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Resumen - En este artículo se explica el modelo
térmico utilizado en la función ANSI 49 de
sobrecarga térmica del relé SIEMENS 7UM62
para generadores, este modelo permite calcular
la temperatura del devanado del estator a partir
de la medición de sus corrientes de línea, es
decir la lógica de decisión de la protección por
sobretemperatura es ejecutada internamente en
el relé. Además, se describen los datos y las
variables de entrada de la función, se analiza su
lógica de decisión, explicando cada uno de sus
procesos y las salidas de la función. Cada uno
de los datos de entrada se justifica utilizando los
criterios establecidos por las normas
internacionales, manuales del relé, y el equipo a
proteger. Los cálculos de ajuste de la función de
sobrecarga térmica fueron realizados para un
generador de la central hidroeléctrica del Bajo
Anchicayá. Finalmente, se validó exitosamente
la operación de esta función utilizando un
simulador de sistema de potencia.
Lo novedoso de esta función de sobrecarga
térmica ANSI 49 es que siendo la temperatura
una variable no eléctrica, mediante el uso de
transductores y un modelo matemático, se
integra a un relé digital, reemplazando el
sistema convencional de medición de
temperatura a través de RTD´s insertadas en el
devanado del estator.
La función aunque está incluida en el relé
SIEMENS 7UM62 de generadores, no está
activada en la mayoría de las centrales
hidroeléctricas en Colombia, debido a que se
desconoce su lógica de decisión, criterios de
ajuste y los parámetros de entrada. La
protección por sobretemperatura se realiza por
medio de los transmisores de los sensores RTD
ubicados en el devanado de los generadores,
configurado con valores fijos de alarmas y
disparos.
Este articulo permite conocer de forma practica
la función de protección de sobrecarga térmica
ANSI 49 del relé de protección SIEMENS
7UM62, conociendo los criterios de ajuste,
entradas y salidas, que permite poner en
práctica el ajuste de la función y tomar la
decisión de activarla para los generadores de las
centrales hidroeléctricas.
AJUSTE DE LA FUNCIÓN DE SOBRECARGA TÉRMICA EN UN GENERADOR DE LA
CENTRAL HIDROELECTRICA BAJO ANCHICAYÁ
Ph.D. NAYIVER GLADYS CAICEDO - DOCENTE UNIVERSIDAD DEL VALLE ING. SERGIO DAVID BALANTA - EGRESADO UNIVERSIDAD DEL VALLE
ING. JORGE ARMANDO PLAZAS – LIDER MANTENIMIENTO ELECTRICO CENTRALES EPSA
EPSA - EMPRESA DE ENERGIA DEL PACIFICO Dirección: Cl. 15 #29b-30, Yumbo, Valle del Cauca Teléfono: 57-2-3210000 E-Mail: [email protected]
PALABRAS-CLAVE: Sobrecarga
Térmica, Central Hidroeléctrica,
Generador eléctrico, Protección
Eléctrica.
UNIVERSIDAD DEL VALLE – EPSA
COLOMBIA
Santiago de Cali, Julio de 2017.
Código de subtema:
VCONCIER-CO-G3.5
1. INTRODUCCION
Actualmente, la protección de sobrecarga térmica esta implementada en los generadores por medio de detectores de temperatura colocados en varios puntos del devanado de la maquina a proteger, estos trasmiten cíclicamente su información a un instrumento, el cual al alcanzar en algún punto una temperatura critica envía una orden de apertura al interruptor principal del interruptor [1]. El objetivo de este artículo es el estudio del diagrama lógico de esta nueva función 49, la cual calcula los valores de temperatura a través de un modelo de imagen térmica, es decir no utiliza un método invasivo y calcula la temperatura en el punto más caliente. Esta función aunque está incluida en el relé SIEMENS 7UM62 de generadores, no está activada en la mayoría de las centrales en Colombia debido a que se desconoce su lógica de decisión y los parámetros de entrada que se requieren, así como sus criterios de ajuste. Las normas utilizadas para los criterios de ajuste fueron: [2] [3] [4], es importante anotar que la mayoría de los criterios de ajuste delos parámetros son definidos por el fabricante del relé y del equipo a proteger, ya que por ser una función nueva no existe una norma específica para esta función. Esta función de protección solo detecta sobretemperatura producida por sobrecargas, ya que no detecta fallas de sobretemperatura producidas por falla en la refrigeración de la máquina y cortocircuitos en las espiras del estator.[4]. La tendencia en un futuro cercano es que los relés numéricos integraran funciones de protección de variables eléctricas y no eléctricas del generador en un relé multifuncional.
2. MARCO TEORICO
La forma como actualmente se implementa la
protección de sobrecarga térmica ANSI 49 es
utilizando resistencias detectoras de
temperatura (RTDS) o termopares en diferentes
partes del devanado, las cuales al detectar
cambios en la temperatura producen
variaciones en la resistencia, las cuales se
detectan variaciones de temperatura por encima
del valor de alarma o del disparo a través del
circuito de la Figura 1.[1].
Otra forma de proteger el generador por
sobrecarga es utilizando relés digitales térmicos,
los cuales generan la curva de temperatura de
la máquina y la comparan con la curva de
temperatura admisible facilitada por su
fabricante [5]. Cuando la supervisión de la
medida de corriente supera la corriente máxima
admisible térmicamente del generador, se
obtiene una temperatura de forma indirecta a
través de la medición de corriente. Lo cual indica
un calentamiento de la máquina. Por tanto,
mediante la medida de las corrientes estatóricas
se puede reproducir el comportamiento térmico
de la máquina, y provocar la actuación del relé
cuando la temperatura alcance valores
peligrosos.
Bobina de polarización del
relevador
A fuente
de tensión
AC
Resistencia
en serie
Bobina de
operación del
relevador
Resistencias
fijas
Detector de
temperatura
de resistencia
Figura 1.Proteccion de sobrecarga por
detectores de temperatura
En la Figura 2 se representan las curvas
características de sobrecarga admitidas por el
estator.
Rotor
Estator
I max . perisible
Co
rrie
nte
s d
e s
ob
recarg
a
Tiempo
/InI1
Figura 2.curva característica de sobrecarga
La implementación de la función ANSI 49 por
medio del relé multifuncional SIMENS 7UM62 se
realiza utilizando un modelo de imagen térmico
basado en un modelo matemático, el cual
requiere como entradas las corrientes de las
líneas del estator y la temperatura de
refrigeración de la máquina. A partir de estos
valores el relé calcula la temperatura del
devanado [4].
Este nuevo método tiene las siguientes ventajas
respecto a los métodos anteriores:
1. No es un método invasivo
2. El cálculo de temperatura se realiza a través
de la medición de las corrientes del
estatoricas, lo cual permite obtener la
temperatura de la máquina independiente
del punto de ubicación del medidor.
Y tiene las siguientes desventajas:
1. No detecta fallas cuando el sistema de
refrigeración del equipo a proteger, ha
fallado.
2. No detecta sobrecalentamientos por
cortocircuitos producidos en las barras del
estator.
