XI1-S/-S-R - Relé de sobreintensidad a tierra para redes puestas a

PROFESSIONAL LINE
XI1-S/-S-R - Relé de sobreintensidad a tierra para redes
puestas a tierra rígidamente a través de
resistencias
Índice
1.
1. Aplicaciones y características
El relé XI1-S de la PROFESSIONAL LlNE es un relé
universal de protección contra derivaciones a tierra
para máquinas eléctricas, conductores y redes con
punto de estrella puesto a tierra rígidamente o puesto
a tierra a través de resistencias. Se utiliza,
preferentemente, en redes radiales. Con frecuencia se
utiliza también el XI1-S 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 derivación a tierra conectados en la red.
2. Esquemas y conexiones
3. Funcionamiento
3.1
3.2
Detección del sentido de la derivación a
tierra (XI1-S-R)
Exigencias a los transformadores
principales de corriente
4. Mandos y ajustes
4.1
4.2
4.3
Ajuste de los microinterruptores DIP
Ajuste de los valores de disparo
Comunicación a través de interface serie
XRS1
5. Carcasa y datos técnicos
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Carcasa
Datos técnicos
Protección independiente de derivaciones
a tierra
Protección dependiente de derivaciones a
tierra
Características de disparo
6. Formulario de pedido
Aplicaciones y características
La variante del aparato XI1-S-R con registro del
sentido de la derivación 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.
En las dos variantes del aparato hay la posibilidad de
elegir entre las siguientes características de disparo:
• característica de disparo independiente
• característica de disparo dependiente
Normal Inversa
Fuertemente Inversa
Extremadamente Inversa
Todos los aparatos de la PROFESSIONAL LlNE 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 LED´s
• 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 al 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-E.
2
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
2.
Esquemas y conexiones
Entradas analógicas
Posición de los contactos
Las señales analógicas de entrada de las corrientes se
hacen lIegar al aparato a través de las bornas IE1 y
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.
Aparato sin tensión, o
funcionamiento sin
avería.
Suministro de tensión auxiliar
Contactos tras haberse
producido un disparo
por sobreintensidad.
El aparato XI1-S/-S-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-S/-S-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 o 36 - 275 V AC.
Contactos tras haberse
producido un disparo
rápido por
sobreintensidad a tierra.
Figura 2.3: Posición de los contactos
Observación:
Si se desea que los contactos de disparo de IE> y
IE>> actúen conjuntamente sobre la bobina de
disparo del interruptor de potencia, deberán unirse
externamente.
Alternativamente al registro de la derivación a tierra se
puede conectar un transformador toroidal de medida
a las bornas IE1 e IE2.
Figura 2.1: Esquema de conexión del XI1-S
Figura 2.2: Esquema de conexión del XI1-S-R
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
3
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 de 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, 11 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.
En las redes puestas a tierra a través de resistencias,
la mayor parte de los fallos tienen predominantemente
carácter óhmico con pequeña parte proporcional de
carácter inductivo. Por eso, para estas formas de
redes, se ha elegido como ángulo característico el de
170 respecto a la tensión cero U0 (ver figura 3.2).
Figura 3.2: Derivación a tierra en redes puestas a tierra a través
de resistencias
3.1
Registro del sentido de la
derivación a tierra (XI1–S-R)
El principio de medida para la determinación del sentido
de la derivación a tierra se basa en la medición del
ángulo de fases, y de este modo también en la medición
de coincidencia entre las mediciones de la corriente cero
y de la tensión cero.
La tensión cero, 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)
La mayor parte de los fallos que se producen en una red
rígida, tienen predominantemente carácter inductivo. Por
eso se ha elegido como ángulo característico entre
corriente y tensión, con el que se consigue la máxima
sensibilidad de la medición, el ángulo de 110°
adelantado respecto a le tensión cero U0.
Figura 3.1: Derivación en redes puestas rígidamente a tierra
4
El margen de respuesta del elemento direccional se
fija en todo caso, girando en ± 90° el indicador de
corriente del ángulo característico.
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 sobreintensidad a tierra y
tiempo K1= 2
Etapa dependiente de sobreintensidad a tierra y
tiempo K1= 20
Disparo rápido por cortocircuito a tierra K1= 20
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-S/-S-R, que es tan sólo
de <0,1 VA. Puede asimismo tomarse en
consideración en las consideraciones para elección
del aparato la carga mínima de los transformadores,
debido a la relación directa que tiene este hecho con
la clase de protección.
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
4.
Mandos y ajustes
En la placa frontal del XI1-S/-S-R se encuentran todos
los mandos necesarios para el parametrado del
aparato, así como todos los elementos de indicación.
