Relé de la celda de transformador: autoalimentado o auxiliar

Respuesta corta

El relé de la celda del transformador mide la corriente con los CT de la celda de media tensión y abre su interruptor ante sobrecorrientes y fallas a tierra (50/51 y 50N/51N). Puede alimentarse desde los servicios auxiliares de la estación o tomar la energía de la propia corriente de la línea (autoalimentado), con una bobina de disparo de baja energía. La elección depende de si hay auxiliar confiable, de las funciones que se necesitan y de la integración al SCADA.

Qué es el relé de la celda del transformador

En una estación de transformación de media tensión, el transformador cuelga de una celda de transformador: una función de la unidad de anillo (RMU) o del tablero de MT con su propio aparato de corte. Cuando ese aparato es un interruptor automático, casi siempre de vacío, necesita un relé que decida cuándo abrir. Ese relé mide la corriente con los transformadores de corriente (CT) de la celda y protege el transformador y su cable contra cortocircuitos y fallas a tierra.

Las funciones básicas son las de sobrecorriente:

50/51, sobrecorriente de fases instantánea y temporizada.
50N/51N, las mismas funciones para la corriente residual o de tierra, calculada o medida con un CT toroidal.
En IEC 61850, el nodo lógico de sobrecorriente es PTOC, y su orden de disparo pasa por PTRC al XCBR del interruptor.

El principio de cada función está explicado en protección de sobrecorriente de fases y tierra. Aquí interesa lo que cambia cuando el relé vive en una celda compacta: cómo se alimenta, qué dispara y qué otras señales recibe.

Dónde se encuentra

Estaciones de transformación de plantas solares. Las fichas oficiales de varias estaciones protegen el transformador con una celda de interruptor de vacío y un relé 50/51 y 50N/51N. La de la estación Huawei JUPITER, por ejemplo, declara una unidad de interruptor de vacío para el transformador, relé 50/51 y 50N/51N, y vigilancia del transformador por nivel, temperatura y presión de aceite y Buchholz.
Centros de transformación de distribución con RMU como la Schneider RM6 o la ABB SafeRing, en su versión con interruptor y relé en lugar de fusibles.
Acometidas industriales en media tensión, donde el cliente necesita selectividad con el operador de red.

Donde el transformador es pequeño y no se exige selectividad fina, la celda suele llevar fusibles en lugar de relé. La elección entre fusible e interruptor se trata en fusible o interruptor para proteger un transformador de MT, y la subestación compacta de media tensión describe el conjunto.

Las dos formas de alimentar el relé

El relé necesita energía para medir, decidir y disparar. Hay dos caminos, y muchos modelos admiten ambos.

Relé con alimentación auxiliar. Se alimenta desde el servicio auxiliar de la estación: corriente continua de un cargador con baterías, o alterna desde un transformador auxiliar con respaldo. Dispara una bobina convencional del interruptor. Tiene la ventaja de estar siempre encendido, guardar eventos y comunicarse con el SCADA aunque la celda esté abierta. Su punto débil es el propio auxiliar: si la batería está descargada o el auxiliar se perdió, el relé puede quedar sin capacidad de disparo. Por eso se vigila la fuente y se supervisa el circuito de disparo.

Relé autoalimentado. Toma la energía de la corriente que circula por sus CT. No necesita baterías y por eso se usa en RMU y centros de transformación sin servicios auxiliares. ABB, por ejemplo, describe su REJ603 como un relé numérico autoalimentado para RMU y distribución secundaria que recibe su energía de los CT principales y dispara con un impulso por descarga de condensador sobre una bobina sensible. Schneider describe sus VIP400 como relés autoalimentados que no requieren fuente auxiliar para las funciones principales de protección. Las consecuencias de diseño son tres:

Corriente mínima de arranque. El relé solo funciona por encima de una corriente primaria mínima. Con la celda abierta o una carga muy baja, está apagado.
Cierre sobre falla. Al cerrar la celda sobre una falla, el relé arranca con la propia corriente de falla y luego dispara. Ese tiempo de arranque se suma al disparo y debe considerarse en la coordinación.
Bobina de baja energía y CT específicos. El conjunto relé, CT y bobina se diseña junto. Algunos modelos usan CT propios del fabricante, no CT convencionales de 1 o 5 A.

Alimentación doble. Modelos como el Schneider VIP410 o el Fanox SIA-C se autoalimentan para proteger y usan el auxiliar, cuando existe, para comunicar y para funciones adicionales. Schneider indica, para el VIP410, que la entrada de disparo externo funciona sin auxiliar solo si circula por los CT la corriente mínima que da energía al relé.

