El número 64 de IEEE C37.2 es el relé detector de tierra: opera cuando falla el aislamiento a tierra de una máquina, un transformador u otro equipo. Como el número describe lo que se detecta y no cómo, se usa para funciones muy distintas: tierra del estator y del rotor de generadores, detección de tierra en sistemas aislados de media tensión, tierra en la corriente continua de la subestación y, en algunos planos, la falla a tierra restringida. En IEC 61850 su nodo es PHIZ.
Qué protege la protección 64
La 64 vigila el aislamiento a tierra. No espera a que la falla tenga una corriente alta: detecta que algún punto de un sistema que debía estar aislado de tierra, o aterrizado por una impedancia alta, ya tiene contacto con ella. Protege generadores, sistemas de media tensión con neutro aislado y sistemas de corriente continua contra la primera falla a tierra, que en esos sistemas casi no produce corriente pero prepara la segunda, que sí es destructiva.
- ANSI/IEEE C37.2: 64, relé detector de tierra.
- IEC 61850: nodo lógico PHIZ (detector de tierra).
- IEC 60617: el símbolo de relé con el indicador de tierra; en los planos se acompaña del sufijo.
Dónde se aplica: las variantes del número 64
| Variante | Equipo | Nivel | Cómo mide | Guía |
|---|---|---|---|---|
| 64G, 64S (95 %) | Estator del generador con neutro de alta impedancia | MT | Sobretensión de neutro (59N) | Sobretensión de neutro 59N |
| 64S (100 %) | Extremo del neutro del estator | MT | Tercer armónico o inyección de baja frecuencia | Tierra del estator al 100 % 64S |
| 64F, 64R | Devanado de campo del rotor | CC del campo | Inyección o puente resistivo | Falla a tierra del rotor 64F |
| 64B, 64 de sistema | Barras y sistemas de MT con neutro aislado | MT, BT industrial | 3V0 en delta abierta | Esta guía |
| 64 de CC | Sistema de corriente continua de la subestación | 125 V o 48 V CC | Puente de detección | Detección de fallas a tierra en CC |
| 64 / 87N (REF) | Devanado de transformador | MT y AT | Diferencial de tierra | Falla a tierra restringida 87N |
En sistemas sólidamente aterrizados la falla a tierra produce corriente alta y se protege con sobrecorriente, distancia o diferencial; allí la 64 no se usa como detector de sistema.
Principio de medida
En un sistema de media tensión con neutro aislado, las tres tensiones de fase a tierra están equilibradas con el sistema sano, y su suma es cero. Cuando una fase toca tierra:
- La tensión de esa fase a tierra cae a casi cero.
- Las otras dos suben hacia la tensión entre fases.
- El neutro se desplaza: aparece una tensión residual 3V0 que, con falla franca, es del orden de tres veces la tensión de fase.
Esa tensión se mide con tres transformadores de tensión conectados en estrella aterrizada en el primario y en delta abierta en el secundario: con el sistema sano la delta abierta da casi cero; con falla a tierra, da 3V0. El relé de tensión conectado a ella es el detector de tierra. Suele llevar una resistencia de carga en la delta abierta para amortiguar la ferrorresonancia.
Sistemas aterrizados por alta resistencia. En plantas industriales es común aterrizar el neutro con una resistencia que limita la corriente de falla a tierra a un valor bajo. Allí la falla produce a la vez corriente en el neutro y tensión residual, así que puede detectarse por cualquiera de las dos. El sistema puede seguir operando con alarma o disparar, según la filosofía de la planta y el valor de la corriente que se permita circular.
En los generadores y en la corriente continua el principio cambia: tensión de neutro, tercer armónico, inyección de una señal o un puente resistivo. Cada caso tiene su guía.
La característica
Para el detector de sistema aislado:
- Umbral de 3V0: por encima del desbalance natural de la red y de los errores de los PT.
- Temporización: para no operar con transitorios ni con la conexión de cargas desequilibradas.
- Acción: normalmente alarma, no disparo, porque el sistema puede seguir operando mientras se localiza la falla.
En el diagrama fasorial, la falla se ve como el desplazamiento del punto neutro hasta el vértice de la fase en falla, con las dos fases sanas alargadas hacia la tensión de línea. Puede reproducirlo con nuestra herramienta gratuita de diagrama fasorial.
- Sistema sano. Tensiones equilibradas y 3V0 casi nula
- Falla a tierra de una fase. La fase cae a cero y las sanas suben hacia la tensión de línea
- Delta abierta. Aparece 3V0
- Relé 64. 3V0 supera el umbral durante el tiempo ajustado
- Alarma. Se localiza el circuito en falla antes de una segunda falla
Criterios de ajuste
- Umbral: con margen sobre la tensión residual del sistema sano; en sistemas aterrizados por alta resistencia se busca cubrir la mayor parte del devanado o de la red.