De esta manera se pueden efectuar los ajustes del
aparato sin necesidad de desmontarlo del carril de
fijación.
Para ajustar los parámetros hay que abrir la cubierta
transparente del relé, como se expone 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 frontal
LEDs
Figura 4.1: Placa frontal del XI1-S
El LED “ON” sirve para indicar que el aparato está
listo para el servicio, (estando aplicada la tensión
auxiliar de alimentación Uv). Los LEDs IE> y IE>>
señalizan la excitación (el LED parpadea
intermitentemente) o respectivamente disparo de las
correspondientes funciones (luz continua).
Tecla de prueba (TEST)
Esta tecla sirve para producir un disparo de prueba
del aparato. Tras haber pulsado la tecla durante 5
segundos, tiene una comprobación del Hardware,
durante la cual los dos relés de salida pasan a
situación de disparo, encendiéndose los LEDs de
disparo.
Figura 4.2: Placa frontal del XI1-S-R
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
5
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.
Microinterruptor DIP
OFF
1*
DEFT
2*
DEFT
3*
DEFT
4
Puesto a tierra
rígidamente 110°
No bloqueado
50 Hz
ON
NINV
VINV
EINV
Puesto a tierra a
través de
resistencias 170°
Bloqueado
60 Hz
7*
x 1 s (x1)
x 10 s (x2)
8*
x1s
x 100 s
5
6
Función
Ajuste de la característica de disparo para IE>
Conmutación del ángulo característico de 110° a
170° (en el XI1-S fuera de servicio)
Bloqueo de la etapa IE>>
Ajuste de la frecuencia nominal
Factor de tiempo DEFT para tIE> (entre paréntesis
los factores para disparo dependiente)
Factor de tiempo DEFT para tIE>
Tabla 4.1: Funciones de los microinterruptores DIP
* En los microinterruptores DIP 1 - 3, o resp. 7 - 8, solamente uno de ellos puede estar en posición “ON”.
Característica de disparo
La característica de disparo deseada para la
protección contra derivación a tierra y tiempo puede
ajustarse con ayuda de los microinterruptores DIP 1-3.
Hay que tener muy en cuenta que, en cada caso,
sólo puede estar conectado, como máximo, uno de
estos tres microinterruptores DIP. En caso de un ajuste
erróneo (p. ej. 2 microinterruptores DIP para
característica de disparo IE> puestos en posición
"ON"), se produce inmediatamente el disparo.
Están permitidas las configuraciones siguientes para
ajuste de la característica de disparo:
Con ayuda del microinterruptor DIP 4 se puede
seleccionar entre punto de estrella puesto rígidamente
a tierra (ángulo característico = 110°) y punto de
estrella puesto a través de resistencias (ángulo
característico = 170°).
Bloqueo de la etapa de disparo rápido por
derivación a tierra (IE>>)
Si el microinterruptor DIP 5 se encuentra en posición
“ON”, entonces está bloqueada la etapa de disparo
rápido por derivación a tierra.
Característica de disparo independiente
Frecuencia nominal
Normal Inversa
Fuertemente Inversa
Extremadamente Inversa
Figura 4.4: Ajuste de la característica de disparo
Selección del punto de estrella puesto rígidamente
a tierra / puesto a tierra a través de resistencias
Dependiendo del tratamiento del punto de estrella, se
tendrá un ángulo característico entre corriente y
tensión en el caso de producirse un fallo por
derivación a tierra.
6
El XI1-S/-S-R puede ajustarse con ayuda del
microinterruptor 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> de la etapa de disparo
independiente por el factor 10, y la etapa
dependiente de disparo se multiplica por el factor 2.
Con el microinterruptor DIP 8 se puede multiplicar el
tiempo de disparo de la etapa independiente de
disparo por el factor 100.
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
4.2
Ajuste de los valores de disparo
Los aparatos de la PROFESSIONAL LINE cuentan con
una posibilidad de ajuste única de extraordinaria
exactitud. Para ello se emplean dos potenciómetros.
Un potenciómetro de ajuste basto puede ajustarse, con
valores discretos, del mismo modo que un interruptor
escalonado, y de ese modo se fija el valor de disparo
en etapas de 0,25 x In. Un segundo potenciómetro
para ajuste fino (0 - 10%) es ajustable de forma
continua para el valor. Sumando los valores se obtiene
un valor de disparo extraordinariamente exacto.
Retardo de disparo para la etapa de disparo
rápido por cortocircuito a tierra
El tiempo de respuesta para el disparo rápido por
cortocircuito a tierra es ajustable continuamente en un
margen comprendido entre 0 - 1,25 segundos.