Qué alimentación conviene al relé de la celda

¿Hay un servicio auxiliar confiable, con respaldo, en la estación?
- Sí: ¿Se necesita integrar el relé al SCADA o usar funciones adicionales?
  - Sí: Relé con alimentación auxiliar, con supervisión de la fuente y del circuito de disparo
  - No: Auxiliar o doble alimentación, según el estudio y la especificación del operador
- No: ¿La corriente de carga y de falla mínima supera la corriente de arranque del relé?
  - Sí: Relé autoalimentado con bobina de baja energía y CT del fabricante
  - No: Revisar el esquema: fusible combinado o una fuente auxiliar dedicada

Qué dispara el relé, además de la sobrecorriente

En una estación, el interruptor de la celda del transformador es el punto donde se juntan varios disparos:

Protecciones propias del transformador: Buchholz o relé integral (gas, presión, nivel) y la segunda etapa de temperatura. Para el transformador hermético, el relé integral se describe en relé DGPT2.
Parada de emergencia de la estación, cuando el fabricante la prevé.
Disparo transferido desde la subestación colectora, si el esquema de protección lo pide.

Esas señales pueden entrar al relé como disparo externo o llegar directamente a la bobina del interruptor. La segunda opción no depende del relé, pero pierde el registro del evento si no se lleva también a una entrada. Cómo se ordenan todas estas causas se ve en la guía de disparos de una estación solar.

Criterios de ajuste

Arranque de fases por encima de la sobrecarga admisible del transformador y por debajo de la corriente de falla mínima en el lado de baja tensión, vista desde media tensión.
Instantáneo por encima de la corriente de magnetización al energizar y de la contribución a fallas externas, para que solo actúe con fallas en la celda, el cable o el devanado de MT. El relé debe tolerar el inrush; algunos modelos traen detección de corriente de magnetización, como el REJ603.
Tierra según el sistema de puesta a tierra de la red colectora: con neutro aislado o de alta impedancia la corriente de falla es pequeña y suele hacer falta un CT toroidal.
Selectividad aguas arriba con el alimentador de la subestación colectora y, en una estación solar, con las protecciones del lado de baja tensión y de los inversores.
Corriente de arranque del relé autoalimentado comparada con la carga mínima y la falla mínima.

Los valores salen del estudio de coordinación de protecciones. Para revisar curvas puede usar nuestra herramienta gratuita de curvas de tiempo inverso.

Cómo se prueba en general

En la puesta en servicio se verifican las relaciones y la polaridad de los CT, los arranques y tiempos de cada función con inyección secundaria, el disparo real del interruptor desde el relé y desde cada protección propia del transformador, y la señalización al SCADA. En un relé autoalimentado se comprueba además el conjunto completo, CT, relé y bobina, con corriente primaria o con el devanado de prueba que algunos fabricantes incluyen en sus CT.

Errores típicos

Relé autoalimentado con carga mínima muy baja, que no tiene energía para disparar una falla a tierra de poca corriente.
Disparo del Buchholz o de la temperatura cableado a una entrada que no funciona sin auxiliar.
Instantáneo ajustado por debajo del inrush, que dispara al energizar el transformador.
Ajustes copiados de otra estación con otro transformador, otro CT u otra red colectora.
Bobina de disparo cambiada por una convencional en un esquema de baja energía.

¿Tiene que ajustar o revisar el relé de la celda del transformador de su estación? Nuestro equipo configura y revisa los ajustes de estos relés a distancia, a partir del estudio de coordinación. Conozca la configuración remota de relés o escríbanos. Si además necesita las pruebas en sitio, las hacemos en la puesta en servicio de plantas solares.

Guías relacionadas

Referencias

IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations.
IEC 60255-151, Measuring relays and protection equipment – Functional requirements for over/under current protection.
IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes.
IEC 62271-200, AC metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV.
ABB, REJ603 Self-powered feeder protection, Product guide (1MDB07208-YN).
Schneider Electric, preguntas frecuentes de los relés VIP400 y VIP410 (FA367184, FA414986).
Huawei, ficha técnica de la estación JUPITER (Smart Transformer Station).

Preguntas frecuentes

¿Qué es un relé autoalimentado de una RMU?

Es un relé de sobrecorriente que toma la energía para funcionar de la corriente que circula por sus transformadores de corriente, sin baterías ni fuente auxiliar. Dispara una bobina de baja energía del interruptor de la celda. Se usa en unidades de anillo y centros de transformación donde no hay servicios auxiliares confiables.

¿Por qué el relé de la celda del transformador no muestra nada en pantalla?

Si es autoalimentado y la celda está abierta o la carga es muy baja, no circula la corriente mínima que necesita para encenderse. Es normal. Algunos modelos tienen un puerto frontal o una batería auxiliar para consultar y probar el relé sin corriente primaria; otros tienen alimentación doble y se mantienen encendidos con el auxiliar.

¿El relé de la celda dispara por el Buchholz o por la temperatura del transformador?

Puede hacerlo si se cablea así. Los contactos de disparo de las protecciones propias del transformador entran a una entrada de disparo externo del relé o actúan directamente sobre la bobina del interruptor. En un relé autoalimentado hay que confirmar en el manual que esa entrada funcione sin auxiliar y con qué corriente mínima en la línea.