XI1-E/-E-R - Relé de sobreintensidad a tierra para
redes aisladas y compensadas
Índice
1.
Aplicaciones y características
2.
Esquemas y conexiones
3.
Funcionamiento
3.1 Detección del sentido de la corriente a tierra (XI1-E-R)
3.2 Exigencias a los transformadores principales de corriente
4.
Mandos y ajustes
4.1 Ajuste de los microinterruptores DIP 4.2 Ajuste de los valores de disparo 4.3 Comunicación a través del interface
serie XRS1
5.
Carcasa y datos técnicos
5.1 Carcasa 5.2 Datos técnicos
5.3 Márgenes de ajuste del XI1-E 5.4 Márgenes de ajuste del XI1-E-R
6. Formulario de pedido
1.
Aplicaciones y características
El relé XI1-E de la
P
ROFESSIONALL
INE es un relé universal de protección contra corriente a tierra para máquinas eléctricas, conductores y redes con punto de estrella aislado o compensado. Se utiliza,preferentemente, en redes radiales. Con frecuencia se utiliza también el XI1-E como protección de reserva en el punto central de puesta a tierra de la red. Entonces, el relé registra todas las derivaciones a tierra del sistema de red. En este caso se elige un retardo de disparo mayor que el tiempo de disparo más largo de todos los demás dispositivos de vigilancia de corriente a tierra conectados en la red.
La variante XI1-E-R con registro del sentido de la corriente a tierra es una protección selectiva contra derivaciones a tierra y suele utilizarse, por lo general, en redes anulares, en redes con conductores paralelos y en redes con sistemas muy complejos.
Todos los aparatos de la
P
ROFESSIONALL
INE ofrecen la precisión y superioridad de la técnica digital de protección frente a dispositivos de protección convencionales, y se caracterizan por las propiedades siguientes:• Elevada precisión de medida gracias al procesamiento digital de valores de medida • Indicación de fallos a través de LEDs
• Márgenes extremadamente amplios de la tensión de alimentación, mediante su etapa de red universal
• Márgenes de ajuste muy grandes con escalonamientos de ajuste muy pequeños • Intercambio de datos con centrales de control y
visualización gracias a un interface serie XRS1, que se puede montar a posteriori
• Filtrado digital de las magnitudes de medida con análisis de Fourier discreto
• Tiempos de respuesta sumamente rápidos
• Forma de ejecución compacta mediante técnica SMD. Nota: En caso de necesitar un relé de corriente a
tierra sensible no direccional se dispone alternativamente del relé tipo XI1-S.
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 3
2.
Esquemas y conexiones
Entradas analógicas
Las señales analógicas de entrada de las corrientes se hacen llegar al aparato a través de las bornas IE1 - IE2.
La tensión cero, necesaria para detección del sentido de la corriente, se conecta desde el bobinado en triángulo abierto de los transformadores de tensión a las bornas Ue y Un del relé XI1-E-R.
Tensión auxiliar
El aparato XI1-E/-E-R necesita una fuente separada de tensión auxiliar, para lo que se puede utilizar una tensión alterna o una tensión continua. Para ello el XI1-E/-E-R cuenta con una etapa integrada de red universal de amplio margen. A las bornas de conexión A1 - A2 se pueden conectar tensiones auxiliares en un margen comprendido entre 19 - 390 V DC ó 36 - 275 V AC.
Figura 2.1: Esquema de conexiones del XI1-E
Figura 2.2: Esquema de conexiones del XI1-E-R
Posición de los contactos (XI1-E)
Figura 2.3: Posiciones de los contactos del XI1-E Observación:
Si se desea que los contactos de disparo de IE> y de IE>> actúen conjuntamente sobre la bobina de disparo del interruptor de potencia, deberán unirse externamente.
Posición de los contactos (XI1-E-R)
Figura 2.4: Posiciones de los contactos del XI1-E-R Observación:
Sin sobrepasar el ajuste de tensión a tierra no se realiza disparo del sentido de la derivación a tierra.
Alternativamente al registro de la derivación a tierra se puede conectar un transformador toroidal a las bornas IE1 y IE2.