A continuación se describe el modelo
matemático utilizado en el relé 7UM62, el cual
considera la máquina eléctrica desde el punto de
vista térmico, como un cuerpo homogéneo. [6]
Dado que la temperatura de la máquina
depende directamente de sus pérdidas, la
Ecuación 1 permite calcular la temperatura de la
maquina en por unidad (P.U):
Ɵ(t) = f(I(t), ƟK(t), τ) (1)
Donde: Ɵ: Sobretemperatura con respecto a la temperatura
ambiente.
𝐼: Corriente de la fase en la máquina. p.u
Ɵ𝐾: Temperatura de enfriamiento de la máquina. p.u
𝜏: Constante de tiempo térmica de la máquina.
τ
Ɵk
Ɵ
I 2
Modelo matematico
RELE
Figura 3.Maquina a proteger
La Ecuación 2 representa la variación de la
temperatura en la máquina expresada en
valores en p.u. [4]
dθ
dt+
1
τθ =
1
τI2 +
1
τθK (2)
Donde: Ɵ: Sobretemperatura en el estator. p.u
Ɵ𝐾: Temperatura de enfriamiento de la máquina. p.u
𝜏: Constante de tiempo térmica de la máquina. p.u
𝐼: Corriente de la fase en la máquina en el estator. p.u
La solución de esta ecuación en estado
estacionario es una función exponencial cuya
asíntota representa la sobre temperatura final
Ɵ (t), tal como se ilustra en Ecuación 3 dada en
p.u.
θp. u = (I2 + θK) (1 − e−t
τ) (3)
Donde: Ɵ: Sobretemperatura con respecto a la temperatura
ambiente.
𝐼: Corriente de la fase en la máquina. p.u
Ɵ𝐾: Temperatura de enfriamiento de la máquina. p.u
𝜏: Constante de tiempo térmica de la máquina. (S)
t: Tiempo de estabilización. (S)
3. LOGICA DE FUNCIONAMIENTO DE LA
FUNCION 49
3.1. ENTRADAS FUNCION ANSI 49
En la Tabla 1 se describen cada una de las entradas de la función de protección de sobrecarga térmica pertenecientes al relé 7UM62.
3.2. CRITERIOS DE AJUSTE RELE SIMENS 7UM62
Los parámetros de ajuste para la protección
ANSI 49 son definidos por el manual del relé
SIMENS 7UM62, normas internacionales,
estándares internacionales y por el fabricante
del equipo a proteger.
A continuación se definen cada uno de los
criterios para los ajustes de la protección ANSI
49
3.2.1. CRITERIO DE AJUSTE DIRECCION
116 (Therm.Overload)
La protección de sobrecarga térmica sólo puede
estar activa y funcional si la entrada (116) se ha
ajustado en disponible (Enabled). Si no se
requiere utilizar la función, se ajusta como en no
disponible (Disabled) [7].
3.2.2. CRITERIO DE AJUSTE DIRECCION
281 (BkrClosed I MIN)
Este ajuste permite diferenciar los estados de
marcha o paro para determinar la constante de
tiempo. Detecta Máquina parada, cuando la
corriente está por debajo del valor umbral
identificado como BkrClosed I MIN (Menor a
0.2A o 0.04A por defecto).
Detecta Máquina en marcha, cuando la
corriente está por encima del valor umbral
BkrClosed I MIN (Mayor a 0.2A o 0.04A por
defecto).
BkrClosed I MIN Puede ser ajustado entre 0.04
a 1 veces la corriente nominal (IN) y por defecto
se encuentra en 0.2A cuando se utilizan TC de
5A y en 0.04A con se utilizan TC de 1A [7].
Tabla 1.Entradas función ANSI 49 relé 7UM6
3.2.3. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 296 (TRANSDUCER 2)
Este ajuste permite la selección del tipo de
transductor utilizado en la medición de la
temperatura de refrigeración 10V, 4-
20mA y 20mA.
Si no se tienen señales directas de
medición de esta temperatura, se deja por
defecto en la configuración de la entrada
de temperatura de refrigeración en 10V.
3.2.4. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1601 (Ther. OVER LOAD)
Este ajuste Ther. OVER LOAD 1601
permite la sgte selección [4].
ON significa la activación de protección
de sobrecarga térmica.
OFF significa la desactivación de
protección de sobrecarga térmica.
Bloq.relé only significa el bloqueo de la
protección del relé.
Only Alarm significa la activación
únicamente de los procesos de alarmas
de la protección 49 más no disparo.
Por defecto esta función en el relé se
encuentra en (OFF).
3.2.5. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1602 (K FACTOR)
La protección de sobrecarga térmica se
ajusta con cantidades en por unidad
(P.U). La corriente nominal (IN Mach) del
generador se utiliza normalmente como
referencia o corriente base para los
cálculos requeridos en la detección de
DIRECCION ENTRADA DESCRIPCIÓN
Ajuste 281
BkrClosed I MIN Ajuste corriente mínima, la cual diferencia el estado de marcha o paro de la máquina (ajustable de 0,04 a 1 veces In).
Ajuste 296
TRANSDUCER 2 Selección del tipo de entrada del convertidor de medida de señal de entrada análoga de temperatura de refrigeración ƟK (10V /4-20mA /20mA)
Entrada 1503
>BLK ThOverload Bloqueo protección de sobrecarga
Entrada 1506
>RM th.rep. O/L Restablece la memoria térmica del relé (reinicia el cálculo de temperatura de la máquina Ɵk desde cero).
Entrada 1507
>Emer.Start O/L Bloqueo de disparo de protección 49 en un arranque de emergencia (aplicado a turbo generadores)
Entrada 1508
>Fail. Temp.inp Cuando se activa indica fallo en la entrada de temperatura de enfriamiento de la máquina ƟK
Ajuste 1601
Ther. OVER LOAD Selección para definir el estado de funcionamiento de la protección de sobrecarga térmica (ON/OFF/BLOQUEO DE DISPARO/SOLO AVISO)
Ajuste 1602
K-FACTOR Ajuste que multiplica a la corriente nominal, para determinar la corriente máxima permitida en régimen permanente de la máquina Imax. Imax=k*In (ajustable de 0.1 a 4, valor usual K=1.1)
Ajuste 1603
TIME CONSTANT Ajuste de la constante de tiempo térmica (τ) de la máquina (ajustable de 30 a 32000s).
Ajuste 1604
Ɵ ALARM Ajuste de alarma por sobretemperatura previa al disparo (ajustable entre 70 a 100% de la sobretemperatura de disparo).
Ajuste 1605 ,1606
TEMP.RISE I Temperatura nominal de la maquina referida a temperatura secundaria vista en el TC puede estar en °C o °F
Ajuste 1608 ,1609
TEMP.SCAL Temperatura de escala de la medición puede estar en °C o °F
Ajuste 1607
TEMP. INPUT Selección para definir el tipo de medición de temperatura de refrigeración de la máquina (ƟK) ( No disponible/ Profibus/RTD /4- 20mA )
Ajuste 1610
I ALARM Ajuste de alarma por corriente máxima (ajustable de 0,1 a 4 veces IN).
