RELÉ DE SOBRE RELE DE SOBREINTENSIDAD A TIERRA

PARA REDES PUESTAS A TIERRA RÍGIDAMENTE A TRAVÉS DE RESISTENCIAS

Traducción del original

Español

Revision: A

MANUAL

XI1S, XI1SRPROTECTION TECHNOLOGYMADE SIMPLE

RELÉ DE SOBREINTENSIDAD A TIERRA PARA REDES PUESTAS A TIERRA RÍGIDAMENTE A TRAVÉS DE RESISTENCIAS

Professional Line

2 TB XI1-S/-SR 02.02 SP

Índice

1. Aplicaciones y características

2. Esquemas y conexiones

3. Funcionamiento3.1 Detección del sentido de la derivación a

tierra (XI1-S-R)3.2 Exigencias a los transformadores

principales de corriente

4. Mandos y ajustes4.1 Ajuste de los microinterruptores DIP4.2 Ajuste de los valores de disparo4.3 Comunicación a través de interface serie

XRS1

5. Carcasa y datos técnicos5.1 Carcasa5.2 Datos técnicos5.3 Protección independiente de derivaciones

a tierra5.4 Protección dependiente de derivaciones a

tierra5.5 Características de disparo

6. Formulario de pedido

1. Aplicaciones y características

El relé XI1-S de la PROFESSIONAL LlNE es un reléuniversal de protección contra derivaciones a tierrapara máquinas eléctricas, conductores y redes conpunto de estrella puesto a tierra rígidamente o puestoa tierra a través de resistencias. Se utiliza,preferentemente, en redes radiales. Con frecuencia seutiliza también el XI1-S como protección de reservaen el punto central de puesta a tierra de la red.Entonces, el relé registra todas las derivaciones atierra del sistema de red. En este caso se elige unretardo de disparo mayor que el tiempo de disparomás largo de todos los demás dispositivos devigilancia de derivación a tierra conectados en la red.

La variante del aparato XI1-S-R con registro delsentido de la derivación a tierra es una protecciónselectiva contra derivaciones a tierra, y sueleutilizarse, por lo general, en redes anulares, en redescon conductores paralelos y en redes con sistemasmuy complejos.

En las dos variantes del aparato hay la posibilidad deelegir entre las siguientes características de disparo:

• característica de disparo independiente• característica de disparo dependiente

Normal InversaFuertemente InversaExtremadamente Inversa

Todos los aparatos de la PROFESSIONAL LlNE ofrecenla precisión y superioridad de la técnica digital deprotección frente a dispositivos de protecciónconvencionales, y se caracterizan por laspropiedades siguientes:

• Elevada precisión de medida gracias alprocesamiento 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 sepuede montar a posteriori

• Filtrado digital de las magnitudes de medida conanálisis de Fourier discreto

• Tiempos de respuesta sumamente rápidos• Forma de ejecución compacta mediante técnica SMD

Nota: En caso de necesitar un relé de corriente atierra sensible no direccional se disponealternativamente del relé tipo XI1-E.

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2. Esquemas y conexiones

Entradas analógicas

Las señales analógicas de entrada de las corrientes sehacen lIegar al aparato a través de las bornas IE1 yIE2. La tensión cero, necesaria para detección delsentido de la corriente, se conecta desde el bobinadoen triángulo abierto de los transformadores de tensióna las bornas Ue y Un.

Suministro de tensión auxiliar

El aparato XI1-S/-S-R necesita una fuente separadade tensión auxiliar, para lo que se puede utilizar unatensión alterna o una tensión continua. Para ello elXI1-S/-S-R cuenta con una etapa integrada de reduniversal de amplio margen. A las bornas deconexión A1 - A2 se pueden conectar tensionesauxiliares en un margen comprendido entre 19 - 390V DC o 36 - 275 V AC.

Figura 2.1: Esquema de conexión del XI1-S

Figura 2.2: Esquema de conexión del XI1-S-R

Posición de los contactos

Aparato sin tensión, ofuncionamiento sinavería.

