escuela politécnica nacionalbibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/6510/1/t575.pdf · Índice...

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

"APLICACIÓN DEL CONTROLADOR PROGRAMABLE EN LA OPERACIÓN DE UN

MODELO PARA DEMOSTRACIÓN DE PROTECCIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS

DE POTENCIA"

GUSTAVO EDUARDO SÁNCHEZ CHACÓN

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE

INGENIERO EN LA ESPECIALIZACION DE INGIE

NIERIA ELÉCTRICA (POTENCIA) EN LA ESCUELA

POLITÉCNICA NACIONAL

QUITO

NOVIEMBRE DE 1983

i-A.

Certifico que .el presente trabji

jo ha sido realizado en su tót¡a

lidad por .el Sr. GUSTAVO EDüAR

DO SÁNCHEZ CHACÓN.

Í N D I C E

CAPITULO I : EL CONTROLADOR PROGRAMADLE

Pag.

l.í. Orígenes del controlador programable 1

1.2. Analogías y diferencias entre microcomputadores y ccm

troladores programables 2

1.3. Elementos constitutivos y funciones básicas de un con

trolador programable 9

1.4. Características específicas e instrucciones de progra

mación del controlador proyramablc Alien Bradley 2/20- 13

!CAPITULO II : CARACTERÍSTICAS DEL "DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES"

!

2.1. Definición de objetivos buscados, con el diseño del de

mostrador de protecciones 34

2.2. Descripción general de la forma de operación del demos

i trador de protecciones 36

2.3. Obtención de las "escalas de transformación" para la

determinación de los parámetros eléctricos de los ele

mentos que conforman el modelo 41

2.4. Determinación de los parámetros eléctricos de los modc

los de "líneas de transmisión", que forman parte del

demostrador; principales detalles constructivos detor

minados en base a pruebas de laboratorio 46

2.5. Determinación de las características del transformador

modelo, que forma parte del demostrador; principales

I detalles constructivos determinados en base a pruebas

de laboratorio "62

*-

Pag.

2.6. Definición de las características del "generador mode-

1 lo" a ser utilizado en el demostrador de protecciones- 66

2.7. Características del sistema de protecciones del demos

uraoor — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - . _ _ _ _ - . — ¡ j

2.7.1. Tipos de fallas a provocarse en los modelos del genera

; dor, de las lineas de transmisión, de los transformado

res y de las cargas, que constituyen el demostrador -- 73

2.7.2. Medios de protección; ante la ocurrencia de las fallas

2.8. Principales características del equipo adicional reque

rido para conformar el demostrador de protecciones :

transformadores de medición, transductores, equipos de

mando, contactores de fuerza, etc. 89

CAPITULO III: PROGRAMACIÓN EN EL CONTROLADOR PROGRAMABLE, DE

LOS SISTEMAS DE CONTROL Y CONMUTACIÓN DEL DE-

MOSTRADOR DE PROTECCIONES.

3.1. Funciones de interrelación entre el controlador progra

mable y el demostrador de protecciones 96

3.2. Diagramas convencionales y programación del sistema de

"conmutad óri" de elementos, para obtener 5 esquemas dj

férentes dé modelos de sistemas de potencia en el des

iiiéstradór 98

3.3. Diagramas convencionales y programación de los siste-

mas de control, protección, ejecución y restablecimien

Pag.

to de los diferentes esquemas de modelos de sistemas dei

potencia. 102

3.4. Análisis de los beneficios logrados con la utilización

1 del controlador programable en operaciones de control y

conmutación con respecto a los sistemas convencionales- 122

CAPITULO IV : PROGRAMACIÓN ALFANUMERICA EN EL CONTROLADOR PRO

' GRAMABLE: FUNCIONES DE "REPORTE DE MENSAJES Y

: GRAFICACION", APLICADAS AL DEMOSTRADOR DE PRO-

TECCIONES _____________________________________ 127

4.1. Características en programación alfanumérica del contrp

lador programable; definición de equipos periféricos a

daptables a la operación en conjunto con un controlador

4.:2. Generación de reportes del estado de "fallas provocadas"

1 en los diferentes elementos constitutivos del demostra_

dor de protecciones ---------------------------------- 135

4.3. Generación de reportes del estado de "disyuntores", que

forman parte de los esquemas del demostrador de protec

^nnridc — — — — -__-. — — — __ — _ ._ .__„_ — — — -. — — — _ _ _ _ — _ - . _ „ _ _ _ _ _ _ ______ 1 "3*7^ l U I l C O — — — — -.—.-... ._ ._ — — _ _ . - . . . » _ « _ _ _ « . . _ „ _ _ _ _ . _ JL. tj /

4.4. Programación de gráficos de los esquemas del demostra-

dor de protecciones, mediante el controlador programa

Pag.