Ajuste 1612
K τ -FACTOR Ajuste del factor que multiplica la constante de tiempo térmico (τ) para determinar el τ con máquina parada (ajustable de 1 a 10)
Ajuste 1615
I MAX THERM. Ajuste de la limitación de corriente de la protección ANSI 49, para evitar disparos de la función ante una falla de cortocircuito (ajustable de 0,5 a 8 veces IN).
Ajuste 1616
T EMERGENCY Ajuste del tiempo de reposición cuando se requiere un arranque de emergencia (aplicado a turbo generadores)
variables IL1-IL2-IL3 Corrientes de línea de la máquina
variables Profibus/ RTD 1/ 4-20mA
Entrada de Temperatura de enfriamiento de la máquina Ɵk
sobretemperatura. La corriente
térmicamente admisible se denomina
Imax prim y se puede utilizar para el cálculo
del factor (kprim) expresado en la
Ecuación 4:
𝑘𝑝𝑟𝑖𝑚 =𝐼𝑚𝑎𝑥 𝑝𝑟𝑖𝑚
𝐼𝑁 𝑀𝑎𝑐ℎ (4)
Donde: Imax prim: Corriente máxima térmicamente
admisible (𝐼𝑚𝑎𝑥 = 𝑘 ∗ 𝐼𝑁 𝑀𝑎𝑐ℎ).
IN Mach: Corriente nominal de la máquina.
El valor de Imax prim se obtiene
generalmente de las especificaciones de
su fabricante del generador, si no está
disponibles esta corriente se asume
aproximadamente 1.1 veces la corriente
nominal. El relé permite hacer un ajuste
de 0.1 a 4 veces la corriente nominal con
incrementos de 0.01 veces.
De acuerdo a los criterios de la norma [6]
este ajuste se define en un rango entre 1
a 1.2 veces la corriente nominal.
El valor del K-FACTOR se calcula de
acuerdo a la Ecuación 5 definida por el
manual del relé [4]:
K-FACTOR= 𝑘𝑝𝑟𝑖𝑚 ∗𝐼𝑁 𝑀𝑎𝑐ℎ
𝐼𝑁𝐶𝑇 𝑝𝑟𝑖𝑚 (5)
Donde: IN Mach: Corriente nominal de la máquina.
INTC prim: Corriente nominal primaria del
transformador de corriente (TC).
3.2.6. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1603 (TIME CONSTANT)
La constante de tiempo de la máquina en
marcha τ (1603) es utilizada en el modelo
térmico para determinar la temperatura de
la máquina y si esta es la máxima
producirá un disparo.
Este valor de ajuste en el relé se
encuentra en un rango entre 30s y 32000s
con incrementos de 1s, por defecto el relé
se ajusta en 600s [4]. Este valor depende
de las características del equipo a
proteger y es dado por el fabricante de la
máquina.
Con la Ecuación 6 se calcula la constante
térmica de la máquina en marcha es igual
a:
τ = Rth ∗ Cth (6)
Donde:
Rth: Resistencia térmica de la máquina.
Cth: Capacidad térmica de la máquina.
3.2.7. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1610A (I ALARM)
En la dirección (1610A) se establece la
corriente de alarma de la máquina, la cual
se debe ajustar en amperios vista en el
secundario del TC, su valor de ajuste
debe ser menor o igual que el valor de
máxima corriente permanente admisible y
se expresa mediante la Ecuación 7:
I ALARM = K − FACTOR ∗ IN Sec (7)
El relé tiene opción de ajuste entre 0.5 a
20 A con TC de 5A y 0.1 y 4 A con TC de
1A, por defecto en el relé se ajusta en 5A
o 1A (para TC de 5A y 1A
respectivamente) [4].
El criterio de ajuste de esta dirección
depende de las condiciones operativas
del equipo a proteger.
3.2.8. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1604 (Ɵ ALARM)
En la dirección 1604 se ajusta el valor de
señalización de alarma térmico, el cual es
una advertencia antes que la máquina
alcance su temperatura de disparo,
evitando la operación del relé y la salida
de la máquina debido a que permite
reducir la carga rápidamente.
Este nivel de alarma térmico se debe
ajustar igual o mayor que el nivel de
temperatura alcanzado con la corriente de
alarma (I ALARM), está dado por la
relación entre la corriente medida 𝐼2
dividida entre (𝑘 ∗ 𝐼𝑁)2, multiplicada por el
100% y se expresa en la Ecuación 8 [3]:
𝜃 𝐴𝐿𝐴𝑅𝑀 =𝐼 𝐴𝐿𝐴𝑅𝑀2
(𝑘𝑝𝑟𝑖𝑚∗𝐼𝑁 𝑀𝑎𝑐ℎ )2 ∗ 100 (8)
Donde: 𝜃 𝐴𝐿𝐴𝑅𝑀: Temperatura de alarma.
𝐼 𝐴𝐿𝐴𝑅𝑀2: Corriente circulante igual a 𝐾 veces la
corriente nominal 𝐼𝑁
𝐼𝑁: Corriente nominal de la máquina referido
al secundario del TC.
𝑘𝑝𝑟𝑖𝑚: Factor que multiplica la corriente nominal.
3.2.9. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1605 y 1606 (TEMP. RISE I)
En las direcciones (1605 o 1606) se
inserta el ajuste de temperatura de la
máquina referido a la corriente nominal
del secundario del TC. Este valor de
ajuste se expresa en valores
normalizados teniendo como valor base la
temperatura ambiente de la máquina.
Dependiendo de las unidades de
temperatura requerida se introduce
grados Celsius (1605) o Fahrenheit
(1606).
Dado que todos los cálculos se efectúan
con valores normalizados, se debe
normalizar igualmente la temperatura
ambiente para la corriente nominal de la
máquina. Si la corriente nominal de la
máquina difiere de la corriente nominal de
los transformadores de protección,
entonces hay que adaptar la temperatura
con la Ecuación 9 [4]:
𝜃𝑁𝑠𝑒𝑐 = 𝜃𝑁𝑀𝑎𝑐ℎ ∗ (𝐼𝑁𝑇𝐶𝑝𝑟𝑖𝑚
𝐼𝑁𝑀𝑎𝑐ℎ)
2 (9)
Donde: θNsec: Temperatura de la máquina con corriente
nominal referida al secundario del TC, que es la que
se configura en el relé 7UM62 (dirección 1605 o
1606).
θNMach: Temperatura de la máquina a corriente
nominal en la máquina.
INTC prim: Corriente nominal primaria del
transformador de corriente (TC).
INMach: Corriente nominal de la máquina.
3.2.10. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1607 (TEMP. INPUT)
La dirección (1607) se usa para
seleccionar el modo de entrada de
temperatura de refrigeración de la
máquina (Ɵk), la cual tiene varias
opciones [7]:
Disabled: Esta opción deshabilita la
dirección 1607, lo cual ocasiona que por
defecto el relé tome una temperatura de
40°C. En este caso, no se considera la
configuración de las direcciones 1605 o
1606 y 1608 o 1609.
Fielbus: Valor de medición de la
temperatura de refrigeración digitalizada a
través del bus de campo.