- Tiempo: coordinado con las protecciones de tierra direccionales que localizan el circuito, si existen.
- Alarma o disparo: según la filosofía del sistema y la norma de la empresa. En generadores conectados por transformador elevador, la 64 del estator suele disparar.
- Resistencia de carga en la delta abierta, según la recomendación para evitar la ferrorresonancia.
Interacción con otras funciones
- 67N o direccional de tierra sensible: localizan qué alimentador tiene la falla en sistemas aislados o compensados. Ver unidades direccionales homopolares.
- 59N: es el mismo principio de medida; en generadores cubre la mayor parte del estator.
- 51G y SEF: en sistemas aterrizados la falla a tierra sí produce corriente y se protege por sobrecorriente. Ver falla a tierra 51G y sensible SEF.
- Supervisión de PT (60): un fusible abierto en la delta abierta o en un PT puede simular o esconder una falla.
- Relé de bloqueo 86: en generadores, la 64 del estator y la 64F de disparo actúan a través del 86.
Cómo la implementa cada fabricante
- Siemens SIPROTEC (DIGSI): detección de falla a tierra por tensión de desplazamiento y funciones de estator y rotor en la serie de generador.
- SEL (AcSELerator QuickSet): elementos de tensión residual y, en los relés de generador, elementos de estator al 100 % y módulos de rotor.
- Hitachi Energy y ABB Relion (PCM600): en el REG670, protección de tierra del estator y del rotor por inyección, además de la de tercer armónico.
- GE Vernova Multilin (EnerVista): elementos de tensión de neutro y, con módulo externo, inyección de baja frecuencia.
- Schneider MiCOM y Easergy: tensión residual y funciones de generador.
Nodo lógico IEC 61850
PHIZ representa el detector de tierra. Publica el arranque (Str) y la operación (Op). Si la 64 alarma, la señal se lleva al SCADA y no a un disparo; si dispara, pasa por PTRC al XCBR por GOOSE o salida física. Cuando la 64 se construye con una sobretensión de neutro, algunos fabricantes la modelan sobre PTOV; revise el archivo ICD para saber qué nodo publica la señal.
Cómo se prueba
En general, con inyección secundaria:
- El umbral y el tiempo con 3V0 inyectada directamente o con tensiones de fase desequilibradas.
- La conexión de la delta abierta y su resistencia de carga, con inyección primaria o con tensión de servicio.
- La señal de alarma hasta el SCADA o el disparo hasta el interruptor.
- En generadores, las pruebas propias de cada variante.
Errores típicos
- Delta abierta con una fase invertida, que da 3V0 con el sistema sano.
- Sin resistencia de carga en la delta abierta, con riesgo de ferrorresonancia. Ver ferrorresonancia en transformadores de tensión.
- Alarma de tierra ignorada durante semanas, hasta que llega la segunda falla.
- Confundir los sufijos del plano y probar otra función.
- Umbral bajo que alarma con el desbalance natural de la red.
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Referencias
- IEEE C37.2, Standard for Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations: número 64, relé detector de tierra.
- IEEE C37.101, Guide for Generator Ground Protection: tierra del estator y del rotor.
- IEEE C37.102-2023, Guide for AC Generator Protection.
- IEEE 142, Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems: sistemas aislados y aterrizados por resistencia.
- IEC 61850-7-4, Compatible logical node classes and data object classes: nodo PHIZ.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa 64G, 64F, 64R y 64B?
Son sufijos que indican dónde se detecta la tierra: G para el generador o su estator, F para el campo y R para el rotor (las dos se refieren a la misma falla), y B para la barra o el sistema. Los sufijos no son uniformes entre empresas; conviene leer la descripción del plano antes de suponer qué función es.
¿Por qué en un sistema aislado la falla a tierra solo da alarma?
Porque con el neutro aislado la primera falla a tierra casi no produce corriente: solo circula la corriente capacitiva de la red. El sistema puede seguir operando mientras se localiza la falla. El riesgo está en una segunda falla en otra fase, que sí sería un cortocircuito, y en las sobretensiones de las fases sanas.
¿La 64 es lo mismo que la 59N?
La 59N es una sobretensión de neutro o residual, y es una de las formas de construir un detector de tierra en sistemas aislados o en el estator de un generador. En esos casos los planos pueden llamarla 64 o 59N. La 64 es el nombre de la función; la 59N es el principio de medida.