La protección diferencial (ANSI 87, nodo lógico PDIF en IEC 61850) compara las corrientes que entran y salen de una zona delimitada por transformadores de corriente. Si su suma no es cero, la corriente se está yendo a una falla dentro de la zona y el relé dispara todos los interruptores que la alimentan, sin esperar a coordinar con nadie. Cada equipo tiene su variante (87T, 87B, 87L, 87G, 87M, 87N) porque cada uno añade un problema distinto: inrush, réplica de seccionadores, canal de comunicación o saturación de CT.
Qué protege la protección diferencial 87
La protección diferencial protege una zona: el tramo de red comprendido entre los transformadores de corriente (CT) que la rodean. Puede ser un transformador, una barra, una línea, un generador, un motor o un reactor. Dentro de esa zona detecta cortocircuitos entre fases y, según la variante, fallas a tierra, y los despeja sin retardo intencional.
Evita el daño que causa una falla interna sostenida: devanados quemados, núcleos dañados, barras fundidas y, en generadores, daños en el hierro del estator que obligan a rebobinar. Como solo responde a fallas internas, también evita que se pierdan circuitos sanos por la operación de protecciones de respaldo más lentas.
- ANSI/IEEE C37.2: 87, relé de protección diferencial; por costumbre se añade la letra del equipo.
- IEC 61850: nodo lógico PDIF.
- IEC 60617: el símbolo de relé con corriente diferencial; su forma exacta depende del dibujante.
Dónde se aplica
Cada equipo tiene su 87 y su problema particular:
| Equipo | BT | MT | AT y EAT | Industria | Qué la distingue |
|---|---|---|---|---|---|
| Transformador (87T) | No se usa | Transformadores grandes | Siempre | Transformadores de planta críticos | Inrush, grupo vectorial, cambiador de tomas |
| Barra (87B) | Tableros grandes, poco común | Celdas críticas | Siempre | Subestaciones de planta | Muchos CT, réplica de seccionadores |
| Línea (87L) | No | Cables y líneas cortas | Habitual | Enlaces entre plantas | Canal de comunicación, alineación de muestras |
| Generador (87G) | No | Generadores medianos | Elevadores y grandes unidades | Cogeneración | Fallas cerca del neutro, saturación por componente de CC |
| Motor (87M) | No | Motores grandes | No aplica | Compresores, bombas, molinos | Arranque, autobalance |
| Falla a tierra restringida (87N) | No | Devanados aterrizados por impedancia | Transformadores | Transformadores de planta | Fallas a tierra de baja corriente |
| Reactor | No | Poco común | Reactores en derivación | No aplica | Corriente de energización del reactor |
En baja tensión la diferencial casi no se usa: las fallas se despejan con fusibles y unidades de disparo. La decisión en media tensión depende del tamaño y la criticidad del equipo.
Principio de medida
La base es la ley de corrientes de Kirchhoff aplicada a la zona. El relé recibe la corriente de cada frontera y calcula:
- Corriente diferencial (o de operación): la suma fasorial de todas las corrientes con la polaridad referida a la zona,
Id = |I1 + I2 + … + In|. Sin falla interna, es casi cero. - Corriente de restricción (o estabilización): una medida de la corriente que atraviesa la zona. Cada fabricante la define a su manera: promedio, suma o máximo de las magnitudes.
Hay cuatro formas de construir la 87:
- Porcentual de baja impedancia. El relé numérico recibe cada CT por separado y compara Id contra una característica que crece con la restricción. Es la más común.
- Alta impedancia. Los CT se conectan en paralelo a un relé de tensión con una resistencia estabilizadora. La estabilidad ante la saturación viene del circuito, no del algoritmo. Es la forma clásica de la falla a tierra restringida 87N y de muchas diferenciales de barras.
- Por canal (87L). Los extremos están lejos, así que cada relé envía sus corrientes al otro por fibra o red de comunicaciones y ambos calculan la misma diferencial.
- Falla a tierra restringida. Compara la corriente residual de las fases con la del neutro de un devanado; ve fallas que la 87T no alcanza.
La característica
En el plano corriente de restricción–corriente diferencial (Ires–Idif), la característica porcentual separa la zona de restricción, abajo, de la de operación, arriba:
- Umbral mínimo: la menor corriente diferencial que se acepta como falla. Cubre la corriente de magnetización y los errores con carga baja.
- Primera pendiente: cubre errores proporcionales a la corriente (clase de los CT, rango del cambiador de tomas).
- Segunda pendiente: más inclinada, a partir de un punto de quiebre. Da estabilidad ante fallas externas severas en las que algún CT puede saturarse y producir una diferencial falsa.
- Etapa no restringida: por encima de un nivel alto de Id, dispara sin mirar la restricción ni los bloqueos.
Una falla externa queda debajo de la curva aunque la corriente pasante sea enorme. Una falla interna dispara la diferencial hacia arriba y entra en la zona de operación. Esa es la lógica que dibuja el diagrama de esta guía.
- Medición. Corriente de cada frontera de la zona, con su polaridad
- Compensación. Relación de CT y, en transformadores, grupo vectorial y secuencia cero
- Diferencial y restricción. Suma fasorial y medida de la corriente pasante
- Característica. Umbral mínimo, una o dos pendientes y etapa no restringida
- Supervisión. Bloqueos por armónicos, saturación o falla de CT según el equipo
- Disparo. A todos los interruptores de la zona, normalmente por el 86
Criterios de ajuste
No hay valores universales. Los criterios generales son:
- Sensibilidad: el umbral mínimo debe quedar por debajo de la falla interna mínima que se quiere ver, con margen.