Aparato sin tensión, ó funcionamiento sin avería
Contactos tras haberse producido un disparo por corriente a tierra
Contactos tras haberse producido un disparo rápido por cortocircuito a tierra
Aparato sin tensión ó funcionamiento sin avería
Aviso de corriente a tierra (Disparo por tensión homopolar)
Contactos tras haberse producido un disparo por sentido de la corriente a tierra
3.
Funcionamiento
Las corrientes alternas características procedentes de los transformadores principales de corriente se transforman en la etapa analógica, a través de transmisores de entrada y resistencias Shunt, en tensiones separadas galvánicamente. A continuación unos filtros analógicos RC suprimen la influencia de perturbaciones acopladas.
La tensión de medida se hace llegar a las entradas analógicas (Transformador Analógico/Digital) del microprocesador, y a continuación se transforma en señales digitales a través de circuitos Sample y Hold. Todo el procesamiento posterior se efectúa con estos valores digitalizados. El registro de los valores tiene lugar con una frecuencia de exploración de 800 Hz (960 Hz) de manera que, cada 1,25 ms (1,04 ms) a una frecuencia de 50 Hz, (60 Hz) se registran los valores momentáneos de las magnitudes de medida. Cuando se excitan los circuitos de medida, parpadea el LED correspondiente. Una vez transcurrido el tiempo de retardo ajustado, el parpadeo intermitente pasa a luz continua.
3.1
Detención del sentido de la
corriente a tierra (XI1-E-R)
La determinación del sentido de la corriente a tierra se basa en el registro del sentido de la potencia en el sistema cero. Para ello se valora la tensión homopolar y la corriente de suma de los conductores que representan un fallo.
La tensión homopolar, necesaria para la detección del sentido, se mide a través de los bobinados en
triángulo abierto de los transformadores de tensión. (Conexión a las bornas Ue y Un: Ver figura 2.2). La corriente suma puede medirse, o bien conectando el aparato a un transformador toroidal, o al
transformador de corriente en circuito Holmgreen. La sensibilidad máxima se consigue cuando se conecta el aparato de protección a un transformador toroidal. En redes aisladas o compensadas, es determinante la medición de la potencia reactiva o respectivamente de la potencia efectiva para el registro de la corriente a tierra. Por ello, el XI1-E-R tiene que estar ajustado a procedimiento de medida de seno de phi o de coseno de phi, dependiendo del tratamiento del punto de estrella (Ver tabla 4.1).
(a) Conductor sin corriente a tierra (b) Conductor con corriente a tierra (c) Margen de respuesta / bloqueo Figura 3.1: Diferencia entre fases de la tensión homopolar y de las corrientes de suma de redes aisladas al producirse una corriente a tierra
(seno phi)
UE Tensión homopolar
IE Corriente de suma
IC Componente capacitivo de la corriente de
suma
IW Componente óhmico de la corriente de
suma
Mediante la determinación de la componente de corriente reactiva a través del ajuste de seno phi y con ayuda de la posterior comparación con la tensión homopolar UE , el XI1-E-R decide entonces
si el cable que se ha de proteger tiene una corriente a tierra.
En caso de conductores sin derivaciones a tierra, el componente capacitivo IC (a) de la corriente de
suma está desplazado en 90° sobre la tensión homopolar. Cuando un conductor tiene una corriente a tierra, la corriente capacitiva presenta un retraso de 90° respecto a la tensión homopolar.
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 5 (a) Conductores sin corriente a tierra (b) Conductores con corriente a tierra (c) Margen de respuesta / bloqueo Figura 3.2: Diferencia entre fases de la tensión homopolar y de las corrientes de suma en redes compensadas, en caso de
corriente a tierra (Cos, phi) UE Tensión homopolar
IE Corriente de suma
IL Componente inductivo de la cooriente de
suma
IC Componente capacitivo de la corriente de
suma
IW Componente óhmico de la corriente de
suma
En las redes compensadas, no puede obtenerse ninguna conclusión definitiva sobre el sentido de la corriente a tierra en base al componente de corriente reactiva, ya que el componente reactivo de la corriente a tierra depende del grado de compensación de la red. Para determinación del sentido de la corriente a tierra se recurre al
componente óhmico de la corriente de suma (Ajuste cos. Phi).