RTD: Detector de temperatura resistivo el
cual censa la magnitud de temperatura de
refrigeración.
4-20mA: Esta opción censa la
temperatura de refrigeración y la convierte
a una corriente DC con señal en cero
directo entre 4-20mA.
Si se utiliza la detección de la temperatura
ambiente, hay que tener en cuenta que el
K-FACTOR se debe de ajustar,
refiriéndolo a una temperatura ambiente
de 40°C, es decir a una corriente máxima
admisible que produzca 40°C.
La selección de configuración de estas
entradas depende del sistema que se
emplee para el censado de la
temperatura. Por defecto el relé viene
ajustado en la dirección 1607 con
DISABLED [4].
3.2.11. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1608 y 1609 (TEMP. SCAL)
La asignación entre la señal de entrada de
temperatura de refrigeración y su escala
puede ser ajustado en la dirección 1608,
en un rango entre 40° a 300° en grados
Celsius (°C), con incrementos de 1°C.
También puede ajustarse en la dirección
1609 en un rango entre 104° a 572° en
grados Fahrenheit (°F) con incremento de
33.8°F [4].
Por ejemplo si se asume que el
transductor de temperatura a 4-20mA su
medida esta linealizada entre 40°C a
100°C. En la dirección 1608 se debe
ajustar el 100% de la temperatura de
censado a su máxima escala en 20mA, en
este caso se ajusta en 100°C y 4mA
corresponden a 40°C.
Estas direcciones se configuran
dependiendo en que magnitud de
temperatura se quiere representar en la
máquina (°C o °F). El ajuste de estas
entradas están seleccionadas por defecto
en el relé en la dirección 1608 a 100°C y
en la dirección 1609 a 212°F.
Si el ajuste de temperatura de entrada se
selecciona por RTD, la escala bajo la
dirección 1608 o 1609 no se considera,
dado que este dispositivo entrega un valor
de resistencia diferente cuando cambia de
temperatura.
3.2.12. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1612A (𝐊𝛕-FACTOR)
La constante de tiempo τ de máquina en
marcha se ajusta en la dirección (1603).
Sin embargo, durante el freno o paro la
máquina se puede enfriar más
lentamente. Este comportamiento se
puede reproducir durante el paro de la
máquina, prolongando las constantes de
tiempo en un valor de 𝐊𝛕-FACTOR
(1612A), que significa que la constante de
tiempo aumenta cuando la máquina esta
parada.
Esta constante 𝐊𝛕-FACTOR (1612A),
puede ser ajustada en un rango entre 1.0
y 10 con incrementos de 0.1. Por defecto
el relé lo ajusta en 1.0 [3 4]. Este valor
depende de las características del equipo
a proteger y es dado por su fabricante.
3.2.13. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1615A (I MAX THERM)
En la dirección (1615A) se ajusta el valor
de corriente máxima I MAX THERM para
que la función 49 dispare, este valor
determina la temperatura máxima en que
la máquina puede operar en régimen
permanente. Sí la corriente de la máquina
está por encima de su valor máximo de
ajuste, su temperatura en régimen
permanente aumenta y se produciría una
disminución del tiempo en el que alcanza
su temperatura de ajuste. Sin embargo
como existe un limitador de corriente,
corrientes por encima del valor ajuste I
MAX THERM se limitan a este valor y no
producirá cambio en los tiempos de
disparo. Por esta razón, los tiempos de
disparo para funciones de protección que
operan con corriente de cortocircuito:
protecciones contra cortocircuitos,
protección diferencial, protección de
impedancia, protección de sobrecorriente
de tiempo definido operan en un tiempo
más corto, que el de esta protección 49.
Este ajuste se realiza en un rango de 2.5
a 40A secundarios para TC de 5A o 0.5 a
8A para TC de 1A, con posibilidades de
incremento de 0.1A. Por defecto el relé se
ajusta en 16.5 para TC de 5A y 3.3A para
TC de 1A [4].
De acuerdo a la literatura este criterio de
ajuste no debe intervenir en la
coordinación de protecciones ante
cortocircuitos, como criterio definido en el
relé se aconseja ajustar a 3 veces la
corriente nominal secundaria y se expresa
en la Ecuación 10:
I MAX THERM = 3 ∗ IN Sec (10)
3.2.14. CRITERIO DE AJUSTE
DIRECCION 1616A (T EMERGENCY)
El ajuste del tiempo de retardo T
EMERGENCY ante un arranque de
emergencia se configura en la dirección
(1616), este tiempo debe asegurar que
después de un arranque de emergencia y
al activar de la entrada binaria
>Emer.Start O/L, la orden de disparo
será bloqueada hasta que se alcance este
tiempo.
Esta dirección puede ser ajustada en un
rango entre 10 a 15000s con incrementos
de 1s. Por defecto el relé está ajustado en
100s. El criterio de ajuste no está definido
en la literatura ya que depende del
comportamiento de la temperatura en
arranques de emergencia en
turbogeneradores [4].
3.2.15. CALCULO DEL TIEMPO DE
DISPARO DE LA PROTECCION ANSI 49
Si se utiliza la entrada de temperatura
dirección 1607(°𝐶), los tiempos de disparo
cambian si la temperatura de refrigeración
se desvía de su temperatura de referencia
interna de 40 ° C. La Ecuación 11 se utiliza
para calcular el tiempo de disparó [4]:
𝑡 = 𝜏 ∗ ln(
𝐼
𝐾∗𝐼𝑁)
2
+𝜃𝐾−40°𝐶
𝐾2∗𝜃𝑁−(
𝐼𝑝𝑟𝑒
𝐾∗𝐼𝑁)
2
(𝐼
𝐾∗𝐼𝑁)
2
+𝜃𝐾−40°𝐶
𝐾2∗𝜃𝑁−1
(11)
Donde: τ: TIME CONSTANT (1603).
K: K- FACTOR (1602).
IN: Corriente nominal del equipo.
I: Corriente secundaria realmente circulante.
Ipre: Corriente de carga previa.
θN: Temperatura con corriente nominal IN (1605 o
1606).
θK: Temperatura de refrigeración acoplada (1608 o
1609).
3.3. SALIDAS FUNCION ANSI 49 La función de sobrecarga térmica ANSI 49 presenta salidas las cuales se presentan en la Tabla 2. Dichas salidas son las que indican el estado de la protección o las acciones realizar.
3.4. EXPLICACION DIAGRAMA LOGICO FUNCION 49 [7] La Figura 4 corresponde al diagrama lógico de la función de protección sobrecarga térmica ANSI 49, para una
mejor comprensión se ha dividido en 4 subdiagrama lógicos, denominados limitación de corriente, sobrecorriente, sobretemperatura y entrada de temperatura. Cada uno de los subdiagrama lógicos
contiene entradas y salidas, donde las
entradas son procesadas para entregar
salidas. Cada subdiagrama lógico puede
compartir algunas entradas y salidas con
otros.
En la Figura 5 se muestra el proceso
completo de la función de protección ANSI
49 del relé SIMENS 7UM62, se ilustran los
bloques de los cuatro subprocesos en
forma detallada, los cuales son:
1. Subproceso de limitación de
corriente.