CAFfITULO V : UTILIZACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS "ANALÓGICAS1

DEL CONTROLADOR PROGRAMABLE EN EL DEMOSTRADOR

DE PROTECCIONES ------------------------------ 142

5.1. Manipulación de señales analógicas de entrada en el con

i trolador programable --------------------------------- 143

5.2. Programación en el controlador programable, de repor-

1 tes de señales analógicas instantáneas de los paráme-

tros eléctricos en los elementos del modelo ---------- 149

5.3. Análisis de las posibilidades de simulación de algunos

; tipos de relés de protección mediante el controlador

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ------------------------------ 163

A -_ ________________________________ ____ --r\ — — —

o ____________________________________ ( ______ ____ _ 170u i / o

APÉNDICE C ______________________________ • ____________________ • 102

u 1 ül_ 1 UuKMr ÍM — — — — —— — — — — — — — — — — — — — — — — — — _ _ — — — ..___.._____ — _ _ _ . _ _ _ i ti j

I N T R O D U C C I Ó N

i

Los' sistemas de control han sufrido un proceso de cambio en su estruc_

tura, en su inicio se utilizaban elementos de gran tamaño, de gran di_i

sipación de energía y con una alta probabilidad de falla, posterior-

mente se desarrollaron elementos que no eran tan voluminosos, no dis_[

paban tanta energía y eran de mejor calidad, por último gracias al

acelerado desarrollo de la electrónica se han logrado construir ele-

mentos de tamaño reducido, con escasa disipación de energía y de al

ta; confiabilidad que han ido reemplazando a los elementos de sistemas

convencionales de control.

De* estos equipos electrónicos utilizados en control, el exponente utas

importante es el "CQNTROLADQR PROGRAMABLE", que básicamente está cons

tituido por un nlicroprocesador, un panel de programación y las unida

des de entrada y salida. Estos equipos se han desarrollado con el

objeto de sustituir la lógica a baso de relés o compuortas oíocIróni-

cas por un panel de programación, cuyo teclado permite reemplazar la

circuitería o alambrería por instrucciones directas al nncroprocesa -¡

dor.

El objetivo básico de esta tosis es primeramente introducir al campo

del control industrial este nuevo equipo y en segundo lugar como api i

cacióri específica él utilizarlo en el control total de un modelo para

demostración de protecciones.

Se ha pensase en aplicar el P.C. en el "demostrador de protecciones",

porque este es un proyecto de urgente interés para mejorar las insta-

laciones disponibles en el laboratorio de protecciones de la Facultad

de Ingeniería Eléctrica.

En 'el capítulo II de esta tesis se dan las principales característi-

cas que deberán tener los elementos que conforman el demostrador de

protecciones, como son: elementos de generación, modelos de líneas

de |transmisión» modelos de transformadores, elementos de protección

y de control; todos estos elementos al interconectarse podrán consti^

tuir 5 esquemas de sistemas eléctricos de potencia para permitir ana

lisis didáctico de las protecciones eléctricas mediante relés.

En los capítulos III, IV y V se analizan las propiedades de aplica-

ción del controlador programable y se realizan los programas requer[

dos para el control total de la operación del demostrador de protec^

ciones, tanto en funciones de conmutación, como en funciones alfanu

méricas y en operación con señales analógicas.

?*~R~~

EL CONTRQLADOR PROGRAMABLE

1.1. ORÍGENES DEL CONTROLADOR PROGRAMABLE.-

El crecimiento acelerado que sufren los procesos industriales, y las

progresivas innovaciones a que son obligados los mismos, traen consj_

go el lógico crecimiento paralelo y la modernización de los sistemas_,

de control. La técnica ante los requerimientos de esta sociedad ir^

dustrial progresista se ve obligada también a -investigar y crear nue^

vos sistemas que permitan controlar en forma más eficiente, más versá^

til y más económica los procesos industriales.

La Electrónica Digital se transforma en el principal apoyo ante los

requerimientos tecnológicos de la época. En la década del 60, debido

a las exigencias de las fábricas constructoras de automotores, empie_

zan a introducirse en el mercado los primeros prototipos de control^

dores programables, los cuales debían cumplir con las siguientes fur^

ciones básicas:

- Deben permitir al usuario en forma fácil cambiar las características

de un proceso hacia otro.

