8. Modelos de protección, medida y control
8.1. Descripción modelos vs funciones
8.3.6. Instalación de toroidales
En las celdas de interruptor automático, los transformadores de intensidad se instalan en los pasatapas de la celda. Esto implica que no existen problemas de error de conexión de malla de tierra. Además, estos toroidales están provistos de una conexión de pruebas para operaciones de mantenimiento.
Las bornas que se pueden utilizar con los toroidales montados en los pasatapas son las siguientes:
Fabricante Intensidad nominal [A] 12 kV Tipo de conector 12 kV Sección [mm2] 24 kV Tipo de conector 24 kV Sección [mm2] 36 kV Tipo de conector 36 kV Sección [mm2]
EUROMOLD 400 400TE 70-300 K-400TE 25-300 - -
630 400LB 50-300 K-400LB 50-300 - -
630 400TB 70-300 K-400TB 35-300 M-400TB 25-240
630 440TB 185-630 K-440TB 185-630 M-440TB 185-630
Tabla 8.9. Bornas
Para otro tipo de bornas[4] se deben soltar los toroidales
e instalarlos en los cables directamente, siguiendo las instrucciones descritas en el apartado 8.4.6.
Modelos de protección, medida y control Instrucciones generales ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci
8.3.7. Comprobación y mantenimiento
La unidad de protección, medida y control ekor.rpg.ci está diseñada para poder realizar las comprobaciones de funcionamiento necesarias, tanto en la puesta en servicio como en las comprobaciones periódicas de mantenimiento. Se distinguen varios niveles de comprobación atendiendo a la posibilidad de interrumpir el servicio y al acceso al compartimento de cables de MT de la celda.
1. Comprobación por primario: Este caso corresponde a las
pruebas que se realizan del equipo cuando está totalmente fuera de servicio, ya que implica la maniobra del interruptor automático y la puesta a tierra de los cables de salida de la celda. En este caso se inyecta intensidad a través de los transformadores toroidales y se comprueba que la protección abre el interruptor automático en el tiempo seleccionado. Adicionalmente se verifica que las indicaciones de disparo son correctas y el registro de históricos almacena todos los eventos. Los pasos que se deben seguir para realizar esta comprobación son los siguientes:
a. Abrir el interruptor automático de la celda. Conectar el
seccionador de puesta a tierra, y posteriormente cerrar el interruptor automático para una puesta a tierra efectiva.
b. Acceder al compartimento de cables y pasar a conectar
el cable de prueba a la conexión de test de los toroidales.
c. Conectar el cable de prueba al circuito de intensidad del
ensayador.
d. Conectar la señal S1, indicación de disparo (según
funcionalidad programada), a la entrada de parada de temporizador del ensayador.
e. Desconectar el interruptor automático. Desconectar el
seccionador de puesta a tierra y, posteriormente, cerrar el interruptor automático. Para realizar la apertura del interruptor automático mediante la unidad de protección el seccionador de puesta a tierra debe estar desconectado.
f. Inyectar las intensidades de prueba, y verificar que los
tiempos de disparo son los correctos. Comprobar que en el display las indicaciones corresponden con los disparos efectuados.
Se debe tener en cuenta que para los disparos de fase el cable de prueba se debe conectar a las pletinas de prueba de dos toroidales. La intensidad ha de pasar por cada uno de ellos en sentido contrario. Así, si en el primero pasa de arriba hacia abajo, en el otro lo debe hacer de abajo hacia arriba para que la suma de las dos intensidad sea cero y no se produzcan disparos por tierra.
En el caso de realizar disparo por tierra el cable de prueba se conecta a un único toroidal (toro homopolar o de fase, según
1 I-1
2 I-3
3 I-11
Instrucciones generales
ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci Modelos de protección, medida y control
2. Comprobación por secundario con maniobra del interruptor automático: Este caso corresponde a las pruebas
que se realizan del equipo cuando no se puede acceder al compartimento de cables. Esto es debido a que los cables de salida de la celda están en tensión y no se pueden conectar a tierra. En este caso no se puede conectar el cable de prueba a la conexión de test de los toroidales, y la inyección de intensidad se realiza desde el bornero de comprobación. Este método de prueba también se utiliza cuando los valores de intensidad de primario a los que se prueba son muy superiores a los que proporcionan los equipos de ensayo (habitualmente más de 100 A).