2. Subproceso de sobrecorriente.
3. Subproceso de sobretemperatura.
4. Subproceso de entrada de
temperatura de refrigeración.
En la Figura 6 se presenta el subdiagrama
lógico de limitación de corriente de la
función 49. El principal objetivo de este
subproceso es limitar las corrientes de
línea cuando se presentan las corrientes
de cortocircuitos altas, para enviar esta
corriente limitada a los subproceso de
sobrecorriente y sobretemperatura, con el
fin de garantizar que no se presente
reducción del tiempo de disparo e
interfiera con la coordinación de
protección de cortocircuito.
Este subproceso de limitación de corriente
se realiza para cada una de las corrientes
de línea, con el fin de evitar disparos ante
corrientes de cortocircuito, evitando que
actué la protección 49 antes que la
protección contra cortocircuito.
Al presentarse corrientes de cortocircuito
altas con tiempos de duración pequeños,
la protección de sobrecarga puede
alcanzar tiempos de disparo
extremadamente cortos. Esto puede
causar interferencia con la protección de
cortocircuito y por esta razón se establece
una limitación de corriente, que para esta
protección de sobrecarga, se denominada
I MAX THERM. (1615) en el relé 7UM62.
Este subproceso censa las corrientes de
línea IL1-IL2-IL3, las cuales son limitadas
en el limitador 1 al valor del ajuste en la
entrada I MAX THERM (1615). Las
corrientes que sean mayores a este valor
se reducen a este valor y no producen en
el modelo de imagen térmica ninguna
reducción del tiempo de disparo en caso
de fallas de corto circuito. La salida del
limitador entrega dos señales: una para el
proceso de sobrecorriente y otra para el
proceso de sobretemperatura.
En la Figura 7 se presenta el subdiagrama
lógico de sobrecorriente de la función 49.
El principal objetivo de este subdiagrama
es comparar las corrientes de entrada
provenientes del limitador con el ajuste de
entrada I ALARM (1610). Las salidas de
este subproceso son: señalización por
sobrecorriente y señalización de bloqueo
de la función de sobrecarga.
Para tener activo este subproceso de
sobrecorriente su entrada >BLK
ThOverload (1503) debe estar
desactivada, de lo contrario estará
bloqueada la protección 49 y activara la
salida Th.Overload BLK (1512) que
indica su desactivación.
Cada una de las corrientes que salen del
limitador de la salida del subproceso de
limitación de corriente, son comparadas
en el comparador 1 con el valor de
entrada I ALARM (1610) (Ajuste de
alarma por corriente máxima).
Tabla 2 salidas función ANSI 49 relé 7UM62
DIRECCION SALIDA DESCRIPCIÓN
1512 Th.Overload BLK Señaliza el bloqueado protección de sobrecarga
1514 Fail.Temp.inp Señaliza falla en la entrada de temperatura de refrigeración de la máquina
1515 O/L I Alarm Señaliza alarma por sobrecorriente
1516 O/L Θ Alarm Señaliza alarma por sobrecarga térmica
1517 O/L Th. pick.up Señaliza arranque de la función de sobrecarga térmica
1519 RM th. Rep. O/L Señalización de restablecimiento de memoria térmica del relé (temperatura de la máquina Ɵ=0°C)
1521 ThOverload TRIP Señalización del disparo y disparo por sobrecarga térmica
ENTRADAS DELRELE PROCESO LOGICO SALIDAS DEL RELE
AJUSTES
SEÑALES DEL SISTEMA
SEÑALIZACION
ARRANQUE POR
SOBRETEMPERATURA
(1517)
SEÑALIZACION
ALARMA POR
SOBRECORRIENTE DE
LA MAQUÍNA (1515)
SEÑALIZACION DISPARO
POR
SOBRETEMPERATURA
(1521)
SOBRECORRIENTE
SOBRETEMPERATURA
ENTRADA DE
TEMPERATURA
DE
REFRIGERACION
BkrClosed I MIN (281)
K τ -FACTOR (1612)
I MAX THERM. (1615)
I ALARM (1610)
TIME CONSTANT (1603)
K-FACTOR (1602)
Ɵ ALARM (1604)
T EMERGENCY (1616)
Ther. OVER LOAD (1601)ON/OFF/BLOCK RELAY/ALARM
ONLY
TEMP. INPUT (1607)DISABLED/FIELDBUS/RTD 1/ 4-
20mA
TRANSDUCER 2 (296)
10V/4-20mA/20mA
IL1-IL2-IL3
>Emer.Start O/L (1507)
Field bus/RTD 1 /4-20mA
>Fail. Temp.inp (1508)
>RM th.rep. O/L (1506)
>BLK ThOverload (1503)
LIMITADOR
DE
CORRIENTE
SEÑALIZACION
BLOQUEO PROTECCION
DE SOBRECARGA(1512)
SEÑALIZACION ALARMA
SOBRETEMPERATURA
DE LA MAQUINA (1516)
>Emer.Start O/L (1507)
TRANSDUCTOR
SEÑALIZACION FALLA DE
ENTRADA DE
TEMPERATURA (1514)
SEÑALIZACION
REPOSICION DE
TEMPERATURA (Ɵk =0)
(1519)
Figura 4.Diagrama lógico función ANSI 49
Ther. OVER LOAD (1601)
ON
OFF
BLOCK RELAY
ALARM ONLY
ON
ENTRADAS DEL RELE PROCESOS SALIDAS DEL RELE
AJUSTES
SEÑALES DEL SISTEMA
O/L Ɵ Th. Pick.up (1517)
BkrClosed I MIN (281)
K τ -FACTOR (1612)
TIME CONSTANT (1603)
K-FACTOR (1602)
Ɵ ALARM (1604)
T EMERGENCY (1616)
IL1
IL2
IL3
>Emer.Start O/L (1507)
Field bus
RTD 1
4-20mA
CALCULO DE IMAGEN
TERMICA
(MODELO TERMICO)
O/L Ɵ Alarm (1516)
Kτ *τ
T
100% fijo de
temperatura
contador
AND 2
Comparador 2
ab
a
a>b
b
Comparador 3
Comparador 4a>b
b
a
ThOverload TRIP(1521)
Trip matrix
Tmin TRIP CMD
a<b
I MAX THERM. (1615)
SEÑALIZACION ARRANQUE POR
SOBRETEMPERATURA
SEÑALIZACION Y DISPARO POR
SOBRETEMPERATURA
SEÑALIZACION ALARMA POR
SOBRETEMPERATURA
0
TRANSDUCTOR
INTERNO ƟK
TEMP. INPUT (1607)
DISABLED(Ɵk=40 °C)
FIELDBUS
RTD 1
4-20mA
IMAX THERMI
Ɵ
I ALARM (1610)
OR
1
AND
1
a
b
a>b
comparador 1
>BLK ThOverload (1503)Th.Overload BLK O/L (1512)
SEÑALIZACION BLOQUEO PROTECCION
DE SOBRECARGA
O/L I Alarm (1515)
SEÑALIZACION ALARMA POR
SOBRECORRIENTETRANSDUCER 2 (296)
10 V
4-20mA
20mA
>Fail. Temp.inp (1508)
>RM th.rep. O/L (1506)
AND
4
OR
3
AND
3
DISABLED(Ɵk=40 °C)
4-20mA
4-20mA
4-20mA
< 2mA
a
Comparador 6
ba<b
OR
2
Fail.Temp.inp (1514)
(Ɵk=40°C)
RM th.rep. O/L (1519)
(Ɵ=0°C)
SEÑALIZACION FALLA DE ENTRADA DE
TEMPERATURA
SEÑALIZACION REPOSICION DE
TEMPERATURA
Limitador 1 1
2
3
4
Ɵmax
ƟcalX 100
a
b a<b
Ɵ%
Ɵ%
Comparador 5
Figura 5.Diagrama lógico detallado
ENTRADAS DEL RELE LIMITACION DE CORRIENTES SALIDAS DEL RELE
AJUSTES
SEÑALES DEL SISTEMA
I MAX THERM. (1615)
IL1-IL2-IL3
SUBPROCESO DE SOBRECORRIENTE
SUBPROCESO DE SOBRETEMPERATURA
Limitador 1
IMAX THERMI
Ɵ
Figura 6.Subproceso de limitación de corriente
ENTRADAS DEL RELE PROCESOS SALIDAS DEL RELE
AJUSTES
O/L I Alarm (1515)
I ALARM (1610)
>BLK ThOverload (1503)
a
b
a>b
comparador 1
OR 1 AND 1
Th.Overload BLK O/L
(1512)
LIMITADOR DE
CORRIENTE
SOBRETEMPERATURA
I MAX THERM. (1615)
IL1
IL2
IL3
SEÑALIZACION ALARMA
POR SOBRECORRIENTE
SEÑALIZACION BLOQUEOO
PORTECCION DE
SOBRECARGA
Figura 7.Subproceso de sobrecorriente
Las señales salientes del comparador
entran a una compuerta OR 1, la cual es
activada si y solo si una o todas las
corrientes provenientes del comparador 1
sobrepasan el límite de ajuste de la
entrada I ALARM (1610).
