La protección diferencial de línea (ANSI 87L, nodo lógico PDIF en IEC 61850) compara las corrientes medidas en todos los extremos de una línea, enviadas por un canal de comunicaciones. Si lo que entra no es igual a lo que sale, la falla está dentro de la línea y los relés disparan sin retardo en todos los extremos. Su fiabilidad depende tanto del relé como del canal y de la alineación en el tiempo de las muestras.
Qué es la protección 87L (diferencial de línea)
La diferencial de línea aplica a una línea la ley de corrientes de Kirchhoff: en condiciones normales, o con una falla fuera de la línea, la corriente que entra por un extremo es la misma que sale por el otro. Si aparece una diferencia, hay un camino de corriente dentro de la línea, es decir, una falla interna.
En la norma IEEE C37.2 la función es el dispositivo 87, y el sufijo L indica que protege una línea. En IEC 61850 se modela con el nodo lógico PDIF, el mismo de las otras diferenciales. Lo que la distingue de la diferencial de transformador 87T o de la de barras es la distancia: los transformadores de corriente (CT) de cada extremo están a kilómetros, así que cada relé mide sus corrientes y las intercambia con el otro por un canal de comunicaciones.
Su gran ventaja es la selectividad absoluta. La 87L no necesita coordinar tiempos con las protecciones vecinas ni depende de la impedancia de la línea, de modo que dispara sin retardo para fallas en cualquier punto de la línea, también en fallas resistivas, en líneas cortas o en cables donde la distancia 21 tiene más dificultad.
Dónde se aplica
- Líneas de transmisión de alta y extra alta tensión, como protección principal, a menudo con la distancia en el mismo relé o en un segundo relé.
- Líneas cortas y cables subterráneos o submarinos, donde la impedancia es tan baja que una distancia tiene poco margen.
- Líneas de tres o más terminales, con derivaciones de generación o de carga, siempre que haya un CT y un relé en cada extremo.
- Conexión de plantas de generación y de subestaciones industriales a la red, cuando el operador exige disparo rápido en ambos extremos.
- Líneas de media tensión en redes industriales o de distribución con fibra óptica disponible.
Cómo funciona
Corriente diferencial y de restricción
Cada relé calcula, fase por fase, la corriente diferencial: la suma vectorial de las corrientes de todos los extremos. Además calcula una corriente de restricción, que crece con la corriente que atraviesa la línea. El relé opera cuando la diferencial supera un umbral que aumenta con la restricción. Así tolera los errores de los CT y del canal, que son mayores cuanto más grande es la corriente pasante, sin perder sensibilidad para fallas internas.
La característica suele tener un arranque mínimo y una o dos pendientes. Algunos fabricantes usan además un plano alfa, que compara la relación y el ángulo entre la corriente remota y la local; cada marca define la restricción a su manera.
El canal de comunicaciones
El canal es parte de la protección. Las opciones típicas son fibra óptica directa entre relés, o un multiplexor sobre una red de transporte, con interfaces como IEEE C37.94 o G.703. Lo que importa del canal es:
- Retardo: cuánto tarda el dato en llegar; suma al tiempo de disparo.
- Simetría: si la ida y la vuelta tardan lo mismo.
- Disponibilidad y errores: el relé supervisa el canal y bloquea la 87L cuando los datos no son confiables.
Alineación de tiempo
Para comparar corrientes, las muestras de ambos extremos deben corresponder al mismo instante. Hay dos métodos principales. El primero mide el tiempo de ida y vuelta del mensaje (método tipo ping-pong) y supone que el retardo es igual en cada sentido. Funciona bien en fibra directa, pero en redes multiplexadas las rutas pueden cambiar y volverse asimétricas, y esa diferencia se convierte en un error de ángulo que aparece como corriente diferencial falsa. El segundo usa una referencia de tiempo externa, normalmente GPS, en cada extremo, lo que elimina el problema de la asimetría a cambio de depender de la sincronización de tiempo.
| Método | Cómo alinea las muestras | Ventaja | Limitación |
|---|---|---|---|
| Ida y vuelta (ping-pong) | Mide el tiempo de ida y vuelta del mensaje y supone retardo igual en cada sentido | Funciona bien en fibra directa | En redes multiplexadas la asimetría aparece como corriente diferencial falsa |
| Referencia externa (GPS) | Cada extremo toma el tiempo de una fuente externa | Elimina el problema de la asimetría | Depende de la sincronización de tiempo |
Corriente capacitiva
Una línea larga o un cable toma corriente de carga capacitiva aunque no tenga carga. Para el relé, esa corriente entra por un extremo y no sale por el otro, así que parece una pequeña falla. Los relés la manejan subiendo el arranque mínimo o compensándola con la tensión medida. En cables y líneas largas es un punto central del ajuste.
Otras situaciones de diseño
- Transformador dentro de la zona: obliga a compensar relación y grupo vectorial, y a bloquear por armónicos durante la energización, como en la 87T.
- Compensación serie y líneas paralelas: no afectan al principio diferencial como afectan a la distancia, pero sí a las funciones de respaldo.