En conductores libres de corriente a tierra, la corriente efectiva y la tensión homopolar presentan coincidencia de fases, mientras que el componente óhmico se encuentra en contrafase respecto a la tensión homopolar cuando el conductor presenta una corriente a tierra.
Con un filtrado digital eficaz, se consiguen eliminar todos los armónicos. De este modo los armónicos impares, que se producen en caso de un fallo de arco voltaico, no interfieren sobre la función de protección.
Si la tensión homopolar medida es mayor que el valor de ajuste UE>, se produce el disparo del relé UE>, una vez transcurrido el tiempo de retardo de disparo previamente ajustado tUE>.
Al mismo tiempo que se produce la excitación del relé UE> tiene lugar el cálculo del sentido de la corriente a tierra, a través del procedimiento de seno phi, o respectivamente de cos. Phi.
Si el componente óhmico (procedimiento de medida de cos. phi) o respectivamente el
componente capacitivo (procedimiento de medida de seno phi) de la corriente de suma se encuentra por encima del valor de ajuste IE>, tiene lugar el disparo del relé IE> una vez transcurrido el retardo del tiempo de disparo, previamente ajustado tIE>.
3.2
Exigencias a los
transformadores principales
de corriente
Los transformadores de corriente deben dimensionarse de tal modo que, no lleguen a saturarse con las corrientes siguientes:
Etapa independiente de corriente a tierra y tiempo K1 = 2.
Disparo rápido por corriente a tierra K1 = 1,2 – 1,5.
Siendo:
K1 = Factor de corriente referido al valor de ajuste, con el que el transformador de corriente no
funciona aún en el margen de saturación. Además, los transformadores tienen que dimensionarse de acuerdo con las corrientes máximas de cortocircuito que puedan producirse en la red, o respectivamente en el objeto a proteger. En el dimensionado de los transformadores de corriente repercute de forma muy positiva la reducida potencia absorbida por el XI1-E/-E-R, que es tan sólo de <0,1 VA. Puede asimismo tomarse en consideración para la elección del aparato, la carga mínima de los transformadores, debido a la relación directa que tiene este hecho con la clase de protección.
4.
Mandos y ajustes
En la placa frontal del XI1-E/-E-R se encuentran todos los mandos necesarios para el parametrado del aparato, así como todos los elementos de indicación.
De esta manera es posible efectuar los ajustes del aparato sin necesidad de desmontarlo de la barra de fijación.
Figura 4.1: Placa frontal del XI1-E
Figura 4.2: Placa frontal del XI1-E-R
Para ajustar el aparato hay que quitar cuidadosamente la cubierta transparente del aparato y abrir éste, como se indica en la figura. ¡No forzar el aparato!.
En la cubierta transparente hay dos zonas para introducir rótulos de identificación.
Figura 4.3: Apertura de la tapa del aparato LEDs
El LED "ON" sirve para indicar la disponibilidad del aparato para el servicio (estando aplicada la tensión auxiliar Uv). Los LED´s IE> e IE>>, (IE> y UE> en el aparato XI1-E-R) indican la excitación (luz intermitente) o respectivamente el disparo (el LED está encendido con luz continua) de las correspondientes funciones.
Tecla de prueba
Esta tecla sirve para disparo de prueba del aparato. Tras haber pulsado la tecla durante 5 segundos, tiene lugar la comprobación del Hardware, en cuyo caso los relés de salida pasan a posición de disparo y se encienden todos los LEDs de disparo.
