Protección Diferencial 87T de Transformadores: Principio de Funcionamiento, Operación y Ajustes
Introducción
La protección diferencial de transformadores (87T) es una de las protecciones eléctricas más importantes dentro de los sistemas de potencia, debido a que proporciona una detección rápida y selectiva de fallas internas en transformadores.
Su función principal es comparar la corriente que entra al transformador con la corriente que sale de él. Cuando existe una diferencia significativa entre ambas corrientes, el sistema interpreta que existe una falla dentro de la zona protegida y ordena la desconexión inmediata del equipo.
Esta protección es ampliamente utilizada en:
- Transformadores de distribución de media tensión.
- Transformadores de potencia en subestaciones.
- Transformadores elevadores de generación.
- Instalaciones industriales de alta demanda energética.
¿Qué significa protección diferencial 87T?
La nomenclatura proviene de la clasificación de funciones de protección eléctrica:
- 87 → Protección diferencial.
- T → Transformador.
Por lo tanto:
87T = Protección diferencial de transformador.
Esta protección pertenece a las denominadas protecciones unitarias, porque solamente actúa ante fallas ocurridas dentro de una zona específica delimitada por los transformadores de corriente (TC).
Principio de funcionamiento
El principio básico se basa en la Ley de Corrientes de Kirchhoff, donde:
La suma de las corrientes que entran y salen de un punto debe ser igual a cero cuando no existen pérdidas o derivaciones internas.
En un transformador funcionando normalmente:
- La corriente que entra por el lado primario es proporcional a la corriente que sale por el secundario.
- Después de compensar la relación de transformación y el desfase angular, ambas corrientes deben ser prácticamente iguales.
El relé diferencial compara ambas señales: Id=∣I1−I2∣
Donde:
- Id = corriente diferencial.
- I1 = corriente medida en el lado primario.
- I2 = corriente medida en el lado secundario.
Si:
- Id ≈ 0 → funcionamiento normal.
- Id elevada → posible falla interna.
Zona de protección diferencial
La zona protegida está limitada por los transformadores de corriente instalados en:
- Entrada del transformador.
- Salida del transformador.
Dentro de esta zona se encuentran:
- Bobinados primarios y secundarios.
- Bushings.
- Conexiones internas.
- Parte activa del transformador.
Cualquier falla dentro de esta zona debe provocar la operación del relé.
Fallas detectadas por la protección 87T
La protección diferencial puede detectar principalmente:
1. Cortocircuitos entre fases
Ejemplo:
- Fase R contra fase S.
- Fase S contra fase T.
- Falla trifásica.
Son fallas de alta energía que pueden destruir rápidamente el transformador.
2. Fallas fase-tierra
Pueden ocurrir por:
- Deterioro del aislamiento.
- Humedad.
- Envejecimiento del aceite.
- Daño en devanados.
3. Fallas entre espiras del devanado
Son especialmente peligrosas porque inicialmente pueden generar corrientes pequeñas, pero evolucionar hasta una falla mayor.
4. Fallas internas en conexiones
Incluyen:
- Terminales sueltos.
- Sobrecalentamiento de conexiones.
- Problemas en uniones internas.
Elementos principales del sistema 87T
1. Transformadores de corriente (TC)
Son los elementos encargados de medir las corrientes del transformador.
Deben cumplir requisitos importantes:
- Relación adecuada.
- Clase de precisión.
- Capacidad frente a saturación.
- Correcta polaridad.
Un error en los TC puede provocar:
- Disparos incorrectos.
- Falta de operación ante fallas reales.
2. Relé diferencial
Es el equipo encargado de:
- Recibir las señales de corriente.
- Compararlas.
- Aplicar criterios de estabilidad.
- Enviar la orden de disparo.
Actualmente son relés digitales con funciones adicionales:
- Registro de eventos.
- Oscilografías.
- Comunicación IEC 61850.
- Diagnóstico del equipo.
3. Interruptores de potencia
Cuando el relé detecta una falla:
- Envía señal de disparo.
- El interruptor abre.
- El transformador queda aislado del sistema.
Problemas que debe evitar la protección diferencial
Un sistema 87T correctamente ajustado debe evitar disparos por:
Corriente Inrush
Durante la energización del transformador aparece una corriente elevada que puede parecer una falla.
Por eso se utilizan técnicas como:
- Bloqueo por segundo armónico.
- Restricción armónica.
- Análisis digital de forma de onda.
Saturación de transformadores de corriente
Durante grandes fallas externas, los TC pueden saturarse y generar una diferencia aparente de corriente.
Para evitarlo se utilizan:
- Características de restricción porcentual.
- Algoritmos adaptativos.
- Supervisión de saturación.
Característica diferencial porcentual
Los relés modernos utilizan una característica de operación basada en:
Iop>S×Irestricción
- Iop = corriente diferencial de operación.
- Irestricción = corriente estabilizante.
- S = pendiente de la característica.
Esto permite que el relé sea:
- Sensible ante fallas internas pequeñas.
- Estable ante fallas externas grandes.
Ajustes principales de una protección 87T
Los ajustes dependen de:
- Potencia del transformador.
- Relación de transformación.
- Grupo vectorial.
- Tipo de conexión.
- Nivel de cortocircuito del sistema.
Los parámetros principales son:
1. Corriente mínima de operación
Define el nivel mínimo de corriente diferencial necesario para disparar.
2. Pendiente diferencial (%)
Permite compensar errores:
- De los TC.
- De medición.
- De saturación.
3. Restricción armónica
Normalmente configurada para reconocer:
- Segunda armónica → Inrush.
- Quinta armónica → Sobreexcitación del núcleo.
4. Compensación del grupo vectorial
Los transformadores pueden producir desfases entre primario y secundario.
Ejemplo:
- Dyn11.
- YNd1.
- Yy0.
El relé debe compensar estos desfases para realizar una comparación correcta.
Diferencia entre protección 87T y otras protecciones del transformador
| Protección | Función |
|---|---|
| 87T Diferencial | Detecta fallas internas eléctricas |
| 50/51 Sobrecorriente | Protección contra sobrecorrientes |
| 50N/51N Tierra | Detecta fallas a tierra |
| 49 Térmica | Protección por temperatura |
| 63 Buchholz | Detecta gases y fallas internas en transformadores con aceite |
| 26/49 Temperatura | Control térmico |
Ventajas de la protección diferencial 87T
✅ Alta velocidad de actuación.
✅ Excelente selectividad.
✅ Detecta fallas internas rápidamente.
✅ Reduce daños severos al transformador.
✅ Mejora la continuidad operacional.
✅ Compatible con sistemas modernos de automatización.
Conclusión
La protección diferencial 87T es la principal defensa eléctrica contra fallas internas en transformadores, ya que permite identificar diferencias anormales entre las corrientes de entrada y salida del equipo.
Su correcto funcionamiento depende de una adecuada selección de transformadores de corriente, compensación del grupo vectorial, ajustes de sensibilidad y funciones de restricción como la corriente Inrush.
En instalaciones críticas, la combinación de 87T + protección contra Inrush + supervisión térmica + monitoreo del transformador constituye un sistema integral para proteger uno de los activos más importantes de una red eléctrica.