4.3
Comunicación a través de interface
serie XRS1
Ajuste de la etapa de derivación a tierra
La etapa de derivación a tierra IE> puede ajustarse
con ayuda de los potenciómetros que se indican en la
figura siguiente en un margen comprendido entre
0,25 - 1,75 x In.
Ejemplo:
Se desea ajustar un tiempo de disparo IE> de 1,15 x
In. El valor de ajuste del potenciómetro de la derecha
se suma sencillamente al valor de ajuste del
potenciómetro del ajuste basto.
Figura 4.5: Ejemplo de ajuste
Figura 4.6: Principio de la comunicación
Retardo de disparo para el disparo por
sobreintensidad a tierra
Para la comunicación de los aparatos con un nivel
superior de control, se dispone del 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 puede
seleccionar los valores de medida, se puede
parametrar el relé y se pueden asimismo configurarlas
funciones de protección del relé de salida.
Para más detalles sobre el funcionamiento del XRS1
verla descripción específica de dicho equipo.
El tiempo de disparo por derivación a tierra es
ajustable en un margen comprendido entre 0 - 100
segundos para la etapa de protección independiente
(DEFT). En el caso de la protección dependiente
(NINV, VINV o EINV) se puede ajustar un factor de
tiempo desde 0,1 - 2.
Disparo rápido por cortocircuito a tierra
El disparo por derivación a tierra puede ajustarse
dentro de un margen comprendido entre 1 - 15 x In.
El ajuste se efectúa de manera similar al ajuste de la
etapa de sobreintensidad. El disparo por cortocircuito
a tierra del relé XI1-S-R no es direccional ya que en
caso de fallo, esta etapa debe disparar en un tiempo
muy breve.
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
7
5.
Carcasa y datos técnicos
5.1
Carcasa
El XI1-S/-S-R, al igual que todos los aparatos de la PROFESSIONAL LINE está provisto para montaje sobre el
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
2
Las bornas de conexión del aparato permiten la conexión de conductores con máximo 2 x 2,5 mm de sección.
Para realizarlas conexiones hay que quitar la tapa transparente del aparato (Ver capítulo 4).
8
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
5.2
Datos técnicos
Entrada de medida
Frecuencia nominal fn:
50/60 Hz
Carga térmica de los circuitos de tensión
de forma permanente 120 V AC
Carga térmica de los circuitos de corriente:
corriente de choque (una semionda)
durante 1 s
durante 10 s
de forma permanente
Potencia absorbida en el
circuito de corriente:
Potencia absorbida en el
circuito de tensión:
con In= 1 A
con In= 5 A
0,1 VA
0,1 VA
con Un= 100 V
0,1 VA
250
100
30
4
x
x
x
x
IN
IN
IN
IN
Tensión auxiliar
Tensión auxiliar nominal UV/
Potencia absorbida:
19 - 390 V DC o 36 - 275 V AC (f= 40 - 70 Hz)
4 W (bornas A1- A2)
Datos comunes
Relación de desexcitación:
Tiempo de reposición de la excitación:
Tiempo de desexcitación después de
un disparo:
Tiempo mínimo de respuesta al conectarse
la tensión de alimentación:
Tiempo mínimo de respuesta estando
aplicada la tensión de alimentación:
> 97 %
< 50 ms
200 ms
100 ms
< 50 ms
Relé de salida
Número de relés:
Contactos:
Potencia máx. de conmutación:
Tensión máxima de conexión:
Carga mínima:
Tensión nominal máxima:
Corriente de conexión (16 ms)
Duración de los contactos:
Material de los contactos:
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
2
Cada uno con un contacto conmutado
óhmica 1250 VA/AC, o respectivamente 120 W/DC
Inductiva 500 VA/AC o respectivamente 75 W/DC
250 V AC
220 V DC Carga óhmica Imáx.= 0,2 A
Carga inductiva Imáx.= 0,1 A con L/R ≤ 50 ms
24 V DC Carga inductiva Imáx.= 5 A
1W / 1 VA con Umín. ≥ 10 V
5A
20 A
5
10 conmutaciones con potencia de conmutación max.