- Deben ser suficientemente confiables en su operación.

- Deben permitir encontrar en forma rápida las fallas que podrían ocu

rrir en el sistema de control, del cual forman parte.

- Ser altamente versátiles.

S!er económicamente justificable la introducción de este equipo

tro del sistema de control.

i el año de 1970, los fabricantes de controladores programablesi

(P.C,), empiezan a reemplazar los circuitos integrados y componentes

discretos usados para la conformación de la unidad central (CPU), por

un solo "chip". Este chip es conocido como un microprocesador (MP).

Es ieste hecho el que provoca la conversión de un microprocesador CPU,

en un controlador programable propiamente dicho.

.3. ANALOGÍAS Y DIFERENCIAS ENTRE MICROCOMPUTADORES Y CONTROLADORES

PROGRAMABLES.-

Los términos microcomputadores y microprocesadores son usualmente

fundidos y utilizados en forma indiferente, es por esto necesario res^

ponder primeramente a la siguiente pregunta ¿Que son los microprocesaI _j

dorjes y/o los microcomputadores?.

E.

sacjor

gHh

Turner (2), responde a esta pregunta diciendo que: "El microproce_

es un equipo constituido básicamente por un solo chip o disposj[

lógico; la función de este dispositivo está determinada por la

programación que se haga al mismo» consecuentemente éste tiene una

h variedad dé funciones lógicas posibles a ser utilizadas. Cuando

icr&pftféésátháF §e éneuefitra operando en combinación con una unj_

de memoria y unidades de entrada/salida, entonces es llamado un

miorocomputador".

La arquitectura del microcomputador y el controlador programable es

similar ^ » en cualquiera de los dos casos se utiliza un integrado

de gran escala (LSI) para conformar la unidad central de proceso (CPU).

Un diagrama de bloques se muestra en la Fig. 1. acerca de la conforma^i

ción básica de un MC o un PC.

[Vlamorta

"I C P UMu I ti procesador

y/o

V. 'Maggiol i ( i ) , en su estudio realiza una amplia comparación de los

microcomputadores y control adores programables tanto en su construc-

ción (hardware), en el lenguaje de comunicación con el equipo (softwa_

re) y algunas de las principales características de estos equipos. A

continuación se realizará un resumen de estos tres aspectos:

Ha,rdware:

Microcomputadores: la configuración básica de un MC, cae dentro de 2

tipos principales

a) Board leve! Microcomputer

b) Prepackaget Microcomputer

A su vez el tipo de "board level Microcomputer11 se subdivide en 3 ti_

pos:

- Single - chip processor (microprocessor)

- Single - chip microcomputer

- Single - board microcomputer

Single - chip processor.- utiliza un microprocesador, y además está

provisto de el número necesario de chips

de soporte (memoria, reloj, interfase, cp_

municación, etc.), determinados por la a_

plicación en la cual se vaya a utilizar,

además, está equipado con una fuente de pp_

der y aparatos de entrada/salida.

Single-chip microcomputer,- es bastante similar al anterior, excepto

que el número de chips es más reducido, -

porque el "chip del microprocesador " es

reemplazado por un "chip de microcomputa-

dora" y este chip incluye además de las

funciones de un microprocesador (CPU)5 las

de entrada/salida y alguna capacidad de

memoria.

Single-board microcomputer.-está constituido por un "chip de micropra

cesador" o un "chip de microcomputadora";

pero a más de esto permite la inclusión

de nuevos chips que permiten lograr una

expansión de memoria, capacidad de

fase y multiproceso.

Los mi crocomputadores de tipo "prepackaget"5 se subdividen es 2 tipos:

- special purposei

- general purpose

Special purpose.- pueden ser utilizados en instrumentos, controles de

energía, equipos especiales de control industrial ,

etc. Esta categoría de equipos es generalmente lla^

, mada "equipos a base de microcomputadoras".

General purpose.- Pueden ser utilizados es sistemas de supervisión de

control, sistemas de control digital de procesos, -

etc.