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 7
4.1
Ajuste de los microinterruptores DIP
El bloque de microinterruptores DIP, situado en la placa frontal del aparato sirve para ajustar los márgenes nominales y para parametrar las funciones del aparato:
Tipo XI1-E:
Microinterruptor DIP OFF ON Función
1 Sin función
2 Sin función
3 Sin función
4 Sin función
5 no bloqueado bloqueado Bloqueo de la etapa IE>> 6 50 Hz 60 Hz Ajuste de la frecuencia nominal 7* x1 s x 10 s Factor de tiempo para tIE> 8* x1 s x 100 s Factor de tiempo para tIE> Tabla 4.1: Funciones de los microinterruptores DIP en el aparato XI1-E
*De los microinterruptores DIP 7 - 8 solamente uno de ellos puede estar es posición “ON”. Tipo XI1-E-R:
Microinterruptor DIP OFF ON Función
1 Sin función
2 Sin función
3 Sin función
4 Sin función
5 seno coseno Procedimiento de cálculo para redes aisladas/compensadas
6 50 Hz 60 Hz Ajuste de la frecuencia nominal 7* x1 s x 10 s Factor de tiempo para tIE> 8* x1 s x 100 s Factor de tiempo para tIE> Tabla 4.2: Funciones de los microinterruptores DIP en el aparato XI1-E-R
*De los microinterruptores DIP 7 - 8 solamente uno de ellos puede estar es posición “ON”. Bloqueo de la etapa de disparo rápido por
corriente a tierra XI1-E (IE>>)
Si el microinterruptor DIP 5 se encuentra en posición “ON”, entonces está bloqueada la etapa de disparo rápido por corriente a tierra del reléXI1-E. Procedimiento de cálculo para redes aisladas /compensadas (XI1-E-R)
Dependiendo del tratamiento del punto de estrella de la red que se desea proteger, en el aparato XI1-E-R hay que ajustar el elemento de medición del sentido para el circuito de corriente de tierra medición de seno phi (redes aisladas – Microinterruptor DIP 5 en
oposición “OFF”), o respectivamente a medición de coseno phi (redes compensadas - Microinterruptor DIP 5 en posición “ON”).
Frecuencia nominal
El XI1-E/-E-R puede ajustarse con ayuda del
micrtointerruptor DIP 6, a 50 ó 60 Hz, dependiendo de las características dadas de la red.
Conmutación de márgenes de tiempo
Con ayuda del microinterruptor DIP 7 se multiplica el tiempo de disparo tIE> por el factor 10.
Con el microinterruptor DIP 8 se puede multiplicar el tiempo de disparo tIE> pór el factor 100.
4.2
Ajuste de los valores de disparo
Los aparatos de la
P
ROFESSIONALL
INE disponen de una posibilidad de ajuste con un porcentaje de exactitud único. Para ello se utilizan dospotenciómetros. Un potenciómetro de ajuste basto puede ajustarse, con valores discretos, igual que un interruptor escalonado y de este modo se prefija el valor de disparo en etapas de 0,05 x In. Un segundo potenciómetro para ajuste fino es ajustable de forma continua para el valor correspondiente. Sumando los valores se obtiene un valor de disparo ajustable de forma extraordinariamente precisa.
Ajuste de la etapa de corriente a tierra
La etapa de corriente a tierra IE> puede ajustarse con ayuda de los potenciómetros que se indican en la figura siguiente en un margen entre 0 - 0,3 x In. (Valor límite mínimo 0,001 x In).
Ejemplo:
Se desea ajustar un tiempo de disparo IE> de 0,18 x In. El valor de ajuste del potenciómetro de la derecha se suma sencillamente al valor de ajuste del potenciómetro del ajuste basto.
Figura 4.4: Ejemplo de ajuste
Retardo de disparo para el disparo por corriente a tierra
El tiempo de respuesta para disparo por corriente a tierra tIE> es ajustable en un margen comprendido entre 0 - 100 segundos.
Disparo rápido por corriente a tierra (XI1-E) El disparo rápido por corriente a tierra IE>> puede ajustarse dentro de un margen comprendido entre 0 -1,5 x In (valor límite mínimo 0,001 x In). El ajuste se efectúa de manera similar a la etapa de
sobrecorriente.
Retardo de disparo para la etapa de disparo rápido por corriente a tierra (XI1-E)
El tiempo de respuesta tIE>> para el disparo rápido por corriente a tierra es ajustable continuamente en el margen de 0 - 1,25 segundos.
Disparo por tensión homopolar (XI1-E-R)
El disparo por tensión homopolar UE> puede ajustarse en el margen de 10 - 120 V. El ajuste se efectúa de manera análoga al ajuste de la etapa por sobreintensidad. Retardo de disparo de la etapa de tensión homopolar (XI1-E-R)
El tiempo de disparo tUE > para la etapa de la tensión homopolar puede ajustarse continuamente en un margen comprendido entre 0 - 10 s.