Los pasos que se deben seguir para realizar esta comprobación son los siguientes:
a. Acceder al compartimento superior del mando donde se
encuentra el bornero de comprobación y pruebas.
b. Cortocircuitar, y posteriormente seccionar las bornas
de los circuitos de intensidad I1, I3, I5, I7, I9 e I11. Esta operación sitúa en cortocircuito los secundarios de los transformadores de intensidad.
c. Conectar el cable de prueba a las bornas I1 a I11, teniendo
en cuenta la siguiente relación entre la bornas y las fases. Intensidad por L1 – I1 e I11.
Intensidad por L2 – I3 e I11. Intensidad por L3 – I5 e I11.
Intensidad por L1 y L2 (sin intensidad de tierra) – I1 e I3. Intensidad por L1 y L3 (sin intensidad de tierra) – I1 e I5. Intensidad por L2 y L3 (sin intensidad de tierra) – I3 e I5.
d. Conectar el cable de prueba al circuito de intensidad del
ensayador.
e. Conectar la salida S1, indicación de disparo (según
funcionalidad programada), a la entrada de parada de temporizador del ensayador.
f. En el caso de poder abrir el interruptor automático, éste se
debe maniobrar a la posición de cerrado. Si no se puede maniobra el interruptor automático, se deben mantener desconectados el disparador biestable y la bobina de disparo, y proceder a la comprobación según lo que se explica en el siguiente apartado “comprobación sin
maniobra del I.A.”.
g. Inyectar las intensidades de prueba de secundario
teniendo en cuenta que la relación de transformación es 300/1 A ó 1000/1 A dependiendo del modelo. Verificar que los tiempos de disparo son los correctos. Comprobar que en el display las indicaciones corresponden con los disparos efectuados.
3. Comprobación por secundario sin maniobra del interruptor automático: En muchas ocasiones no se
puede maniobrar el interruptor automático de la celda de protección, y por lo tanto las pruebas de mantenimiento se realizan exclusivamente sobre la unidad electrónica. Así, en estos casos se deben tener en cuenta los siguientes puntos:
a. Desconectar siempre el disparador biestable y la bobina
de disparo. De este modo el relé puede realizar disparos sin actuar sobre el mecanismo de apertura.
b. Proceder a la inyección de intensidad según el apartado
anterior de “comprobación por secundario con maniobra
del I.A.”.
c. Si se conoce el consumo, aunque sea de forma
aproximada, se pueden verificar los transformadores toroidales. La intensidad que circula por los secundarios (bornas I1, I3 y I5) debe ser la correspondiente a la relación 300/1 A o 1000/1 A.
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8.4. Unidades ekor.rpt.ci
8.4.1. Descripción funcional
La unidad de protección, medida y control ekor.rpt.ci, está enfocada a la protección de transformadores de distribución. Se instala en celdas de interruptor combinado con fusibles, de forma que todas las funciones de protección son realizadas por el sistema electrónico salvo los cortocircuitos polifásicos de alto valor que son despejados por los fusibles.
Cuando se detecta una sobreintensidad que está dentro de los valores que puede abrir el interruptor en carga, el relé actúa sobre un disparador biestable de baja energía que abre el interruptor. En el caso de que la intensidad de defecto sea superior a la capacidad de corte del interruptor en carga[5], se bloquea el disparo del interruptor, para que se
produzca la fusión de los fusibles. Por otro lado, se consigue un seccionamiento del equipo en defecto evitando que los fusibles se queden en tensión.
8.4.2. Definición de entradas/salidas
La unidad de protección, medida y control ekor.rpt.ci, puede disponer de cinco entradas y siete salidas físicas, o de ocho entradas y cuatro salidas físicas según se muestran en la siguiente tabla (ver esquema apartado 8.3.2). Todas las entradas y salidas físicas están aisladas del resto de circuitos independientes.
Las entradas y salidas son accesibles desde el bornero del ekor.rpt.ci.
La consulta del estado de las entradas y la actuación sobre las salidas, puede realizarse tanto en modo local como por protocolo de comunicaciones. Asimismo también son accesibles de igual manera, los ajustes, parámetros, medidas, etc.