- Seguridad: las pendientes deben absorber los errores de los CT y del equipo protegido, y la estabilidad se comprueba con la falla externa máxima.
- Desempeño de los CT: relación, clase y carga deben permitir que no se saturen de forma desigual antes del tiempo de operación del relé, como describe IEEE C37.110. Puede revisarlo con nuestra herramienta gratuita de saturación del CT.
El cálculo de cada equipo está en su guía: 87T, 87B, 87L, 87G y 87M.
Interacción con otras funciones
- Relé de bloqueo 86: la diferencial de transformador, barra y generador suele disparar a través de un relé de bloqueo 86, que impide el recierre hasta que alguien revise el equipo.
- Falla de interruptor 50BF: el disparo de la 87 arranca la 50BF de cada interruptor de la zona.
- Recierre 79: se bloquea con la 87 de transformador, barra o cable; en líneas aéreas con 87L sí se permite el recierre.
- Supervisión de CT: un circuito de CT abierto produce diferencial con carga. Muchos relés bloquean o alarman la 87 por supervisión de CT.
- Protecciones de respaldo: la sobrecorriente o la distancia siguen cubriendo la zona si la 87 queda fuera de servicio.
Cómo la implementa cada fabricante
- Siemens SIPROTEC (DIGSI): organiza la diferencial por objeto protegido (transformador, barra, línea, generador) y lados de medida.
- SEL (AcSELerator QuickSet): elementos diferenciales con restricción y bloqueo por armónicos, con compensación por matriz en transformadores.
- Hitachi Energy y ABB Relion (PCM600): bloques diferenciales por aplicación en las series 670, 650, 615 y 620.
- GE Vernova Multilin (EnerVista): define las fuentes de corriente antes de habilitar el elemento.
- Schneider MiCOM y Easergy: familias de relé por aplicación, cada una con su característica.
Cambian la definición de la restricción, la forma de las pendientes y el tratamiento de la saturación.
Nodo lógico IEC 61850
La función se modela con PDIF, que publica el arranque (Str) y la operación (Op). El disparo pasa por PTRC, que lo agrupa con las demás funciones y lo lleva a la salida física o a un mensaje GOOSE hacia el XCBR de cada interruptor de la zona. En una diferencial de barras distribuida, las unidades de bahía intercambian corrientes y disparos por la red de la subestación. La cadena se explica en IEC 61850 GOOSE.
Cómo se prueba
En general, con inyección secundaria se verifica:
- La compensación: corrientes pasantes en dos fronteras que el relé debe ver con diferencial casi nula.
- El umbral mínimo y los puntos de la característica, en varias pendientes y fases.
- Los bloqueos propios del equipo: armónicos en transformadores, saturación en barras, canal en líneas.
- La estabilidad ante falla externa y la etapa no restringida.
- Los tiempos de operación y el disparo real a todos los interruptores.
En la puesta en servicio se completa con la medición de la diferencial con carga, que debe ser pequeña. Lo que debe cubrir el protocolo está en el plan de pruebas de un relé.
Errores típicos
- Polaridad de un CT invertida: la falla externa o la carga aparecen como interna. Se descubre con carga, si se mide.
- Relación de CT mal cargada en el relé o grupo vectorial equivocado en la 87T.
- Zona mal definida: un CT fuera de lugar deja una zona ciega entre el CT y el interruptor.
- CT de clase o carga insuficiente para la falla externa máxima.
- Bloque de pruebas mal cerrado después de un mantenimiento: deja un CT abierto o cortocircuitado.
- Probar solo los puntos de la curva y no la estabilidad ante falla externa.
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- Falla a tierra restringida 87N
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Referencias
- IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations: número 87.
- IEC 60255-187-1, Functional requirements for differential protection: requisitos de la diferencial de motores, generadores y transformadores.
- IEEE C37.91-2021, Guide for Protecting Power Transformers: aplicación al transformador.
- IEEE C37.234-2021, Guide for Protective Relay Applications to Power System Buses: diferencial de barras.
- IEEE C37.243-2015, Guide for Application of Digital Line Current Differential Relays Using Digital Communication: diferencial de línea.
- IEEE C37.110-2023, Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes: desempeño de los CT.
- IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodos PDIF y PTRC.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre un relé diferencial y un relé diferencial porcentual?
Un diferencial simple dispara cuando la corriente diferencial supera un umbral fijo. El porcentual exige que esa corriente supere un porcentaje de la corriente que atraviesa la zona, de modo que los errores de los CT, que crecen con la corriente, no lo hagan disparar ante fallas externas.
¿La protección diferencial 87 es lo mismo que el interruptor diferencial de una vivienda?
No. El interruptor diferencial residencial (RCD) detecta corrientes de fuga de pocos miliamperios para proteger a las personas. La 87 es un relé que protege equipos de potencia contra cortocircuitos dentro de una zona definida por transformadores de corriente.
¿Por qué la protección diferencial no necesita coordinarse con otras protecciones?
Porque solo opera con fallas dentro de su zona. Una falla externa produce la misma corriente entrando y saliendo, así que la diferencial es selectiva por principio y puede disparar sin retardo intencional.