La salida de alarma por sobrecorriente
O/L I Alarm (1515) se activa cuando la
compuerta AND 1 este activa, esta
activación se presenta cuando:
1. La salida de compuerta OR 1 sea “1”.
2. La entrada >BLK ThOverload (1503)
este desactivada, ya que entra
negada.
De este modo la compuerta AND 1 es
activada y dará la activación de la salida
O/L I Alarm (1515), la cual es la alarma por
sobrecorriente.
La salida de la compuerta AND 1 también
envía una señal al subproceso de
sobretemperatura para que este pueda
completar su proceso interno.
En la Figura 8 se presenta el diagrama
lógico del subproceso de
sobretemperatura de la función 49. Este
subproceso con las señales de
temperatura de entrada de refrigeración
de la máquina, las corrientes de línea que
salen del limitador y la constante de
tiempo térmica de la máquina determina la
temperatura de la máquina a través de un
modelo interno. La salida de este modelo
entrega la temperatura de la máquina la
cual dependiendo de su valor puede
entregar una señal de arranque, alarma o
disparo.
Para activar la función de protección de
sobrecarga térmica, se debe encender la
función (ON) por medio de la entrada
Ther. OVER LOAD (1601). Esta entrada
puede configurarse en cuatro estados:
• ON: La función estará activa.
• OFF: La función estará desactivada.
• Block realy: La función estará
bloqueada.
• Alarm Only: La función estará
activa pero solo dará alarma.
El estado seleccionado en la entrada The.
OVER LOAD (1601) entra a la compuerta
AND 2.
Este subproceso reconoce si la máquina
esta parada, cuando censa las tres
corrientes de línea IL1-IL2-IL3 y una de
ellas está por debajo del valor umbral
BkrClosed I MIN (281). Esta
comparación se ejecuta en el comparador
2, al cual le entran las corrientes de línea
IL1-IL2-IL3 y la entrada Bkr Closed I MIN
(281).
Si se sobrepasa el ajuste Bkr Closed I
MIN (281) se considera que el interruptor
de potencia está cerrado, es decir la
máquina está en servicio. Por esta razón
este parámetro se utiliza como contador
de horas de servicio.
La constante de tiempo térmica difiere
cuando la máquina esta parada o en
marcha, cuando la máquina esta parada
se enfría por convección natural y cuando
está en marcha se enfría por ventilación.
Con máquina en marcha para 𝛕 se utiliza
TIME CONSTANT (1603) y con máquina
parada utiliza 𝐊𝛕 − 𝐅𝐀𝐂𝐓𝐎𝐑 (1612).
Si el comparador 2 se activa significa que
la máquina está parada, por lo tanto la
constante de tiempo 𝛕 de la máquina en
marcha (TIME CONSTANT (1603)), se
debe multiplicar por el ajuste para
máquina parada K𝝉- FACTOR (1612), la
salida del multiplicador entra al modelo de
cálculo de temperatura.
Si la máquina está en marcha la constante
de tiempo 𝛕 de la máquina (TIME
CONSTANT (1603)) entra directamente al
modelo de cálculo de temperatura.
Las señales de corrientes limitadas
provenientes del subproceso de limitación
de corrientes también entran
directamente al modelo de cálculo de
temperatura.
Para iniciar el cálculo de la temperatura
de la máquina mediante el modelo de
imagen térmica, se debe indicar el modo
de entrada de temperatura de
refrigeración de la máquina, el cual se
selecciona en la entrada TEMP. INPUT
(1607), las opciones de selección son
cuatro:
• Disabled: significa que la temperatura
de refrigeración no está disponible, por
lo no tanto el modelo de cálculo de
temperatura asume una temperatura de
refrigeración en 𝛉𝐤=40 °C).
• Profibus: significa que la medición de
temperatura de refrigeración ingresa
por medio de protocolo de comunicación
a un conversor interno del relé el cual
interpreta la temperatura de
refrigeración 𝛉𝐤 y la manda a la matriz
de cálculo de temperatura).
• RTD 1: significa que la medición
de la temperatura de refrigeración se
realiza por de una RTD externa, su salida
entra al transductor del relé que convierte
esta señal en temperatura de refrigeración
𝛉𝐤 y la envía al modelo de cálculo de
temperatura.
• 4-20mA: Significa que la medición
de la temperatura de refrigeración se
realiza a través de un transductor externo
que traduce esta temperatura a una señal
de corriente de 4-20 mA, esta señal de
corriente entra al transductor interno del
relé el cual interpreta la temperatura de
refrigeración 𝛉𝐤 Luego, la envía al modelo
de cálculo de temperatura.
Al modelo de cálculo de imagen térmica
también debe ingresar la corriente
máxima permitida en régimen permanente
de la máquina, esta corriente se denomina
Imax (Imax = K ∗ IN) y se calcula
multiplicando la corriente nominal por un
factor K denominado 𝐊 −
𝐅𝐀𝐂𝐓𝐎𝐑 (𝟏𝟔𝟎𝟐), el cual es dato de ajuste.