AgCdO
9
Datos de sistema
Normas:
VDE 0435 parte 303; VDE 0843 parte 1-4; VDE 0160;
IEC 255-4; BS 142; 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:
Prueba de tensión de choque:
Prueba de alta frecuencia
2,5 kV (efectivos)/50 Hz; 1 minuto
5 kV; 1,2/50 µs, 0,5 J
2,5 kV/1 MHz
Resistencia a perturbaciones por
descarga de electricidad estática
(ESD), según VDE 0843, parte 2:
8 kV
Resistencia a perturbaciones por campos
electromagnéticos, 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:
Exactitud de la corriente:
Exactitud del tiempo de disparo
en el margen de 2 - 20 x IS:
Exactitud de la determinación del sentido
de la derivación a tierra (XI1-S-R):
0,5 % ó ± 25 ms
± 3 % del valor de ajuste o ± 2 % de IE
Influencias de corrientes superpuestas:
Influencia de la temperatura:
Influencia de la frecuencia:
≤5%
0,08 % por K
1 % por Hz de desviación del valor nominal
± 10 % de fn (50 ó 60 Hz)
Esfuerzos mecánicos:
Choques:
Vibraciones:
Clase de protección
Frontal del aparato:
Peso:
Posición de montaje:
Material de la carcasa del relé:
10
2 % DEFT / 5 % NINV y VINV / 7,5 % EINV / ó 25 ms
Exactitud de medida del ángulo:
+ 1° / - 13° con IE ≥ 0,5 x IN y Ue ≥ 0,5 V
+ 1° / - 3° con IE ≥ 0,5 x IN y Ue ≥ 0,5 V
Clase 1 según DIN IEC 255-21-2
Clase 1 según DIN IEC 255-21-1
IP 40 con tapa frontal cerrada
aprox. 0,7 kg
Cualquiera
Auto-extingible
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
5.3
Protección independiente de sobreintensidad a tierra
Parámetro
IE>
IE>>
tIE>
tIE>>
Margen de ajuste
0,25 - 1,75 x In
1 - 15 x In
0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s
0 - 1,25 s
Escalonamiento
continuo
continuo
continuo
continuo
Tabla 5.1: Márgenes de ajuste
5.4
Protección dependiente de sobreintensidad a tierra
Líneas características de disparo según IEC 255-4, o respectivamente BS 142:
Normal inversa:
Fuertemente inversa:
Extremadamente inversa:
Siendo:
Parámetro
IE>
IE>>
tIE>
tIE>>
t
tIE>
IE
IE>
=
=
=
=
Tiempo de disparo
Multiplicador de tiempo
Corriente de error
Valor de ajuste de la corriente
Margen de ajuste
0,25 - 1,75 x In
1 - 15 x In
0,1 - 2
0 - 1,25 s
Escalonamiento
continuo
continuo
continuo
continuo
Tabla 5.2: Márgenes de ajuste y escalonamientos
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
11
5.5
Características de disparo
Figura 5.2: Normal inversa
Figura 5.4: Fuertemente inversa
Figura 5.3: Extremadamente inversa
Figura 5.5: Características de disparo independiente
12
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
6.
Formulario de pedido
Relé de sobreintensidad
XI1Para redes puestas rígidamente a tierra
Con detección del sentido de la derivación a tierra
Corriente nominal:
1A
5A
S
R
1
5
Reservado el derecho a introducir modificaciones técnicas.
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
13
Listas de ajustes del XI1-S/-S-R
Proyecto: ___________________________________________
Nº Com.-Nr.:________________________
Grupo de funciones:= __________
Identificación aparato:- _______________
Localidad:+ ______
Funciones de los relés: ________________________________
Fecha:______________________
Ajuste de los parámetros
Función
Unidad
Ajuste de
fábrica
IE>
Disparo por cortocircuito a tierra
x In
0,25
IE>>
Disparo rápido por cortocircuito a tierra
x In
1
tIE>
Retardo de tiempo por cortocircuito a tierra
s
0
tIE>
Factor de tiempo para línea característica inversa
tIE>>
Retardo de tiempo para disparo por cortocircuito
a tierra
s
0
Ajustes
actuales
Ajuste de los microinterruptores DIP
Microinterruptor
DIP
1*
2*
3*
4
5
6
7*
8*
Función
Ajuste de la característica de disparo para IE>
Conmutación del ángulo característico de
110° a 170° (en el XI1-S fuera de servicio)
Bloqueo de la etapa IE>>
Ajuste de la frecuencia nominal
Factor de tiempo DEFT para tIE> (entre
paréntesis los factores para disparo
dependiente)
Factor de tiempo DEFT para tIE>
Ajustes de
fábrica
Ajustes
actuales
DEFT
DEFT
DEFT
Puesto a tierra
rígidamente 110°
No bloqueado
50 Hz
x 1 s (x 1)
x1s
*Solo uno de los microinterruptores DIP 1 - 3 o resp. 7 - 8 puede estar en posición “ON” de forma simultanea.
14
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
TB XI1-S/-SR 02.02 SP
15
Woodward SEG GmbH & Co. KG
Krefelder Weg 47 ⋅ D – 47906 Kempen (Germany)
Postfach 10 07 55 (P.O.Box) ⋅ D – 47884 Kempen (Germany)
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