Coritroladores Programables.- la configuración del "hardware" en con-

trol adores programables puede ser de 2 tipos:

- special - purpose computers

- special - purpose microcomputers

En su inicio, el controiador programable fue reconocido como un "spe-

cial - purpose computer", fueron construidos en varios estilos y tama

ños (l/2k - 8k; 128 - 10241/0), además el hardware de los PC incluía

una fuente de poder, equipos de entrada/salida, panel de programación,

ecjüípos périféricGSí los cuales fueron acoplados de acuerdo a los re

de ld§ pr&cesos industriales en los cuales se utilizabaa

A mediados de 1970 los fabricantes de PC, empiezan a reemplazar los

componentes discretos y circuitos integrados usados para la conforma

ción del CPU, con un solo chip; este chip es llamado un microprocesa_

dor' (MP). Este hecho constituyó la conversión de un microprocesador

CPU, en un controlador programable, y desde este momento nacen los

PC del tipo "special - purpose microcomputer".

Software:

i£1 desarrollo grande y generalizado que han tenido las microcomputa

doras en los últimos años ha permitido hacer de este equipo un ele?

mentó doméstico, pues es utilizado en juegos computerizados, jugue-

tes, computador de hogar, etc. Esto ha provocado que los lenguajes

de programación de computadores; como el fortran, basic, Assembly ,

etc. conocidos como lenguajes de programación de "alto nivel", pasen

en la actualidad a ser de utilización familiar y generalizada.

En lo que respecta al controlador programable , su lenguaje de progra^

mación se basa en el álgebra de Boole; y es muy parecido a los siste_

mas de control mediante relés, este lenguaje de programación es cono_

cido como "Lenguaje de escalera con relés" (relay ladder language).

En' la Fig. 2, se muestra en mejor forma una comparación de las áreas

comunes y las diferencias en lo que se refiere a la estructura del

software y a la programación tanto para mi crocomputadores y controla,

dores programables.

1 Cor rece i ono^„ _ _ j í L

Listados

' *[ Terminoí

Características principales:

Tanto los nn'croconiputadores como los control adores prográmateles ofre

cen al usuario un conjunto de oportunidades de u t i l i z a c i ó n , por lo tan_

to.es necesario real izar un estudio de l a s > características de cada

ecjúipo y además un balance acerca de las ventajas y desventajas dol

u*rifa frente al otro1 eh lo que a una apl icación específica se refiere.

La misma ref. ( i ) , muestra 2 tablas de comparación de las pr incipales

características de los microcomputadores y control adores prográmateles.

La tabla No.l, se refiere a una comparación de los principales reque_

rim'ientos del usuario para conseguir desarrollar el sistema; con es_

te fin la tabla utiliza parámetros numéricos de comparación que van

desde O hasta 10.

COSTO

Mf. 1 BX1 VÍ^ctf I s* A

PC IX

REQUERIMIENTOS

DE CONOCIMIENTO

DEL LENGUAJE

SI

NO

COMPLEJIDADPARA EL

USUARIO

10

3

PORTABILIDAD

2

9

AFINIDADCON ELUSUARIO

2

S

AFINIDAD CONREQUERIMIENTOS

INDUSTRIALES

6

8

La tabla No.2, permite realizar una comparación generalizada de las

diversas características, tanto de microcomputadores como de contro-

ladores programables y de sistemas de control electromecánico?,1a ta

bla en mensión utiliza parámetros numéricos desde O hasta 10 para lo

grar la comparación.

1 ¡ h< CRC^CíMPJTilCKíT . COWT PR03 ! CONTRC -t ;

¡

FLEXIBILIDAD

COSTO DEL HARDWARE

CQSTO DEL DES ARRO-

LLO DEL SOFTWARE

NECESIDAD DE CONO-

CER EL LENGUAJE

NECESIDAD DE CONO-

CER LA OP DEL S1ST.

SIMPLICIDAD V

TAMAÑO

i

CONSUMO DE POTENCIA

COSTO DEL SISTEMA

SIMPLE'o1

COSTO DEL

MULTl-SISTEMA'b*

SIMPLICIDAD DE

SERVICIO

ADECUADO PARA AM-

BIENTES INDUSTRIALES

Singie Si-^it ; S¡ngie Specio' Saectc. ELECTRO-Cnip

Processor

10

5

10

9

to

1

1.5

L5

10

I

8

4

ChipComputer

9.3

4

10

9

EO

1

1

1

10

1

6

4

Buord &urpose

ComDJter JMicrocompüter

7

6

8

8

8

3

4

Z

8

2

8

6

5

8

i2

1

5

7

6

4

3

5

I

8

Purpose

Computer

4r

10

2

I

5

8

8

6

4

t

6

1

8

MECÁNICO

i

1

9

1

0

5

10

10

10

5

10

10

10

'o' un sistema simple re quiero 21C do memoria y 70 I/O

V un sistemo múltiple es mayor qu© 10 sistemas simples

V se refiero o la cantidad de usuarios industriales quo con003n ©I equipo por su simplicidad

1.3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS Y FUNCIONES BÁSICAS DE UN CONTROLADOR!

i PROGRAMABLE.-

1.3.1. Elementos constitutivos del controlador programable.-i

En esta parte se tratará en forma muy resumida de determinar los prin

cipa!es componentes que conforman un controlador programable.