Con estas cinco entradas: corrientes
limitadas de línea, constante de tiempo de
la máquina, factor de máquina parada,
factor de máxima corriente permitida y
temperatura de refrigeración, el modelo
de imagen térmica calcula la temperatura
de la máquina, hace el cálculo de un valor
de temperatura para cada corriente de
línea. Estos valores de temperatura al
pasar por el bloque de porcentaje,
expresa las temperaturas calculadas de la
máquina en porcentaje, es decir, la
temperatura calculada se divide entre la
temperatura máxima, denominada θmax y
se multiplica por 100. La temperatura
máxima se calcula para la Imax de
entrada.
La señal de salida del bloque de
porcentaje se envía a:
1. A una entrada del comparador 3, el
cual compara la temperatura en
porcentaje calculada de la máquina
con la temperatura alarma 𝛉 ALAMR
(1604), Si la temperatura en porcentaje
es mayor se activa la salida
señalización de alarma por sobrecarga
térmica O/L 𝛉 ALARM (1516).
2. A una entrada del comparador 4, el
cual compara la temperatura en
porcentaje calculada de la máquina
con la temperatura interno ajustado al
100%, sí la temperatura en porcentaje
de la máquina es mayor o igual al
ajuste del 100% se activa la salida del
comparador 4 envía esta salida a dos
partes:
• Activación de la salida de señalización del arranque O/L Th.Pick.up (1517).
• A la compuerta AND 2 En este subproceso de sobretemperatura
existen otros dos ajustes de entrada que
se utilizan para hacer arranques rápidos
cuando la máquina se ha disparado.
Cuando la máquina se dispara empieza a
disminuir lentamente su temperatura aún
después de que la máquina quedo
completamente parada, es decir la
máquina se enfría en un tiempo
determinado.
Si se desea conectar de nuevo la máquina
se debe esperar este tiempo de
enfriamiento, pero si la conexión requiere
en un tiempo menor, se le debe indicar al
relé que inhabilite por un tiempo el cálculo
de la temperatura, para evitar que se
presenten disparos por sobretemperatura.
Este tiempo que inhabilita el cálculo de la
temperatura se denomina en esta función
T EMERGENCY (1616), el cual se
compara (comparador 5) con el tiempo de
un temporizador descendente que se
habilita cuando la señal >Emer.start O/L
(1507) está activa. Si el tiempo T
EMERGENCY (1616) es mayor que el
tiempo del contador a la entrada de AND2
hay cero.
Para que la salida de señalización de
disparo y disparo de la máquina de
máquina (ThOverload TRIP (1521)) se
active, deben estar activas las cuatro
entradas de la compuerta AND2, es decir:
1. Ajuste The. OVER LOAD (1601) en posición ON “1”, es decir la función 49 está activa.
2. Ajuste >Emer.start O/L (1507) desactivado, es decir la salida del comparador 5 en “0” lo cual indica que no hay activación de tiempo de emergencia T EMERGENCY (1616).
3. Señal de salida del comparador 4 en “1”, es decir la temperatura que tiene la maquina debe estar por encima del valor de ajuste de sobretemperatura permitido, que corresponde cuando la temperatura alcanza el 100% o más de la temperatura de disparo.
La señal de salida de alarma por
sobrecorriente debe estar en “1”, es decir
la corriente que está circulando por la
máquina debe estar por encima del valor
de ajuste de sobrecorriente permitido
En la Figura 9 se representa el
subproceso de entrada de temperatura de
refrigeración de la máquina. En este
subproceso se tiene en cuenta el tipo de
entrada de temperatura para indicar si hay
alguna falla en la medición, además si se
requiere restablecer la memoria del
cálculo de temperatura (colocarla en 0%),
se puede hacer por medio de una entrada
de restablecimiento de memoria, la cual
enviara una señal de salida denominada
reposición de temperatura y puede
producir una señalización de
desactivación de la función 49.
Para el funcionamiento de este
subproceso la entrada de temperatura de
refrigeración en el ajuste TEMP.INPUT
(1607) debe estar habilitada, el modelo
asume la temperatura de refrigeración en
40°C si esta entrada esta deshabilitada.
La señalización de falla de falla de entrada
de temperatura se produce cuando se
activan las tres entradas de la AND4, las
cuales son:
1. Temperatura de entrada habilitada.
2. Activación de la compuerta OR2, la
cual se produce cuando hay señal de
activación de la compuerta AND3 o
la señal de entrada del ajuste
>Fail.Temp.inp (1508) es activada.
3. Cuando no se presenta bloqueo de la
función 49.
La activación de la compuerta AND3 se
produce cuando se cumplen las
siguientes condiciones:
1. Si el ajuste TEMP.INPUT (1607) esta
seleccionado en señales de 4-20 mA
2. Cuando el TRANSDUCER 2 (296) se
ha seleccionado en una entrada de 4-
20mA.
3. Si en la entrada de 4-20 mA de la
temperatura de refrigeración se
presenta una perturbación y su señal
se encuentra por debajo de 2 mA.
Al activarse la compuerta OR 2 se envía
una señal de activación a la compuerta
AND 4. La cual se activa cuando se
cumplen tres condiciones:
1. Si la entrada TEMP.INPUT (1607) no
está seleccionada en deshabilitada
(disabled).
2. Si la hay señal de activación de la
compuerta OR 2.
3. La entrada de bloqueo de protección
de sobrecorriente >BLK ThOverload
(1503) no debe estar activa.
La señalización de reposición de
temperatura se produce cuando se activa
la OR3, la cual se activa cuando se
cumple cualquiera de estas dos
condiciones:
• Si la a entrada de restablecimiento de
memoria térmica del relé >RM th.rep.
O/L (1506) está activa.
• Si la entrada de bloqueo de protección
de sobrecarga 49 >BLK ThOverload
(1503), está activa.
La señalización del bloqueo de la función
de sobrecarga se produce cuando la
entrada de bloqueo de protección de
sobrecarga 49 >BLK ThOverload
(1503), está activa.
3.5. RESULTADOS DE APLICACIÓN
DE CRITERIOS
En la tabla 3 se ajusta cada una de las
entradas de la protección de sobrecarga
térmica ANSI 49 aplicada al grupo
generador 2 de la central hidroeléctrica
del bajo Anchicayá Utilizando los criterios
antes definidos.
3.6. PRUEBA DE OPERACION DE
LA FUNCION ANSI 49.
Se probó la operatividad del relé de
acuerdo a la Tabla4, en la cual se puede
observar las 4 pruebas que se realizaron,
las condiciones de operación de la
máquina y los resultados.
CONCLUSIONES
Utilizando información proveniente de la
empresa EPSA-CELSIA se realizó el
ajuste de la protección ANSI 49 para el
generador 2 del Bajo Anchicayá logrando
comprobar su operatividad al momento de
hacer prueba de inyección de corrientes
con un simulador de sistemas de potencia
y de esta forma dejar ajustada la
protección.
Al realizar las pruebas se identificó que la
temperatura a la corriente de alarma en su
tiempo de estabilización alcanza la
activación de alarma por temperatura, de
este modo la protección permite al
operador bajar carga antes de alcanzar
una corriente de carga que provoque
temperatura de disparo y daños a la
máquina.