Contactos tras haberseproducido un disparopor sobreintensidad.

Contactos tras haberseproducido un disparorápido porsobreintensidad a tierra.

Figura 2.3: Posición de los contactos

Observación:Si se desea que los contactos de disparo de IE> yIE>> actúen conjuntamente sobre la bobina dedisparo del interruptor de potencia, deberán unirseexternamente.

Alternativamente al registro de la derivación a tierra sepuede conectar un transformador toroidal de medidaa las bornas IE1 e IE2.

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3. Funcionamiento

Las corrientes alternas características procedentes delos transformadores principales de corriente setransforman en la etapa analógica, a través detransmisores de entrada y de resistencias Shunt, entensiones separadas galvánicamente. A continuaciónunos filtros analógicos RC suprimen la influencia deperturbaciones acopladas. La tensión de medida sehace llegar a las entradas analógicas (TransformadorAnalógico/Digital) del microprocesador, y acontinuación se transforma en señales digitales através de circuitos Sample y Hold. Todo el pro-cesamiento posterior se efectúa con estos valoresdigitalizados. El registro de los valores tiene lugar conuna frecuencia de exploración de 800 Hz (960 Hz)de manera que, cada 1,25 ms (1, 11 ms) a unafrecuencia de 50 Hz, (60 Hz) se registran los valoresmomentáneos de las magnitudes de medida.Cuando se excitan los circuitos de medida, parpadeael LED correspondiente. Una vez transcurrido el tiempode retardo ajustado, el parpadeo intermitente pasa aluz continua.

3.1 Registro del sentido de laderivación a tierra (XI1–S-R)

El principio de medida para la determinación del sentidode la derivación a tierra se basa en la medición delángulo de fases, y de este modo también en la mediciónde coincidencia entre las mediciones de la corriente ceroy de la tensión cero.La tensión cero, necesaria para la detección del sentido,se mide a través de los bobinados en triángulo abiertode los transformadores de tensión (Conexión a lasbornas Ue y Un)La mayor parte de los fallos que se producen en una redrígida, tienen predominantemente carácter inductivo. Poreso se ha elegido como ángulo característico entrecorriente y tensión, con el que se consigue la máximasensibilidad de la medición, el ángulo de 110°adelantado respecto a le tensión cero U0.

Figura 3.1: Derivación en redes puestas rígidamente a tierra

En las redes puestas a tierra a través de resistencias,la mayor parte de los fallos tienen predominantementecarácter óhmico con pequeña parte proporcional decarácter inductivo. Por eso, para estas formas deredes, se ha elegido como ángulo característico el de170 respecto a la tensión cero U0 (ver figura 3.2).

Figura 3.2: Derivación a tierra en redes puestas a tierra a travésde resistencias

El margen de respuesta del elemento direccional sefija en todo caso, girando en ± 90° el indicador decorriente del ángulo característico.

3.2 Exigencias a los transformadoresprincipales de corriente

Los transformadores de corriente deben dimensionarsede tal modo que, no lleguen a saturarse con lascorrientes siguientes:Etapa independiente de sobreintensidad a tierra ytiempo K1= 2Etapa dependiente de sobreintensidad a tierra ytiempo K1= 20Disparo rápido por cortocircuito a tierra K1= 20K1= Factor de corriente referido al valor de ajuste,con el que el transformador de corriente no funcionaaún en el margen de saturación.Además, los transformadores tienen quedimensionarse de acuerdo con las corrientes máximasde cortocircuito que puedan producirse en la red, orespectivamente en el objeto a proteger.En el dimensionado de los transformadores decorriente, repercute de forma muy positiva la reducidapotencia absorbida por el XI1-S/-S-R, que es tan sólode <0,1 VA. Puede asimismo tomarse enconsideración en las consideraciones para eleccióndel aparato la carga mínima de los transformadores,debido a la relación directa que tiene este hecho conla clase de protección.