La ref. (3), define al controlador programable como un "dispositivo -

de estado solido utilizado para controlar el funcionamiento o la ope

ración de una máquina o un proceso".

En forma muy ligera podríamos decir que el controlador programable se

encuentra constituido por dos partes fundamentales: El procesador e ir\_

terfase.

El, procesador es el corazón de un controlador programable, alberga to_

da la lógica de control y toda la memoria; es el elemento que ejecuta

las decisiones de control en base a un programa de aplicaciones pre_

vi amenté almacenado en su memoria.

i

Lo's módulos de entrada/salida (E/S), constituyen la interfase entre

el procesador y los elementos cuya operación va a ser controlada.

Ufl cdha'uhto de dispositivos sensores conectados a los módulos de en

tráílá proJDorcieJnañ información sobre el estado de operación de una

maquina o un proceso al procesador, el cual entonces decide la fun-

ción o la actividad que han de desarrollar los dispositivos de salida,

10

de !acuerdo a un programa que previamente fuera almacenado en la memo

ria del procesador.

A más de los 2 componentes fundamentales del control ador programable,

definidos anteriormente, es necesario para el funcionamiento del co£

trolador programable una fuente de poder, la cual provee la energía

necesaria para la operación tanto del procesador como de los módulos

que conforman la interfase.

Como componentes opcionales, cuya importancia y necesidad depende di_

reptamente de la aplicación en la cual es utilizado el controlador

prbgramable, se tienen los siguientes (")

- Panel de programación.- es el elemento que permite introducir (edi_

tar ) y monitorar las instrucciones del programa, hacia la memoria

del procesador, además permite realizar cambios en instrucciones y

datos cuando el programa introducido está ejecutándose; estas ins-

trucciones y datos del programa introducido aparecen en la panta

11a del panel de programación.

- Registrador digital de cassets.- esta unidad permite registrar o

grabar toda la memoria en una cinta digital. Dicha cinta puede pos^

teriormente emplearse en recargar la memoria, en cargar memorias

¡de otros PC o para conservar el programa en casos de pérdida en

memoria del mismo.

- Impresora.- permite la impresión en papel, del programa del usuario

existente en memoria, para fines de análisis, archivo, puesta en -

11

marcha o revisión.

1.3*2. Funciones básicas de un control ador programable.-

En un principio los controladores programables fueron considerados co

mo simples sustitutos de los sistemas de control mediante relés alam

brados y en muchos casos, ellos lo son y continuarán siéndolo. Sin em_

bargo ellos también pueden desarrollar funciones mucho más complejas

que contribuyen a hacerles más útiles para los usuarios ('). Entre las

principales funciones que un controlador programable está en capaci-

dad! de realizar se tienen:

- Programación de "diagrama escalonado", de modo de facilitar el paso

del uso de un sistema de control mediante relés a un controlador

proqramable.

- Funciones temporizadoras y contadoras que permiten simular la pre-

sencia de temporizadores y contadores en un sistema de control.

- Inunciones matemáticas (+ - x -O, que permiten computar y manipular

diversos valores en un programa.

- Funciones de transferencia y comparación de datos; lo cual le da

máxima versatilidad al programa.

- FÜHcioHes dé aUtóiiióHitüréo y diagnóstico para ayudar a la detección

de fallas y reducir enormemente los períodos fuera de servicio.

12

- Posibilidad de interconexión a una troncal de datos, de modo que el

Control ador programable pueda llegar a constituirse en parte de un

iistema de control distribuido.

i

- Funciones de entrada/salida (E/S) "forzadas", para comprobar fallas

en los dispositivos de E/S y ayudar a su detección.

- Posibilidad de generación de reportes, lo cual permite por ejemplo

producir informaciones de producción, registros de períodos fuera

de servicio, etc.

- posibilidad de interconexión a un computador.

En resumen puede decirse que un controlador programable, puede usarse

en muchas aplicaciones, desde aquellas que necesitan de un simple co¡n

tro! OFF/ON hasta los más complejos requerimientos de secuencia, ana.

lógicos y de manipulación de datos.