Figura 8.11. Protección de transformador
Instrucciones generales
ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci Modelos de protección, medida y control
Para el módulo de cinco entradas y siete salidas la relación de señales disponible es la siguiente:
Entradas físicas Salidas físicas
E1 Disparo exterior S1 Indicación de disparo
E2 Interruptor cerrado S2 Watchdog
E3 Interruptor abierto S3 Disparo 50/51
E4 Seccionador cerrado S4 Disparo 50N/51N
E5 Fusión de fusibles cerrado S5 Disparo exterior
S6 Orden de apertura
S7 Orden de cierre Tabla 8.10. Relación de señales disponible para el módulo de cinco entradas y siete salidas
Para el módulo de ocho entradas y cuatro salidas la relación de señales disponible es la siguiente:
Entradas físicas Salidas físicas
E1 Disparo exterior S1 Indicación de disparo
E2 Interruptor cerrado S2 Watchdog
E3 Interruptor abierto S3 Orden de apertura
E4 Seccionador cerrado S4 Orden de cierre
E5 Fusión de fusibles cerrado
E6 Propósito general
E7 Propósito general
E8 Propósito general
Tabla 8.11. Relación de señales disponible para el módulo de ocho entradas y cuatro salidas
La funcionalidad específica de las entradas y salidas, depende de la instalación y puede ser diferente a lo expuesto en las tablas anteriores. Para verificar la funcionalidad específica de estas entradas y salidas, consultar los esquemas de la instalación.
8.4.3. Características técnicas
La unidad ekor.rpt.ci se utiliza para proteger las siguientes potencias de transformador. Sistema cgmcosmos Tensión de red [kV] Tensión nominal fusible [kV]
Potencia mínima de transformador Potencia máxima de transformador Calibre fusible
[A] [kVA] Calibre fusible [A] [kVA]
6,6 3/7,2 16 50 160(1) 1250 10 6/12 16 100 160(1) 1250 12 10/24 16 100 100 1250 13,2 10/24 16 100 100 1250 15 10/24 16 125 125(2) 1600 20 10/24 16 160 125 2000
(1) Cartucho de 442 mm (2) Fusible SSK 125 A SIBA
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Sistema cgm.3 Tensión de red [kV] Tensión nominal fusible [kV]
Potencia mínima de transformador Potencia máxima de transformador Calibre fusible
[A] [kVA] Calibre fusible [A] [kVA]
6,6 3/7,2 16 50 160(1) 1000 10 6/12 16 100 125 1250 12 10/24 10 100 63 800 13,2 10/24 10 100 63 800 15 10/24 16 125 63 1000 20 10/24 16 160 63 1250 25 24/36 25 200 80(2) 2000 30 24/36 25 250 80(2) 2500
(1) Cartucho de 442 mm (2) Fusible SSK 125 A SIBA (consultar)
Tabla 8.13. Potencias de transformador a proteger
El proceso de elección de los parámetros de protección de la unidad ekor.rpt.ci en celda cgmcosmos-p son los siguientes:
1. Determinar el calibre del fusible necesario para proteger
el transformador según la tabla de fusibles del documento
IG-078 de Ormazabal. Los calibres máximos que se pueden
utilizar son 160 A para tensiones iguales o inferiores a 12 kV, y 125 A para tensiones iguales o inferiores a 24 kV.
2. Calcular la intensidad nominal de máquina In = S/√3 x Un.
3. Definir el nivel de sobrecarga en permanencia I>. Valores
habituales en transformadores hasta 2000 kVA son el 20 % para instalaciones de distribución y el 5 % en instalaciones de generación.
4. Seleccionar la curva de sobrecarga transitoria. La coordinación
entre las curvas de los relés y los fusibles de BT se realiza con el tipo de curva EI.
5. Definir el retardo en sobrecarga transitoria K. Este parámetro
está definido por la constante térmica del transformador. Así, cuanto mayor es esta constante, más tiempo tarda en incrementarse la temperatura del transformador ante una sobrecarga y, por lo tanto, más tiempo se puede retardar el disparo de la protección. Para transformadores de distribución es habitual el valor K = 0,2 que implica un disparo en 2 s si la sobrecarga es del 300 % en curva EI.
6. Nivel de cortocircuito I>>. Se debe determinar el valor
máximo de la intensidad de magnetización del transformador. El pico de intensidad que se produce cuando se conecta un transformador en vacío, por efecto de la magnetización del núcleo, es varias veces superior al nominal. Este valor de pico de hasta 12 veces el nominal (10 veces para más de 1000 kVA) tiene un contenido en armónicos muy elevado, de forma que su componente fundamental de 50 Hz es mucho menor. Así, un valor habitual de ajuste de este parámetro es entre 7 y 10.
8. Determinar el valor de intensidad en el caso de cortocircuito
trifásico secundario. Este defecto debe ser despejado por los fusibles, y corresponde con el valor máximo del punto de intersección entre la curva del relé y del fusible. Si el punto de intersección es superior al valor de cortocircuito secundario, se deben cambiar los ajustes para cumplir este requisito.