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4. Mandos y ajustes

En la placa frontal del XI1-S/-S-R se encuentran todoslos mandos necesarios para el parametrado delaparato, así como todos los elementos de indicación.De esta manera se pueden efectuar los ajustes delaparato sin necesidad de desmontarlo del carril defijación.

Figura 4.1: Placa frontal del XI1-S

Figura 4.2: Placa frontal del XI1-S-R

Para ajustar los parámetros hay que abrir la cubiertatransparente del relé, como se expone en la figura.¡No forzar el aparato!En la cubierta transparente hay dos zonas paraintroducir rótulos de identificación.

Figura 4.3: Apertura de la tapa frontal

LEDs

El LED “ON” sirve para indicar que el aparato estálisto para el servicio, (estando aplicada la tensiónauxiliar de alimentación Uv). Los LEDs IE> y IE>>señalizan la excitación (el LED parpadeaintermitentemente) o respectivamente disparo de lascorrespondientes funciones (luz continua).

Tecla de prueba (TEST)

Esta tecla sirve para producir un disparo de pruebadel aparato. Tras haber pulsado la tecla durante 5segundos, tiene una comprobación del Hardware,durante la cual los dos relés de salida pasan asituación de disparo, encendiéndose los LEDs dedisparo.

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4.1 Ajuste de los microinterruptores DIP

El bloque de microinterruptores DIP, situado en laplaca frontal del aparato sirve para ajustar losmárgenes nominales y para parametrar las funcionesdel aparato.

Microinterruptor DIP OFF ON Función1* DEFT NINV2* DEFT VINV3* DEFT EINV

Ajuste de la característica de disparo para IE>

4 Puesto a tierrarígidamente 110°

Puesto a tierra através deresistencias 170°

Conmutación del ángulo característico de 110° a170° (en el XI1-S fuera de servicio)

5 No bloqueado Bloqueado Bloqueo de la etapa IE>>6 50 Hz 60 Hz Ajuste de la frecuencia nominal

7* x 1 s (x1) x 10 s (x2)Factor de tiempo DEFT para tIE> (entre paréntesislos factores para disparo dependiente)

8* x 1 s x 100 s 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 laprotección contra derivación a tierra y tiempo puedeajustarse 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 deestos tres microinterruptores DIP. En caso de un ajusteerróneo (p. ej. 2 microinterruptores DIP paracaracterística de disparo IE> puestos en posición"ON"), se produce inmediatamente el disparo.

Están permitidas las configuraciones siguientes paraajuste de la característica de disparo:

Figura 4.4: Ajuste de la característica de disparo

Selección del punto de estrella puesto rígidamentea tierra / puesto a tierra a través de resistencias

Dependiendo del tratamiento del punto de estrella, setendrá un ángulo característico entre corriente ytensión en el caso de producirse un fallo porderivación a tierra.

Con ayuda del microinterruptor DIP 4 se puedeseleccionar entre punto de estrella puesto rígidamentea tierra (ángulo característico = 110°) y punto deestrella puesto a través de resistencias (ángulocaracterístico = 170°).

Bloqueo de la etapa de disparo rápido porderivación a tierra (IE>>)

Si el microinterruptor DIP 5 se encuentra en posición“ON”, entonces está bloqueada la etapa de disparorápido por derivación a tierra.

Frecuencia nominal

El XI1-S/-S-R puede ajustarse con ayuda delmicrointerruptor DIP 6, a 50 ó 60 Hz, dependiendode las características dadas de la red.

Conmutación de márgenes de tiempo

Con ayuda del microinterruptor DIP 7 se multiplica eltiempo de disparo tIE> de la etapa de disparoindependiente por el factor 10, y la etapadependiente de disparo se multiplica por el factor 2.Con el microinterruptor DIP 8 se puede multiplicar eltiempo de disparo de la etapa independiente dedisparo por el factor 100.