- Disparo monopolar: la 87L selecciona la fase en falla de forma natural, lo que facilita el recierre monopolar.
- Transferencia de disparo: el mismo canal suele llevar señales de disparo transferido y de esquemas de teleprotección.
Criterios de ajuste
Los ajustes salen del estudio de protecciones y de los datos de la instalación, no de valores universales:
- Relación de CT de cada extremo, que pueden ser distintas; el relé las normaliza.
- Arranque mínimo, por encima de la corriente capacitiva y de los errores esperados.
- Pendientes y punto de quiebre, según la clase y el desempeño de los CT ante fallas externas con componente de corriente continua.
- Supervisión del canal: retardo máximo, asimetría admisible y qué hacer si se pierde el canal (bloquear la diferencial y habilitar respaldos).
- Supervisión de CT, para que un circuito secundario abierto no provoque un disparo.
La guía IEEE C37.243 trata estos temas de aplicación: principios, sincronización, requisitos del canal y de los CT, corriente de carga de la línea, líneas de varios terminales y pruebas.
Cómo la implementa cada fabricante
Todas las marcas aplican el mismo principio, pero cambian la forma de la característica, la definición de la restricción, el método de sincronización y el nombre de los ajustes. Siemens la ofrece en sus relés de línea SIPROTEC y se configura en DIGSI; SEL tiene relés dedicados a la diferencial de línea que se ajustan con AcSELerator QuickSet; Hitachi Energy (antes ABB) la incluye en la familia Relion 670 con PCM600; GE Vernova la incluye en sus relés de línea Multilin con EnerVista. Los relés de los dos extremos deben ser compatibles entre sí: en la práctica, del mismo fabricante y con versiones de firmware y comunicación coherentes. Por eso un ajuste que funciona en una marca no se copia en otra sin revisar su manual.
Por qué dispara o se bloquea
| Síntoma | Causa típica | Qué revisar primero |
|---|---|---|
| Disparo con falla externa | Polaridad o relación de CT distinta entre extremos, CT saturado | Registros de ambos extremos alineados en el tiempo |
| Corriente diferencial con carga normal | Asimetría del canal, error de sincronización, CT mal cableado | Retardo de ida y vuelta, fuente de tiempo, ángulos local y remoto |
| Corriente diferencial con la línea en vacío | Corriente capacitiva | Compensación capacitiva y arranque mínimo |
| 87L bloqueada | Canal caído, errores de comunicación, falla de sincronización | Alarmas del canal y del multiplexor |
| Disparo al energizar un transformador en la zona | Inrush sin bloqueo por armónicos | Configuración del transformador en zona |
Cómo se prueba
En concepto, la 87L se prueba en dos niveles. La prueba local verifica el relé con inyección secundaria, con el canal en lazo o con el extremo remoto simulado: arranque, puntos de la característica, tiempos y lógica. La prueba extremo a extremo inyecta al mismo tiempo en ambos extremos con equipos sincronizados por GPS y simula fallas internas, que deben disparar los dos lados, y fallas externas, que no deben disparar. Además se verifica el comportamiento del canal (retardo, alarmas, bloqueo al perderlo) y, ya en servicio, que la corriente diferencial con carga sea prácticamente nula. El detalle está en la guía de la prueba de la diferencial de línea 87L y en nuestro servicio de pruebas extremo a extremo.
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Guías relacionadas
- Prueba de la diferencial de línea 87L
- Protección de distancia 21
- Protección de líneas: principal 1 y principal 2
- Comparación de fase
- Esquemas de teleprotección
- IEEE C37.94
- Multiplexor y red de fibra óptica
Referencias
- IEEE Std C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
- IEEE Std C37.243-2015, Guide for Application of Digital Line Current Differential Relays Using Digital Communication.
- IEEE Std C37.94, Standard for N Times 64 Kilobit Per Second Optical Fiber Interfaces Between Teleprotection and Multiplexer Equipment.
- IEC 61850-7-4, Communication networks and systems for power utility automation – Basic communication structure – Compatible logical node classes and data object classes.
- Serie IEC 60255-187, requisitos funcionales de la protección diferencial (la parte 3 corresponde a la diferencial de línea).
Preguntas frecuentes
¿Por qué disparó la 87L si la falla estaba fuera de la línea?
Las causas más comunes son una relación o polaridad de CT distinta entre extremos, saturación de un CT durante la falla externa, o un canal con retardos de ida y vuelta diferentes que desalinea las muestras. Se revisan los registros de ambos relés con la misma referencia de tiempo antes de tocar ajustes.
¿Qué pasa con la 87L si se cae el canal de comunicaciones?
La función diferencial se bloquea, porque sin las corrientes del otro extremo no puede decidir. El relé da alarma y la línea queda protegida por las funciones de respaldo que se hayan habilitado, normalmente distancia y sobrecorriente.
¿La 87L reemplaza a la protección de distancia 21?
No necesariamente. La 87L es selectiva por principio y muy sensible, pero depende del canal. En transmisión es habitual usarla junto con la distancia, como principal 1 y principal 2 o con la distancia como respaldo dentro del mismo relé.