Comunicación presentada al VI Congreso Smart Grids
Autor
Jose Antonio Lozano, LPIT Product Manager, Grupo Arteche
Resumen
En los últimos años se han desarrollado diferentes equipos de gestión de red de Media Tensión para automatización de la misma, entendiendo por “automatización” la posibilidad de operar remotamente la apertura o cierre del elemento de corte, disponiendo, a su vez, de información del flujo de potencia en ese punto. Estos equipos ayudan a la gestión de la red, dando la mencionada información de flujo de potencia y detección precisa de paso de falta, entre otras funciones, permitiendo reconfigurar la red en un tiempo mínimo y optimizar su explotación, así como mejorar el servicio que se presta al cliente final. A finales de 2017, IEC publicó su nueva norma IEC 61869 de transformadores de medida (Instrument Transformers) incluyendo en sus partes 10 y 11 los requerimientos adicionales para sensores a los que denomina Low-power passive instrument Transformers. Este documento quiere destacar los puntos principales de esta estandarización.
Palabras clave
Sensores de Tensión, Sensores de Intensidad, Transformadores de Baja Potencia, LPIT, LPCT, LPVT
IEC 61869-11 requisitos adicionales para los transformadores de tensión de baja potencia
Los transformadores pasivos de tensión de baja potencia (LPVT) están basados en el principio de divisor de tensión. Estos pueden ser divisores resistivos, capacitivos o divisores con una combinación de elementos resistivos y capacitivos.
Solo utilizan elementos pasivos, por lo que no requieren de una alimentación auxiliar para su correcto funcionamiento.
Estos equipos pueden ser utilizados en el rango de medida, en el rango de protección o en ambos, medida y protección, debido a su respuesta lineal.
La norma menciona la posibilidad de incluir el cable de conexión. En la práctica, es algo a tener en cuenta, al comportarse el cable como una carga en paralelo con la impedancia secundaria.
Todo lo comentado a continuación, hará referencia a divisores resistivos, en los que tenemos una amplia experiencia tanto de diseño como de instalación en campo.
En este documento nos vamos a centrar en términos y definiciones básicos asociados a sensores de tensión, de los recogidos en la norma IEC 61869-11, que son imprescindibles para la correcta definición del sensor, indicando los valores que propone la norma como estándar.
Carga Nominal – Rated Burden (Rbr)
El valor que la norma marca como estándar en su punto 5.5.601 es de una resistencia de 2 MΩ en paralelo con una capacidad de 50 pF.
Esta impedancia es a la que el sensor se conecta, es decir, la impedancia de entrada del equipo electrónico al que se conectará el sensor.
Este dato es importante a la hora de definir el sensor ya que una disparidad entre la impedancia de entrada del equipo a que se conecte el sensor y el valor definido como Rbr en el sensor incide negativamente en la precisión de la medida.
En la actualidad, este valor es muy variable dependiendo del fabricante del equipo electrónico, existiendo sensores para impedancias dispares que van de valores de 200 kΩ hasta 20 MΩ.
Clase de precisión – Rated accuracy Class (Error de módulo “ε”; error de ángulo “ϕ”)
De forma similar a los transformadores convencionales, la clase de precisión es designada por el mayor porcentaje de error de relación a la tensión nominal y conectada a la carga nominal.
Las clases de precisión estándar son:
0,1 – 0,2 – 0,5 – 1,0 – 3,0
Los límites de error de relación y fase no excederán los valores de la tabla anexa, para valores de tensión comprendidos entre el 80% y el 120% de la tensión nominal.
La norma contempla clases de precisión para LPVT de protección y multi-propósito (medida y protección), fijando valores máximos de error de relación y fase, según la Tabla II.
Tensión nominal primaria (Upr)
Los valores de tensión primaria de los LPVT conectados entre fase y tierra (tensión simple), será veces menor al valor de la tensión del sistema (tensión compuesta).
Los valores estándar están recogidos en la norma IEC 60038.
Tensión nominal secundaria (Usr)
La norma contempla dos valores RMS estándar de tensión secundaria:
3,25/ √3 V , 100 / √3 V
Así mismo, la norma contempla la posibilidad de definir la relación de transformación con un ratio, p.e. 10.000/1 para LPVT aplicables a un rango de tensiones primarias.
Los valores de relación más utilizados en la actualidad, para niveles de aislamiento de 24/50/125 kV y 36/70/170 kV son 20.000/ √3 y 30.000/ √3 : 3,25/ √3, respectivamente, siendo posible utilizar estos LPVT en tensiones diferentes, p.e. 15 kV o 17,5 kV, debido al comportamiento lineal de su respuesta.
Factor de tensión (Fv)
El factor de tensión, al igual que en el caso de los transformadores de tensión convencional, corresponde al valor máximo de tensión que puede aparecer en el sistema. Este depende de la conexión de tierra del sistema.
El valor habitualmente utilizado, tanto en transformadores de tensión convencional como en LPVT es
1,2 Un en continuo y
1,9 Un durante 8 horas.
Estos valores son los definidos para el caso más desfavorable de sistema aislado o sistema con tierra resonante.
Compatibilidad electromagnética (EMC)
Estos equipos no disponen de elemento electrónicos microprocesados, sino elementos pasivos, por lo que no es aplicable ningún requerimiento en este sentido.
Conectores
Los sensores de tensión se entregan con su cable de conexión de una longitud determinada.
Los conectores utilizados dependerán del conector utilizado en la conexión del sensor y en la conexión del equipo electrónico.
Un conector ampliamente utilizado para los sensores de tensión es el BNC para servicio interior y TNC para servicio exterior. Este conector permite una conexión fiable y rápida, que facilita la instalación del equipo en campo.
Respecto al conector del lado de la electrónica se utilizan terminales punteras, terminales BNC o conectores RJ45.
Estos últimos, conector RJ45, es el propuesto por la norma con una asignación de pines para la señal secundaria tanto de tensión (LPVT) como de intensidad (LPCT).
Los dos pares de conexiones no utilizados están reservados para TEDS y alimentación auxiliar, para el caso de sensores que la requieran (activos).
Este conector permite el utilizar un único conector para llevar las señales secundarias de sensores de tensión (LPVT) y corriente (LPCT) de una misma fase, señales de mV, facilitando el cableado de la instalación y evitando posibles errores de conexionado al evitar cruces de conexiones de diferentes fases.
Conclusión
En definitiva, para una correcta definición del sensor de tensión o LPVT es necesario conocer diferentes características tanto del equipo electrónico al que conectaremos los sensores como de la instalación, siendo los parámetros mínimos requeridos los señalados en el presente documento.
Con el objetivo de homogeneizar las ofertas de los diferentes fabricantes de equipos, medida o IEDs, es recomendable utilizar los valores definidos por las normas, en este caso IEC 61869, recogidos en estas líneas.
Sirva como resumen final una ficha de datos técnicos de un sensor de tensión para instalación exterior, donde marcamos en rojo los datos mínimos necesarios para definir el sensor de tensión.
Referencias
- IEC 61869-1 Instrument transformers. Part 1. General requirements.
- IEC 61869-6 Instrument transformers. Part 6. Additional general requirements for low-power instrument transformers.
- IEC 6186911 Instrument transformers. Part 11. Additional requirements for low-power passive voltage transformers.