Este método de cálculo de temperatura
del estator tiene menor invasión que otras
técnicas de medición de temperatura lo
cual hace atractivo su uso en el análisis de
calentamiento de estas máquinas.
La protección de sobrecarga térmica ANSI
49 no está ajustada en ningún generador
de la empresa EPSA-CELSIA, con este
documento se abre brecha para poder
empezar a ajustar esta protección en los
generadores de la empresa a un bajo
costo ya que en la mayoría de sus
generadores se encuentra el relé 7UM62.
El disparo por sobretemperatura se logra
al llegar a 5.05 A secundarios el cual se
encuentra 0.03 A por encima de la
corriente máxima admisible lo cual cumple
en que el generador puede funcionar sin
provocar activación del disparo de la
protección más si se activan las alarmas
por corriente y temperatura.
BIBLIOGRAFIA
[1] D. E. L. Sein and D. E. L. Sein,
“Criterios De Ajuste Y Coordinación,”
Rosas ramon, 2005.
[2] IEC 60255-8:1990, Electrical relays –
Part 8: Thermal electrical relays.
[3] IEC 60255-149:2013 ( Ed. 1 ),
Measuring relays and protection
equipment Part 149:Functional
[4] SIEMENS. Manual SIPROTEC
7UM62 Multifunctional Machine
Protection (v4.6). Marzo 2010.
[5] P. D. E. Generadores, “ASEA
RELAYS,” 1983.
[6] KOSTENKO, M. P. Y PIOTROVSKY,
L. M. “MÁQUINASS ELECTRICAS II”.
Editorial Mir. Moscú. 1976.
[7] S.D.BALANTA. J.A. PLAZAS.
N.G.CAICEDO “Ajuste de la funcion
de sobre carga termica (49) de un
generador de la central hidroelectrica
del Bajo Anchicaya” 2017.
[8] JAIME J, ALVAREZ. Circuitos
excitados por señales alternas v.
Editorial Alsina, 2000.
[9] FRAILE MORA, J. 2008. Máquinas
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Interamericana.
[10] KOSTENKO, M. P. Y
PIOTROVSKY, L. M. “MÁQUINASS
ELECTRICAS I”. Editorial Mir. Moscú.
1979.
[11] MRI3-ITE ( R ) - Time overcurrent
relay with thermal replica and earth
current measuring,” Order A J. Theory
Ordered Sets Its Appl.
[12] requirements for thermal electrical
relays
[13] IEEE Guide for AC Motor
Protection. Std C37.96-2000.
[14] NEMA Standards Publication No.
MG 1-1993. Motors and Generators.
Ther. OVER LOAD (1601)
ON
OFF
BLOCK RELAY
ALARM ONLY
ON
ENTRADAS DEL RELE SOBRETEMPERATURA SALIDAS DEL RELE
AJUSTES
SEÑALES DEL SISTEMA
O/L Ɵ Th. Pick.up (1517)
BkrClosed I MIN (281)
K τ -FACTOR (1612)
TIME CONSTANT (1603)
K-FACTOR (1602)
Ɵ ALARM (1604)
T EMERGENCY (1616)
IL1
IL2
IL3
>Emer.Start O/L (1507)
Field bus
RTD 1
4-20mA
CALCULO DE IMAGEN
TERMICA
(MODELO TERMICO)
O/L Ɵ Alarm (1516)
Kτ x τ
SOBRECORRIENTE
T
100% fijo de
temperatura
Temporizador
AND 2
LIMITADOR
DE
CORRIENTE
Comparador 2
ab
a
a>bb
Comparador 3
Comparador 4a>b
b
a
ThOverload TRIP(1521)
Trip matrix
Tmin TRIP CMD
a<b
I MAX THERM. (1615)
SEÑALIZACION ARRANQUE
POR SOBRETEMPERATURA
SEÑALIZACION Y DISPARO
POR SOBRETEMPERATURA
SEÑALIZACION ALARMA POR
SOBRETEMPERATURA
0
TRANSDUCTOR ƟK
TEMP. INPUT (1607)
DISABLED(Ɵk=40 °C)
FIELDBUS
RTD 1
4-20mA
DISABLED(Ɵk=40 °C)
a<b
a
b
Ɵ%
Ɵmax
ƟcalX 100
Ɵ%
Comparador 5
Figura 8.Subproceso de sobretemperatura
TEMP. INPUT (1607)DISABLED
Field bus
RTD 1
4-20mA
DISABLED
ENTRADAS ENTRADA DE TEMPERATURA DE REFRIGERACION SALIDAS
AJUSTES
SEÑALES DEL SISTEMA
Fail.Temp.inp (1514)
(Ɵk=40°C)
RM th.rep. O/L (1519)
(Ɵ=0°C)
TRANSDUCER 2 (296)
10 V
4-20mA
20mA
Field bus
RTD 1
4-20mA
>Fail. Temp.inp (1508)
>RM th.rep. O/L (1506)
>BLK ThOverload (1503)Th.Overload BLK (1512)
< 2mA
a
Comparador 5
OR 2AND 3
AND 4
ba<b
OR 3
4-20mA
4-20mA
4-20mA
SEÑALIZACION FALLA DE ENTRADA DE TEMPERATURA
SEÑALIZACION REPOSICION DE TEMPERATURA
SEÑALIZACION BLOQUEO PROTECCION DE SOBRECARGA
Figura 9.Subproceso entrada de temperatura
DATOS BAJO ANCHICAYA RESULTADO CRITERIOS DE AJUSTE
NOMBRE DE PARAMETRO VALOR DIRECCION
7UM62 SEÑAL DE ENTRADA AJUSTE
Corriente nominal del generador (INmach) Tensión nominal del generador Corriente máxima permisible (IMAXprim) Relación de transformación del TC Constante de tiempo Temperatura nominal de la maquina
1359,7 A 6,9 Kv 1506 A
1500/5 A 600 S
60°
116 Therm.Overload Enabled
281 BkrClosed I MIN 0.2A
296 TRANSDUCER 2 10V
1601 Ther. OVER LOAD ON
1602 K-FACTOR 1.01
1603 TIME CONSTANT 600s
1604 Ɵ ALARM 83%
1605 TEMP.RISE I 73.02°C
1606 TEMP.RISE I -
1607 TEMP. INPUT Disabled
1608 TEMP.SACL -
1609 TEMP.SACL -
1610A I ALARM 4.58A
1612A K τ -FACTOR 1
1615A I MAX THERM. 9.06A
1616A T EMERGENCY 100s
Tabla 3.Datos unidad de generación 2 Bajo Anchicayá
Tabla 4.Pruebas de operación
PRUEBA CONDICION DE OPERACIÓN DE LA MAQUINA
RESULTADO
Condiciones nominales Normal No opera
Módulo de sobrecorriente Sobrecorriente Alarma por sobrecorriente
Módulo de sobretemperatura sobrecorriente y sobretemperatura
Alarma por sobrecorriente y sobretemperatura
Modulo completo sobrecarga Alarma por sobrecorriente, sobretemperatura y disparo por sobretemperatura