Todas estas funciones se llevan a cabo casi en forma total en el pro

cesador, es por eso necesario en este punto conocer algo sobre la cons

titución del mismo (s)-

El procesador se encuentra constituido por la "Unidad Central de Pr£

ceso" (CPU), por la "memoria" y por el "explorador/procesador de E/S".

La unidad central de proceso es aquel módulo que tiene como función ,

el llevar a cabo las decisiones del procesador y además controla la

comunicación entre todos los módulos del sistema, a este módulo tañí-

13

bien le corresponden todas las funciones de temporización, control ,

secuencia de transferencia de datos, diagnóstico y funciones lógicas.

La memoria del procesador está organizada en una serie de áreas fuñí

cionales, de tamaño ajustable, para satisfacer com mayor eficiencia

los requerimientos de su aplicación. Parte de memoria es utilizada

para interrelacionar las entradas/salidas Tísicas" del controlador

programable con el procesador, otro sector de memoria sirve para alma

cenar los valores relacionados con temporizadores y contadores y la

gran área restante de memoria sirve para el procesamiento del progra^

ma introducido en el controlador programable.

El explorador/procesador de E/S, es el que se comunica con el equipo

de entradas/salidas (interface). Mantiene un registro de estado pe_r

manentemente actualizado de los dispositivos de entrada y salida y

envía esta información a la unidad central de proceso; también pro-

porciona comunicación a los dispositivos periféricos (impresoras, gra

badoras, etc.).

1.4. CARACTERÍSTICAS ESPECIFICAS E INSTRUCCIONES DE PROGRAMACIÓN DEL

: CONTROLADOR PROGRAMABLE ALLEN BRADLEY 2/20.~

Es necesario en primer lugar aclarar las razones por las cuales se

plantea en este subtema el analizar las características del controla

dor programable "ALLEN-BRADLEY 2/20".

La fábrica ALLEN-BRADLEY, se constituyó en una de las primeras en

cuanto se refiere a la construcción de controladores programables ;

14

por lo tanto en la actualidad es una de las que más ha desarrollado

este tipo de equipos, consiguiendo un producto muy confiable, versa_

ti ¡I y eficiente.

DaÜo que la presente tesis plantea una aplicación específica de los

controladores programables y como los diseños de estos equipos en lo

que se refiere a las características y distribución de memoria, a la

forma de programación, etc. varía según el fabricante, es necesario

que se escogiera un equipo específico, con características y forma

de programación definidas.

¡

Es por esto que se decidió escoger el controlador programable ALLEN

BRADLEY 2/20, dado que sus características se ajustan a los requeri-

mientos de la aplicación deseada.

Entre las características de este tipo de controlador programable ;

las que necesariamente deben ser analizadas son las relacionadas con

la operación y programación del mismo.

1.4.1. Estructura y capacidad de la memoria.-

La'memoria de este tipo de procesador es de estado sólido, montada -

en tarjetas de circuitos impresos, además utiliza una fuente de ali_

mentación para proveer de energía durante períodos de pérdida de la

mi sma.

La memoria del PC puede definirse como un gran arreglo de "puntos de

almacenamiento", cada uno de los cuales es llamado como un "bit". Ca

15

da; grupo de 16 bits hacen una palabra de memoria. Cada bit de memo-

ria puede almacenar solamente 2 estados: el estado energizado (ONo 1)

y :el estado desenergizado (OFF o 0).

La memoria del PC se divide en dos grandes áreas: "Tabla de datos" y

"programa del usuario".

Leí'tabla de datos"se compone de secciones más pequeñas como la tabla

imagen de entrada, la tabla imagen de salida, valores acumulados de

temporizadores, valores preestablecidos de temporizadores y contado^

res y áreas de almacenamiento de palabras.

El"programa del usuario"es la sección más grande de memoria y como

su nombre lo dice contiene las instrucciones del programa del usua-

rio (s).

A continuación se procederá a definir cada una de las áreas de memo_

ria mencionadas (?), en la Fig. 3 se muestra en forma resumida la

distribución de memoria. La memoria del PC 2/20 está construida en

segmentos de 512 o 2048 palabras, las cuales pueden acoplarse de di_

versas formas, hasta lograr obtener la cantidad de memoria requerida

hasta un máximo de 8192 palabras (8k); la capacidad del área de me

moria que recibe las señales de entrada/salida puede llegar a un

máximo de 512 para este tipo de PC.

