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Un relé de protección detecta un fallo en 20 milisegundos. Envía una orden de disparo. El disyuntor no hace nada.
Este escenario, en el que el circuito de disparo falla silenciosamente, se encuentra entre las condiciones más peligrosas de las instalaciones de conmutación de media tensión. La avería persiste, el equipo sufre daños por arco eléctrico y lo que debería haber sido una protección rutinaria se convierte en una investigación de un incidente importante.
La supervisión del circuito de disparo evita este resultado. Al verificar continuamente la integridad de cada componente entre el relé de protección y la bobina de disparo, el TCS transforma los fallos ocultos en alarmas visibles. Un cable roto, un terminal corroído, un devanado de bobina defectuoso... cualquier circuito abierto activa una alarma días o semanas antes de que un fallo ponga a prueba el sistema de protección.
La supervisión del circuito de cierre aplica principios idénticos al circuito de cierre del disyuntor, garantizando que las secuencias de restablecimiento y cierre automático se ejecuten de forma fiable.
Esta guía abarca las tres principales arquitecturas de esquemas de TCS, proporciona procedimientos de prueba paso a paso para la puesta en servicio y el mantenimiento, y ofrece métodos sistemáticos de solución de problemas para las alarmas molestas que afectan a muchas instalaciones. Comprender estos circuitos de supervisión es fundamental para mantener una protección fiable de disyuntor de vacío y otras instalaciones de distribución de MT.
La supervisión del circuito de disparo monitoriza continuamente la ruta completa desde la alimentación de CC hasta la bobina de disparo, alarmando inmediatamente cuando falla cualquier componente de la serie. Esta detección proactiva evita el escenario catastrófico en el que un relé de protección funciona correctamente pero el interruptor nunca recibe la orden de disparo.
La corriente de supervisión -típicamente 20-50 mA CC- fluye a través de todo el circuito de disparo sin accionar el interruptor. Esta corriente se mantiene muy por debajo del umbral de activación de la bobina de disparo, que oscila entre 100-200 mA para la mayoría de los interruptores de media tensión. Cuando cualquier elemento se abre, la corriente de supervisión cae a cero y el relé TCS se alarma.
Entre los componentes sometidos a vigilancia continua figuran:
| Tipo de fallo | Causa común | Velocidad de detección del TCS |
|---|---|---|
| Circuito abierto | Cable roto, terminal suelto | Inmediato (< 2 segundos) |
| Pérdida de alimentación CC | Fallo de la batería, fusible fundido | Inmediato |
| Bobina de disparo abierta | Fallo del bobinado, daños térmicos | Inmediato |
| Alta resistencia | Conexión corroída | Voltaje-dependiente |
| Fallo del contacto auxiliar | Desgaste mecánico, contaminación | Dependiente del Estado |
Los datos de campo de los registros de puesta en servicio de subestaciones industriales revelan que los fallos en la terminación del cableado representan aproximadamente 35-40% de los fallos de circuitos de disparo detectados. Los ciclos térmicos, las vibraciones de los equipos adyacentes y la entrada de humedad aceleran la degradación de las conexiones. Los relés TCS modernos proporcionan un registro de fallos con marca de tiempo por Directrices IEEE PSRC, que permite a los equipos de mantenimiento correlacionar las alarmas de supervisión con las condiciones ambientales.
La selección del esquema depende de la criticidad, de los contactos auxiliares disponibles y de si la instalación utiliza relés discretos o protección numérica integrada.
La configuración más sencilla supervisa el circuito de disparo sólo cuando el interruptor está cerrado. Una resistencia de supervisión se conecta en serie con la bobina de disparo, y la corriente fluye a través del contacto auxiliar 52a normalmente abierto.
Ejemplo de dimensionamiento de resistencias para un sistema de 110 V CC:
La limitación crítica: cuando el interruptor se abre, el contacto 52a se abre y la supervisión se detiene. Si se produce un fallo en el circuito de disparo mientras el interruptor está abierto, no se detecta hasta el siguiente ciclo de cierre y disparo.