4.3
Comunicación a través de
interface serie XRS1
Figura 4.5: Principio de la conmutación
Para la comunicación de los aparatos con un nivel superior de control, se dispone del adaptador de interface serie XRS1, para transmisión de datos, junto con todo el Software necesario para ello. El adaptador, se monta lateralmente e instala posteriormente de forma muy sencilla.
Mediante transmisión óptica permite la separación galvánica del relé. De esta manera se pueden seleccionar los valores de medida, se puede parametrar el relé y se pueden asimismo configurar las funciones de protección del relé de salida. Para más detalles sobre el funcionamiento del XRS1 ver la descripción específica de este aparato.
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 9
5
Carcasa y datos técnicos
5.1
Carcasa
El XI1-E/-E-R, al igual que todos los aparatos de la
P
ROFESSIONALL
INE, está preparado para montaje sobre carril de fijación DIN EN 50022.La placa frontal del aparato está protegida mediante una tapa transparente precintable (IP 40).
Figura 5.1: Esquema de dimensiones Bornas de conexión
Las bornas de conexión del aparato permiten la conexión de conductores con sección máxima de 2 x 2,5 mm2.
5.2
Datos técnicos
Entrada de medidaFrecuencia nominal fn: 50 / 60 Hz Carga termica de los circuitos
de corriente: Corriente de choque (una semionda) 250 x IN
Durante 1 s 100 x IN
Durante 10 s 30 x IN
De forma permanente 4 x IN
Potencia absorbida en circuito de corriente: con In = 1 A 0,1 VA con In = 5 A 0,1 VA
Potencia absorbida en el circuito de tensión: con Un = 100 V 0,1 VA Tensión auxiliar
Tensión auxiliar nominal UV/
Potencia absorbida: 19 - 390 V DC ó 36 - 275 V AC (f = 40 - 70 Hz) 4W (Bornas A1 - A2)
Datos comunes
Relación de desexcitación: > 97% Tiempo de reposición de la excitación: < 50 ms Tiempo de desexcitación después de un disparo: 200 ms Tiempo mínimo de respuesta al conectarse
la tensión de alimentación: 100 ms Tiempo mínimo de respuesta estando aplicada
la tensión de alimentación: < 50 ms Relés de salida
Número de relés: 2
Contactos: Cada uno con un contacto conmutado por relé de disparo Potencia máx. de conmutación: óhmica 1250 VA / AC, ó respectivamente 120 W / DC
Inductiva 500 VA / AC ó respectivamente 75 W / DC Tensión máx. de conexión: 250 V AC
220 V DC carga óhmica Imax. = 0,2 A
carga inductiva Imax. = 0,1 A con L / R < 50 ms 24 V DC carga inductiva Imax. = 5 A
Carga mínima: 1 W / 1 VA con Umin > 10 V Corriente nominal máxima: 5 A
Corriente de conexión (16 ms) 20 A
Duración de los contactos: 105 Conmutaciones con tensión de conmutación máxima
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 11 Datos de sistema
Normas: VDE 0435, parte 303; VDE 0843, parte 1 - 4; VDE 0160; IEC 255 - 4; BS142; VDE 0871
Margen de temperatura
durante el almacenamiento y servicio: -25° C hasta + 70° C Resistencia a condiciones climáticas clase F
según DIN 40040 y DIN IEC 68, parte 2 - 3: Más de 56 días a 40° C y 95% de humedad relativa del aire Pruebas de alta tensión según VDE 0435,
parte 303;
Prueba de tensión: 2,5 kV (efectivos) 50 Hz, 1 minuto Prueba de tensión de choque: 5 kV; 1,2 / 50 ms, 0,5 J
Prueba de alta frecuencia: 2,5 kV / 1 MHz Resistencia a perturbaciones por descarga
de electricidad estática (EDS) según
VDE 0843, parte 2: 8 kV
Resistencia a perturbaciones por campos