- Área 1 y 2 de trabajo del procesador.- Estas dos áreas ocupan 16

palabras de memoria; y son

áreas reservadas para las funciones de control internas del proce

PALABRASUSADAS -

PALABRAS USADAS-EN CADA ÁREA

DIRECCIÓN OCTAL

í bit

16

ÁREA DE TRABAJO N9| DEL

PROCESADOR

O O O O I I I|0 1 0 0 1 I 0 0 0

192

Palabra con 16 bits ti

TABLA I&AAGEN DE SALIDA

PALABRA RESERVADA

VALORES ACUMULADOS DETEfcáPORIZADORES Y CONTADORES

O

ALMACENAMIENTO INT.

ÁREA DE TRABAJO N* 2 DEL

PROCESADOR

TABLA IMAGEN DE ENTRADA

VALORES PREESTABLECIDOS DE

TEMPORIZADORES Y CONTADORESO

ALMACENAMIENTO INT.

VALORES ACUMULADOS DETEMPORIZADORES Y CONTADORES

O

ALMACENAMIENTO DE PALABRAS

VALORES PREESTABLECIDOS DETEMPORIZADORES Y CONTADORES

OALMACENAMIENTO DE PALABRAS

INSTRUCCIONES DEL PROGRARflA

OQ7. |7.010 00

026 17~027~"030 00"

100 00

loz. li-no 00

30 OO

177 17~¿QOÓÓ"

277.1730000

377 17

DEL USUARIO

INSTRUCCIONES DEL PROGRAMA

DEL USUARIO

16

sador; estas áreas no son accesibles para el usuario.

Tabla imagen de salida.- utiliza 16 palabras de memoria para el

caso de utilizar 2 racks, y sirve para

almacenar el estado de los dispositivos de salida cableados en los

respectivos módulos de salida. Los 16 bits de cada palabra de e¿

ta área de memoria tienen correspondencia con 16 terminales de

los módulos de salida; dado que son 16 palabras y 16 bits por pa^

labra; entonces esta área tendrá 256 bits, lo cual permite que c£!

mo máximo se controlen 256 salidas.

Tabla imagen de entrada.- es similar a la tabla imagen de salida,

solamente que sirve para almacenar el

estado de los dispositivos de entrada cableados en los respecti-

vos módulos de entrada. Igualmente posibilita como máximo centro

lar 256 señales de entrada para el caso de utilizar 2 racks.

i

Valores acumulados o palabras de almacenamiento.- utiliza 64 pala.

bras de memoria

y permite almacenar los valores acumulados de temporizadores y

contadores; permite también servir como área de almacenamiento de

palabras de datos.

Valores preestablecidos o palabras de almacenamiento.- utiliza 64

pal abras

de memoria, y permite almacenar los valores que fueran estableci-

dos para la operación de temporizadores y contadores, permite tam

bien servir como área de almacenamiento de palabras de datos.

17

Cada instrucción correspondiente a un temporizador o contador re-

quiere de 2 palabras de memoria; la una del área de valores acumu_

lados y la otra que será la correspondiente a la anterior y ubica^

da en el área de valores preestablecidos.

- Valores acumulados y almacenamiento interno.- Utiliza 40 palabras

de memoria y permi-

te también almacenar los valores acumulados de temporizadores y con_

tadores; esta área también sirve o puede ser utilizada para almacén

namiento de bits.

- Valores preestablecidos o almacenamiento interno.- utiliza 40 pala-

bras de memoria

y permite también almacenar los valores preestablecidos de temporj_

zadores y contadores; esta área también sirve o puede ser utilizada

para almacenamiento de bits.

- Programa del usuario.- es el área más grande de memoria y permite -

almacenar las instrucciones correspondientes

a los "diagramas escalonados" utilizados en las aplicaciones; esta

:área de memoria es "enterada" a través de la utilización de un ter^

mina! de programación o cinta magnética; cada instrucción general-

mente ocupa 1 palabra de memoria aunque existen instrucciones más

complejas que pueden requerir de 2 o más palabras de memoria.

1.4.2. Estructura de la interface de entradas/salidas.-

Proporciona datos o señales al procesador desde los dispositivos de -

18

entrada y entrega datos o señales desde el procesador hacia los equj_

pos de salida, (s).

El sistema de entradas/salidas, está estructurado por los "racks" ,

los "módulos" y los "terminales". Los racks sirven para alojar a los

módulos, en el caso del PLC 2/20 es posible utilizar hasta 4 racks,

cada uno de ellos continen 8 módulos; los módulos alojan a los termi_

nales, cada módulo tiene 16 terminales; los últimos elementos que -

conforman la estructura del PC son los terminales, a los cuales van

conectados directamente los dispositivos de entrada o los equipos de

salida.