Esta configuración proporciona una supervisión continua independientemente de la posición del interruptor. El esquema utiliza tanto el contacto normalmente abierto 52a como el contacto normalmente cerrado 52b para mantener una ruta de supervisión en ambos estados.
El esquema de doble elemento detecta los fallos de los contactos auxiliares que los esquemas de un solo elemento no detectan. Si el contacto 52b no se cierra cuando se abre el interruptor, la corriente de supervisión cae y se activa una alarma. Este esquema es una práctica estándar para alimentadores críticos e interruptores de clase de transmisión.
Los relés modernos compatibles con IEC 61850 incorporan TCS como función estándar. En lugar de inyectar corriente de supervisión a través de un relé externo, el dispositivo de protección supervisa la tensión del circuito de disparo a través de entradas optoaisladas.
Características de funcionamiento:
No requiere relé de supervisión externo, lo que reduce el cableado del panel y los posibles puntos de fallo.
| Característica | Básico (52a) | Doble elemento | Integrado |
|---|---|---|---|
| Supervisión cuando está ABIERTO | No | Sí | Sí |
| Supervisión cuando está CERRADO | Sí | Sí | Sí |
| Se necesita un relé externo | Sí | Sí | No |
| Contactos auxiliares necesarios | 1 NO | 1 NA + 1 NC | 1 NO mínimo |
| Mejor aplicación | No crítico | Alimentadores críticos | Nuevas instalaciones |
[Expert Insight: Selección de esquemas en la práctica].
- Para los alimentadores de distribución de 11 kV con reconexión automática, los esquemas de doble elemento justifican el coste adicional del contacto auxiliar
- Los proyectos de modernización suelen utilizar esquemas básicos debido a la limitada disponibilidad de contactos auxiliares en los interruptores heredados.
- El TCS integrado elimina los problemas de desclasificación térmica de la resistencia de supervisión en instalaciones con alta temperatura ambiente.
- Compruebe siempre la temporización de solapamiento de los contactos auxiliares antes de especificar esquemas de doble elemento.
La supervisión de circuito cerrado utiliza arquitecturas de esquema idénticas, pero supervisa el camino hacia la bobina de cierre en lugar de la bobina de disparo. La diferencia crítica radica en la interacción del relé antibomba.
Los circuitos antibomba evitan los intentos repetidos de cierre si el comando de cierre permanece activado después del cierre del interruptor. El contacto del relé antibomba se abre tras el inicio del cierre, interrumpiendo el circuito de la bobina de cierre. Esta función de protección normal puede disparar alarmas molestas si la supervisión del circuito de cierre reacciona antes de que se restablezca el relé antibomba.
Solución: Configure la supervisión con un rearme retardado de 2 a 5 segundos después de las operaciones de cierre. Este retardo permite que los contactos del relé antibomba vuelvan a su estado normal antes de que la supervisión vuelva a evaluar la integridad del circuito.
| Aspecto | Circuito de viaje | Circuito cerrado |
|---|---|---|
| Impacto del fracaso | Fallo de protección | Retraso en la restauración |
| Nivel de prioridad | Crítico | Importante |
| Interacción antibomba | No | Sí: requiere reinicio retardado |
| Supervisión típica | Siempre recomendado | En función de la aplicación |
Los fallos de circuito cerrado retrasan las secuencias de restablecimiento y ponen en peligro los esquemas de reconexión automática. Aunque es menos crítico que los fallos de circuito de disparo, el control de circuitos cerrados es esencial para los alimentadores que dan servicio a hospitales, centros de datos o industrias de procesos continuos, donde la velocidad de restauración afecta directamente a las operaciones.
La puesta en servicio y el mantenimiento periódico requieren la verificación sistemática de que el TCS detecta fallos en todos los puntos potenciales de fallo. Las pruebas deben confirmar tanto la generación de alarmas en condiciones de fallo como la ausencia de interferencias con las operaciones reales de disparo.