electomagnéticos según VDE 0843, parte 3: 10 V / m Resistencia a perturbaciones por magnitudes
de perturbación transitorias rápidas (Burst)
según VDE 0843, parte 4: 4 kV / 2,5 kHz, 15 ms Prueba de supresión de interferencias según
DIN 57 871 y VDE 0871: Valor límite clase A
Exactitud de repetición: 1%
Exactitud fundamental del retardo de tiempo: 0,5% ó + 25 ms Exactitud del valor nominal de magnitudes
características: + 2% de IE ó + 0,002 x IN
+ 1% de Ue ó + 0,5 V Influencia de corrientes superpuestas: < 5 %
Influencia de la temperatura: 0,08 % por K
Influencia de la frecuencia: 1% por Hz de desviación del valor nominal en el rango de + 10% de fn (50 Hz ó 60 Hz)
Exactitud de la determinación del sentido de la derivación a tierra (XI1-E-R) Medición de la componente de
corriente activa en redes compensadas: I E x coseno phi
Medición de la componente de
corriente reactiva en redes aisladas: I E x seno phi
Exactitud de medida del ángulo con Ue> 20 V: + 6° con IE = 0,002 x IN
+ 3° con IE = 0,005 x IN
+ 2° con IE = 0,010 x IN
+ 1° con IE > 0,015 x IN
Esfuerzos mecánicos:
Choques: Clase 1 según DIN IEC 255 - 21 - 2
Vibraciones: Clase 1 según DIN IEC 255 - 21 - 1 Clase de protección frontal del aparato: IP 40 con tapa del frontal cerrada
Peso: aprox. 0,7 Kg
Posición de montaje: cualquiera
5.3
Márgenes de ajuste del relé XI1-E
Parámetro Margen de ajuste Escalonamiento
IE> 0 - 0,3 x In (Valor límite
mínimo 0,001 x In) continuo IE>> 0 - 1,5 x In (Valor límite
mínimo 0,001 x In) continuo tIE> 0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s continuo
tIE>> 0 - 1,25 s continuo
Tabla 5.1: Márgenes de ajuste y escalonamientos
5.4
Márgenes de ajuste del relé XI1-E-R
Parámetro Margen de ajuste Escalonamiento
IE> 0 - 0,3 x In (Valor límite
mínimo 0,001 x In) continuo tIE> 0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s continuo
UE> 10 - 120 V continuo
tUE> 0 - 10 s continuo
Tabla 5.2: Márgenes de ajuste y escalonamientos
6.
Formulario de pedido
Relé de sobreintensidad a tierra XI1 - E Para redes aisladas / compensadas
Con detección del sentido de la corriente a tierra R
Corriente nominal: 1 A
5 A 15
TB XI1-E/-E-R 02.02 SP 13
Lista de ajustes del
XI1-E/-E-R
Proyecto: _________________________________ Nº Com. SEG: __________________________________ Grupo de funciones: =______ Localidad: + ____ Identificación del aparato: __________________________ Funciones de los relés: ______________________ Fecha: _________________________________________ Ajuste de los parámetros
Función Unidad
Ajuste de
fábrica Ajuste actual IE> Disparo por cortocircuito a tierra x In 0,001
IE>> Disparo rápido por cortocircuito a tierra x In 0,001 tIE> Retardo de tiempo para disparo por cortocircuito a
tierra (XI1-E) s 0
tIE>> Retardo de tiempo para disparo rápido por
cortocircuito a tierra (XI1-E) s 0
UE> Disparo por tensión homopolar (XI1-E-R) V 1 tUE> Retardo de tiempo para el disparo de tensión
homopolar (XI1-E-R) s 0
Ajuste de los microinterruptores DIP
Microinterruptor DIP Función Ajuste de
fábrica Ajuste actual 1 Sin función
2 Sin función 3 Sin función 4 Sin función
5 Bloqueado de IE>> Etapa (XI1-E) ó Procedimiento de cálculo para redes aisladas/compensadas (XI1-E-R)
no bloqueado / sin 6 Ajuste de la frecuencia nominal 50 Hz
7* Factor de tiempo para tIE> x1 s
8* Factor de tiempo para tIE> x1 s
Woodward
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