Para la elección de los parámetros de protección de la unidad ekor.rpt.ci en celdas cgm.3-p, los pasos a seguir son similares a los propuestos en los párrafos anteriores, variando únicamente el primer paso. El calibre del fusible necesario para proteger el transformador se determina según la tabla de fusibles de los documentos de Ormazabal IG-034 e IG-136, respectivamente, teniendo en cuenta que las potencias mínimas a proteger se han mostrado en la tabla anterior.
En el caso de proteger un transformador de las siguientes características, en un sistema de celdas cgmcosmos: S = 1250 kVA, Un = 15 kV y Uk = 5 %
Los pasos a seguir para una correcta coordinación entre los fusibles y el relé de protección son los siguientes:
1. Elección de fusible según IG-078. Fusible 10/24 kV 125 A 2. Intensidad nominal. In = S/√3 x Un = 1250 kVA/√3 x 15 kV @ 48 A
3. Sobrecarga admitida en permanencia
20 %. In x I> = 48 A x 1,2 @ 58 A
4. Tipo curva Extremadamente Inversa. E.I. 5. Factor de sobrecarga transitoria. K = 0,2
6. Nivel de cortocircuito. In x I> x I>> = 48 A x 1,2 x 7 @ 404 A
Instrucciones generales
ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci Modelos de protección, medida y control
1 Elección fusible 125 A
2 Intensidad nominal 48 A
3 Sobrecarga en permanencia 58 A
4 Tipo de curva E.I.
5 Factor K = 0,2
6 Nivel de cortocircuito 404 A
7 Temporización instantáneo 400 ms
8 Cortocircuito trifásico secundario 960 A
9 Zona operación fusible
10 Zona operación relé
(s) Tiempo
(A) Intensidad
Modelos de protección, medida y control Instrucciones generales ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci
El ajuste de la unidad de tierra depende de las características de la red donde está instalada la unidad. En general, los valores de defecto a tierra son suficientemente elevados como para ser detectados como sobreintensidad. Incluso en las redes de neutro aislado o compensado el valor de defecto en las instalaciones de protección de transformador se discrimina claramente de las intensidades capacitivas de las líneas. Así, las unidades ekor.rpt.ci para protección de transformador se utilizan en redes de neutro aislado sin necesidad de direccionalidad. Los valores de los parámetros
de ajuste deben garantizar la selectividad con las protecciones de cabecera. Dada la variedad de criterios de protección y de los tipos de régimen de neutro de las redes, no se puede indicar una única parametrización que se ajuste a cada caso. De forma general, y para máquinas de hasta 2000 kVA, los ajustes que se indican a continuación son orientativos, y se debe comprobar que coordinan correctamente con las protecciones existentes aguas arriba (protecciones generales, de línea, cabecera, etc.).
Ajuste de Fase
Intensidad Nominal Temporizado Instantáneo I> K I>> T>>
In=S/√3xUn = 48 A EI DT 1,2 0,2 7 0,4
Tabla 8.14. Ajuste de fase
Ajuste de Tierra
Tipo de neutro Temporizado Instantáneo Io> Ko Io>> To>>
Rígido o impedante NI DT 0,2 0,2 5 0,4
Aislado o compensado NI DT 0,1/Ig = 2 A* 0,2 5 0,4
* En el caso de utilizar toroidal homopolar.
Instrucciones generales
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8.4.4. Instalación en celda
Las partes integrantes de las unidades ekor.rpt.ci son el relé electrónico, los sensores de tensión e intensidad, el disparador biestable, bobina de disparo y el bornero.
1 Relé electrónico ekor.rpt.ci
2 Sensores de intensidad
3 Sensores de tensión
Figura 8.14. Ejemplo de instalación de unidad ekor.rpt.ci en celdas de interruptor con fusibles
El relé electrónico se soporta mediante unos anclajes al mando de la celda. El frontal del equipo donde se agrupan los elementos de interface de usuario, display, teclas, puerto de comunicaciones, etc. es accesible desde el exterior sin necesidad de quitar la envolvente de mando. En su parte posterior se encuentran los conectores X1 y X2, así como el cableado que le une a los sensores de tensión e intensidad y al bornero.
Figura 8.15. Vista frontal y trasera ekor.rpt.ci
1 Interconexión configuración rele ekor.rpt.ci
Modelos de protección, medida y control Instrucciones generales ekor.rpg.ci & ekor.rpt.ci