Procedimiento:
Resumen de los criterios de aceptación:
Las alarmas molestas erosionan la confianza del operario y provocan fatiga por alarmas, una situación peligrosa en la que se descartan las alarmas legítimas. La solución sistemática de problemas elimina los falsos positivos y preserva la supervisión real.
Síntoma: Alarma TCS momentánea durante las operaciones de disparo o cierre, que se restablece en 1-2 segundos.
Causa: Los contactos auxiliares mecánicos rebotan durante las transiciones de estado. Si el contacto 52a se abre antes de que se cierre el contacto 52b durante una operación de disparo, se produce un breve hueco de supervisión.
Arreglos:
Síntoma: Alarmas intermitentes del TCS que se correlacionan con operaciones de conmutación en otras partes del sistema de CC.
Causa: Los fallos a tierra no detectados en sistemas de CC sin conexión a tierra crean trayectorias de corriente furtivas que afectan a los niveles de tensión de supervisión cuando conmutan otros circuitos.
Arreglos:
Síntoma: El relé TCS no capta de forma fiable o se desconecta con pequeñas fluctuaciones de tensión continua.
Causa: Valor de la resistencia de supervisión demasiado alto, lo que provoca condiciones de captación marginales.
Arreglos:
Síntoma: Alarmas del TCS durante las operaciones de conmutación en otras partes de la subestación, sin correlación con la posición del interruptor o los fallos del sistema de CC.
Causa: La interferencia electromagnética de los transitorios de conmutación se acopla al cableado de supervisión.
Arreglos:
| Síntoma | Primer control | Solución probable |
|---|---|---|
| Alarma durante las operaciones | Temporización de contactos auxiliares | Añade un retardo de 50-100 ms |
| Alarmas intermitentes aleatorias | Detector de fallo a tierra CC | Localizar y reparar el suelo |
| El relé no se queda recogido | Nivel actual de supervisión | Reducir el valor de la resistencia |
| Alarmas durante la conmutación en proximidad | Tendido de cables | Apantallar o desviar los cables |
[Visión experta: Atajos para la resolución de problemas de campo]
- Lleve una pinza amperimétrica: la medición de la corriente de supervisión real identifica inmediatamente las condiciones de captación marginales.
- Las alarmas intermitentes a menudo se correlacionan con la temperatura; compruebe los patrones de alarma de la mañana frente a los de la tarde.
- Antes de sustituir los componentes, flexione suavemente los cables en las terminaciones mientras supervisa el estado del TCS; esto revela las conexiones sueltas más rápidamente que las pruebas de aislamiento.
- Documente todas las investigaciones de alarmas molestas; a lo largo de múltiples sucesos surgen patrones que el análisis de un solo suceso pasa por alto.
Las nuevas instalaciones deben especificar los contactos auxiliares y las características de la bobina que permitan una implementación fiable del TCS desde la puesta en marcha hasta la vida útil.
Requisitos de los contactos auxiliares:
Especificaciones de la bobina de disparo y cierre:
Requisitos de integración:
XBRELE interruptores automáticos de vacío se suministran con configuraciones de contactos auxiliares compatibles con TCS. Póngase en contacto con nuestro equipo técnico para analizar los requisitos del esquema de supervisión para su aplicación específica.
La puesta en servicio de docenas de esquemas de TCS en subestaciones de distribución e industriales ha revelado patrones coherentes que la documentación rara vez capta.
Las conexiones del bloque de terminales fallan con más frecuencia que los tramos de cable. El entorno de vibraciones alrededor de los disyuntores afloja los engarces de las férulas a lo largo de 3-5 años. Durante la puesta en servicio, compruebe el par de apriete de cada terminación y registre los valores de referencia. Vuelva a comprobarlo durante el primer ciclo de mantenimiento anual.
La temporización de los contactos auxiliares varía según el fabricante del interruptor. Algunos interruptores presentan intervalos de 10-15 ms entre la apertura de 52a y el cierre de 52b durante las operaciones de disparo. Compruebe la temporización real durante la puesta en servicio y ajuste el retardo de desconexión del relé TCS en consecuencia.
