundario y no en la red.
En plantas de generación, la característica suele expresarse como una curva de tensión contra tiempo que la planta debe soportar sin desconectarse. La 27 se ajusta por debajo de esa curva.
Criterios de ajuste
- Umbral por debajo de la tensión mínima de operación normal y por encima del valor en que el equipo protegido se daña o deja de funcionar bien.
- Tiempo suficiente para no disparar con huecos por fallas que otras protecciones despejan, ni con arranques de motores grandes, pero corto para la aplicación.
- Coordinación con transferencias y recierres: la 27 de motores y transferencias debe coordinarse con el tiempo de recierre de la red para evitar reconexiones fuera de fase.
- Requisitos de interconexión del operador de red y de normas como IEEE 1547 para generación distribuida, en lo que aplique.
- Estudios de estabilidad de tensión para el deslastre de carga.
- Relación del transformador de tensión y tipo de conexión.
Los valores finales salen del estudio de coordinación y de los requisitos del operador de red para cada punto.
Cómo la implementa cada fabricante
- Siemens SIPROTEC con DIGSI: escalones de subtensión con selección de tensión medida y criterios de supervisión por corriente.
- SEL con AcSELerator QuickSet: elementos de subtensión de fase, de línea y de secuencia, cuya supervisión se arma en la lógica SELogic.
- ABB Relion con PCM600: bloques de subtensión con curvas definidas e inversas y número de fases requerido.
- GE Vernova (Multilin) con EnerVista: elementos de subtensión de fase y auxiliares, con curvas y supervisión configurables.
- Schneider MiCOM o Easergy con MiCOM S1 o Easergy Studio: escalones con lógica de “cualquier fase” o “tres fases” y bloqueo por interruptor abierto.
El mismo umbral puede comportarse distinto según si la marca lo refiere a tensión de fase o de línea, si exige una o tres fases y si la supervisión de fusible viene habilitada por defecto o no.
Por qué dispara o bloquea
Causas de disparos que vemos en campo:
- Pérdida de potencial: fusible o mini interruptor del PT abierto, borne flojo o error de cableado. Es la causa número uno de disparos indebidos de la 27.
- Hueco de tensión por una falla externa con un tiempo de la 27 más corto que el de despeje de la falla.
- Arranque de motores grandes que deprime la barra más de lo previsto.
- Disparo con el equipo desenergizado porque falta la supervisión por tensión mínima, por corriente o por posición del interruptor.
- Grupo de ajustes equivocado o relación de PT mal ingresada.
- Polaridad o secuencia de tensiones mal conectada, que afecta las mediciones de secuencia positiva.
Lo primero que hay que hacer es comparar la tensión del registro del relé con la de otro equipo conectado a la misma barra. Si solo un relé vio la caída, el problema está en su circuito secundario.
- ¿Otro equipo conectado a la misma barra vio la misma caída de tensión?
- NoProblema del circuito secundario del relé: fusible o miniinterruptor del PT, borne flojo o cableado
- Sí¿Con qué coincidió la caída?
- Una falla externaTiempo de la 27 más corto que el despeje de la falla
- El arranque de motores grandesLa barra se deprimió más de lo previsto
- El equipo desenergizadoFalta la supervisión por tensión mínima, por corriente o por posición del interruptor
Cómo se prueba
Con inyección secundaria y un equipo como el Omicron CMC 356 se verifica, en términos generales:
- El umbral de arranque y de reposición de cada escalón, por fase.
- Los tiempos de operación.
- La lógica de una, dos o tres fases.
- El bloqueo por falla de fusible, por tensión mínima y por interruptor abierto.
- La asignación de alarmas y disparos a las salidas y a la mensajería IEC 61850 cuando aplica.
En deslastres y transferencias se completa con pruebas funcionales del esquema. Los ajustes deben salir de un estudio de coordinación de protecciones.
¿Su relé disparó o bloqueó por esta función y no está claro por qué? En Tiza Group revisamos los eventos y los ajustes de forma remota. Conozca la configuración remota de relés o escríbanos.
Referencias
- IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
- IEC 60255-127, Functional requirements for over/under voltage protection.
- IEEE C37.96, Guide for AC Motor Protection.
- IEEE 1547, Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces.
- 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
¿Por qué disparó la 27 si la barra nunca perdió tensión?
La causa más frecuente es una pérdida de potencial en el circuito secundario: un fusible o mini interruptor del transformador de tensión abierto, un borne flojo o un cable cortado. Si la función no está supervisada por la detección de falla de fusible, interpreta esa pérdida como una subtensión real.
¿Por qué disparó la planta solar por subtensión durante una falla lejana?
Una falla en la red produce un hueco de tensión que se propaga. Si la curva de subtensión de la planta es más estricta que la capacidad de soportar huecos que exige el operador de red, la planta se desconecta cuando debería permanecer conectada.
¿La 27 debe medir tensión de fase o de línea?
Depende de la aplicación. Para motores y cargas trifásicas suele preferirse la tensión entre fases; en sistemas con neutro aterrizado, las fallas a tierra deprimen más la tensión de fase. También se elige si opera con una, dos o las tres fases.