Característica de disparo independiente

Normal Inversa

Fuertemente Inversa

Extremadamente Inversa

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4.2 Ajuste de los valores de disparo

Los aparatos de la PROFESSIONAL LINE cuentan conuna posibilidad de ajuste única de extraordinariaexactitud. Para ello se emplean dos potenciómetros.Un potenciómetro de ajuste basto puede ajustarse, convalores discretos, del mismo modo que un interruptorescalonado, y de ese modo se fija el valor de disparoen etapas de 0,25 x In. Un segundo potenciómetropara ajuste fino (0 - 10%) es ajustable de formacontinua para el valor. Sumando los valores se obtieneun valor de disparo extraordinariamente exacto.

Ajuste de la etapa de derivación a tierra

La etapa de derivación a tierra IE> puede ajustarsecon ayuda de los potenciómetros que se indican en lafigura siguiente en un margen comprendido entre0,25 - 1,75 x In.

Ejemplo:Se desea ajustar un tiempo de disparo IE> de 1,15 xIn. El valor de ajuste del potenciómetro de la derechase suma sencillamente al valor de ajuste delpotenciómetro del ajuste basto.

Figura 4.5: Ejemplo de ajuste

Retardo de disparo para el disparo porsobreintensidad a tierra

El tiempo de disparo por derivación a tierra esajustable en un margen comprendido entre 0 - 100segundos para la etapa de protección independiente(DEFT). En el caso de la protección dependiente(NINV, VINV o EINV) se puede ajustar un factor detiempo desde 0,1 - 2.

Disparo rápido por cortocircuito a tierra

El disparo por derivación a tierra puede ajustarsedentro de un margen comprendido entre 1 - 15 x In.El ajuste se efectúa de manera similar al ajuste de laetapa de sobreintensidad. El disparo por cortocircuitoa tierra del relé XI1-S-R no es direccional ya que encaso de fallo, esta etapa debe disparar en un tiempomuy breve.

Retardo de disparo para la etapa de disparorápido por cortocircuito a tierra

El tiempo de respuesta para el disparo rápido porcortocircuito a tierra es ajustable continuamente en unmargen comprendido entre 0 - 1,25 segundos.

4.3 Comunicación a través de interfaceserie XRS1

Figura 4.6: Principio de la comunicación

Para la comunicación de los aparatos con un nivelsuperior de control, se dispone del interface serieXRS1, para transmisión de datos, junto con todo elSoftware necesario para ello. El adaptador, se montalateralmente e instala posteriormente de forma muysencilla.Mediante transmisión óptica permite la separacióngalvánica del relé. De esta manera se puedeseleccionar los valores de medida, se puedeparametrar el relé y se pueden asimismo configurarlasfunciones de protección del relé de salida.Para más detalles sobre el funcionamiento del XRS1verla descripción específica de dicho equipo.

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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 elcarril 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 máximo 2 x 2,5 mm2 de sección.Para realizarlas conexiones hay que quitar la tapa transparente del aparato (Ver capítulo 4).

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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) 250 x INdurante 1 s 100 x INdurante 10 s 30 x INde forma permanente 4 x IN

Potencia absorbida en elcircuito de corriente: con In= 1 A 0,1 VA

con In= 5 A 0,1 VA

Potencia absorbida en elcircuito de tensión: con Un= 100 V 0,1 VA

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: > 97 %Tiempo de reposición de la excitación: < 50 msTiempo de desexcitación después deun disparo: 200 msTiempo mínimo de respuesta al conectarsela tensión de alimentación: 100 msTiempo mínimo de respuesta estandoaplicada la tensión de alimentación: < 50 ms

Relé de salida

Número de relés: 2Contactos: Cada uno con un contacto conmutadoPotencia máx. de conmutación: óhmica 1250 VA/AC, o respectivamente 120 W/DC

Inductiva 500 VA/AC o respectivamente 75 W/DCTensión máxima de conexión: 250 V AC

220 V DC Carga óhmica Imáx.= 0,2 ACarga inductiva Imáx.= 0,1 A con L/R ≤ 50 ms

24 V DC Carga inductiva Imáx.= 5 ACarga mínima: 1W / 1 VA con Umín. ≥ 10 VTensión nominal máxima: 5 ACorriente de conexión (16 ms) 20 ADuración de los contactos: 105 conmutaciones con potencia de conmutación max.Material de los contactos: AgCdO