La documentación de referencia evita futuros retrasos en la resolución de problemas. Registre la magnitud de la corriente de supervisión, los tiempos de activación/desactivación del relé TCS y la tensión del circuito de disparo durante la puesta en servicio. Cuando aparecen alarmas molestas años más tarde, la comparación de los valores de corriente con la línea de base identifica inmediatamente la degradación.
Etiquetar claramente los cables de los circuitos de supervisión. Las marcas azules o grises estándar de los cables de control son insuficientes. Utilice etiquetas de cable exclusivas o termorretráctiles de colores para identificar los circuitos de supervisión durante el mantenimiento futuro cuando no se disponga de planos.
Incluir el estado del TCS en las inspecciones rutinarias. Añada la comprobación del LED de alarma del TCS a la lista de comprobación mensual de la subestación. Un LED de alarma continuamente encendido que los operarios han aprendido a ignorar indica tanto un fallo del circuito como un fallo de procedimiento.
Comprender la interruptor de vacío tecnología y componentes de aparatos de conexión que protege el TCS proporciona un contexto esencial para el diseño de un sistema de supervisión integral.
La supervisión de circuitos de disparo transforma los fallos ocultos en elementos de mantenimiento procesables. La inversión en un diseño adecuado del esquema TCS, en pruebas exhaustivas de puesta en servicio y en la eliminación sistemática de alarmas molestas da sus frutos gracias a la mejora de la fiabilidad de la protección y a la reducción de los daños causados por fallos.
Principales conclusiones:
Los sistemas de protección existen para funcionar cuando los fallos exigen una actuación. TCS se encarga de que así sea.
Referencia externa: IEC 62271-106 - Norma IEC 62271-106 para contactores de CA
R: Una alarma TCS se inicia cuando la corriente de supervisión cae por debajo del umbral de captación del relé, lo que indica un circuito abierto en cualquier punto de la ruta de disparo, incluidos cables rotos, bobinados de bobina defectuosos, contactos auxiliares abiertos o pérdida de tensión de alimentación de CC.
R: La corriente de supervisión suele oscilar entre 20 y 50 mA de CC, lo que mantiene la fiabilidad de la activación del relé y queda muy por debajo del umbral de 100-200 mA necesario para hacer funcionar la mayoría de las bobinas de disparo de media tensión.
R: El TCS detecta inmediatamente los circuitos abiertos completos, pero no puede identificar con fiabilidad la degradación parcial de la bobina; la tendencia de la magnitud de la corriente de supervisión a lo largo del tiempo y la comparación con los valores de referencia de la puesta en servicio ayudan a identificar los cambios graduales de resistencia antes del fallo completo.
R: Las alarmas breves durante las operaciones suelen ser el resultado del rebote de contactos auxiliares o de lagunas de temporización en esquemas de doble elemento; la adición de un retardo de caída de 50-100 ms al relé TCS filtra estos transitorios sin comprometer la detección genuina de fallos.
R: La supervisión de la bobina de disparo mide específicamente la resistencia o el estado térmico de la bobina, mientras que el TCS supervisa toda la ruta del circuito, incluida la alimentación de CC, el cableado, los contactos auxiliares y la bobina, lo que proporciona una cobertura más amplia de los posibles puntos de fallo.
R: Pruebe la funcionalidad del TCS durante la puesta en servicio inicial con una verificación exhaustiva punto por punto y, a continuación, durante los intervalos de mantenimiento rutinario de la protección de 2 a 4 años; documente todos los resultados de las pruebas y compárelos con los valores de referencia.
R: La mayoría de los relés numéricos compatibles con IEC 61850 incluyen la funcionalidad TCS integrada que supervisa la tensión del circuito de disparo a través de entradas optoaisladas, lo que elimina los relés de supervisión externos y el cableado asociado en las nuevas instalaciones a la vez que proporciona una capacidad de detección equivalente.