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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 elalmacenamiento 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, segúnVDE 0435, parte 303Prueba de tensión: 2,5 kV (efectivos)/50 Hz; 1 minutoPrueba de tensión de choque: 5 kV; 1,2/50 µs, 0,5 JPrueba de alta frecuencia 2,5 kV/1 MHz

Resistencia a perturbaciones pordescarga de electricidad estática(ESD), según VDE 0843, parte 2: 8 kV

Resistencia a perturbaciones por camposelectromagnéticos, según VDE 0843, parte 3: 10 V/m

Resistencia a perturbaciones pormagnitudes de perturbación transitoriasrápidas (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 msExactitud de la corriente: ± 3 % del valor de ajuste o ± 2 % de IEExactitud del tiempo de disparoen el margen de 2 - 20 x IS: 2 % DEFT / 5 % NINV y VINV / 7,5 % EINV / ó 25 msExactitud de la determinación del sentidode la derivación a tierra (XI1-S-R): 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

Influencias de corrientes superpuestas: ≤ 5 %Influencia de la temperatura: 0,08 % por KInfluencia de la frecuencia: 1 % por Hz de desviación del valor nominal

± 10 % de fn (50 ó 60 Hz)

Esfuerzos mecánicos:Choques: Clase 1 según DIN IEC 255-21-2Vibraciones: Clase 1 según DIN IEC 255-21-1Clase de protecciónFrontal del aparato: IP 40 con tapa frontal cerradaPeso: aprox. 0,7 kgPosición de montaje: CualquieraMaterial de la carcasa del relé: Auto-extingible

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5.3 Protección independiente de sobreintensidad a tierra

Parámetro Margen de ajuste EscalonamientoIE> 0,25 - 1,75 x In continuoIE>> 1 - 15 x In continuotIE> 0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s continuotIE>> 0 - 1,25 s 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: t = Tiempo de disparotIE> = Multiplicador de tiempoIE = Corriente de errorIE> = Valor de ajuste de la corriente

Parámetro Margen de ajuste EscalonamientoIE> 0,25 - 1,75 x In continuoIE>> 1 - 15 x In continuotIE> 0,1 - 2 continuotIE>> 0 - 1,25 s continuo

Tabla 5.2: Márgenes de ajuste y escalonamientos

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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

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6. Formulario de pedido

Relé de sobreintensidad XI1- SPara redes puestas rígidamente a tierraCon detección del sentido de la derivación a tierra RCorriente nominal: 1 A

5 A15

Reservado el derecho a introducir modificaciones técnicas.

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Listas de ajustes del XI1-S/-S-R

Proyecto: ___________________________________________ Nº Com.-Nr.:________________________

Grupo de funciones:=__________ Localidad:+ ______ Identificación aparato:- _______________

Funciones de los relés: ________________________________ Fecha:______________________

Ajuste de los parámetros

Función UnidadAjuste defábrica

Ajustesactuales

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 cortocircuitoa tierra

s 0

Ajuste de los microinterruptores DIP

MicrointerruptorDIP

Función Ajustes defábrica

Ajustesactuales

1* DEFT2* Ajuste de la característica de disparo para IE> DEFT3* DEFT

4Conmutación del ángulo característico de110° a 170° (en el XI1-S fuera de servicio)

Puesto a tierrarígidamente 110°

5 Bloqueo de la etapa IE>> No bloqueado6 Ajuste de la frecuencia nominal 50 Hz

7*Factor de tiempo DEFT para tIE> (entreparéntesis los factores para disparodependiente)

x 1 s (x 1)

8* Factor de tiempo DEFT para tIE> x 1 s

*Solo uno de los microinterruptores DIP 1 - 3 o resp. 7 - 8 puede estar en posición “ON” de forma simultanea.

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