Cada elemento de entrada o de salida puede tener solamente 2 estados:

Energizado (ON) o desenergizado (OFF), cada una de estas señales de

estos elementos se encuentran alojadas en un terminal de un determi-

nado módulo de entrada o salida (según su característica).

Dado que cada rack tiene 8 módulos y cada módulo aloja 16 terminales;

entonces cada rack del controlador programable tiene una capacidad

de 128 terminales, es decir tiene la capacidad para controlar las se^

nales de 128 dispositivos externos.

Como fuera expresado anteriormente, existen las áreas de memoria de

"Tabla imagen de entrada" o "Tabla imagen de salida", cuyas capacida^

des son de 128 bits por rack; como se puede apreciar estas áreas de

memoria sóh dé Uhá magnitud tal que a cada terminal de entrada o S£

lida le corresponde 1 bit en la "tabla imagen de entrada" o en la -

"tabla imagen de salida" respectivamente; este bit correspondiente a

19

un determinado terminal tendrá la función de memorizar el estado en

el que se encuentra el elemento de salida o entrada conectado a ese

terminal.

Así mismo se conoce que 1 palabra de memoria tiene 16 bits, y que -

un módulo contiene 16 terminales, por lo tanto existe también la co

rrespondencia de 1 módulo de entrada o salida con una palabra de nie

mpria de las áreas de "tabla imagen de entrada" o "tabla imagen de

salida11, respectivamente.

Cada terminal de los dispositivos de entrada o salida es identifica_

do mediante 5 dígitos; los cuales también identificarán al bit de

memoria correspondiente en la tablas de imagen de entrada o salida.

Él primer dígito, identifica si el terminal es utilizado para un dis_

positivo de entrada o para un dispositivo de salida; será 1 si es

una entrada y será O si es una salida.

Él segundo dígito identifica el rack en el cual está colocado el ter_

minal en mensión, para el caso del PC 2/20, dado que se utilizan 2

racks, entonces este dígito puede ser 1 o 2.

El tercer dígito identifica el módulo dentro del rack, en el cual se

encuentra el terminal en mensión, como cada rack tiene 8 módulos, es_

te dígito puede variar entre O y 7.

Los 2 Gltimos dígitos identifican al terminal dentro del módulo; co^

mo cada módulo tiene 16 terminales entonces estos 2 dígitos pueden

tomar valores entre 00 -> 07 y 10 •> 17.

Todo lo anteriormente dicho puede resumirse en la Fig. No. 4.

20

DEFINICIÓN DE ENTRADA O SALIDA

Enírada = 1 , Salído = O

N9 DEL RACK DE E/S

N« I ,2

DEL MODULO DE ENTRADA OO -7

1 DEL TERMINAL DE E/S

00 - 07 , IO - 17

1,4.3. Resumen de las instrucciones de Programación y Operación del

1 controlador programable ALLEN-BRADLEY 2/20.-

E1 controlador programable tiene la posibilidad de reemplazar siste-

mas de control con relés mediante la utilización de simples instruc-

ciones equivalentes de relés, las cuales serán resumidas a continua-

ción. (9).

a) Instrucciones equivalentes de relés.- Como su nombre lo dice es-

tas instrucciones permiten

I representar o simular sistemas de control con relés, y son las

21

siguientes:

- EXAMINE QN.~ .- esta instrucción examina si un disposi_

tivo o bit se encuentra en estado

gizado (ON); es una instrucción similar a un contacto normalnien_

te abierto de un relé; esta instrucción presenta dos condicio-

nes: Verdadero y falso.

Verdadero.- el bit de memoria correspondiente es puesto en 1

significando que el dispositivo de E/S está energj_

zado (ON).

Falso . - el bit de memoria correspondiente es puesto en O,

significando que el dispositivo de E/S está desener_

gizado (OFF).

EXAMINE OFF.- .- esta instrucción examina si un disposi_

tivo o bit se encuentra en estado

desenergizado (OFF); es una instrucción similar a un contacto

normalmente cerrado de un relé; esta instrucción presenta dos

condiciones: Verdadero y Falso:

Verdadero.- el bit de memoria correspondiente es puesto en O,

significa que el dispositivo E/S está desenergizado

(OFF).

Falso . - el bit de memoria correspondiente es puesto en 1,

significa que el dispositivo de E/S está energizado

(ON).

22

- OUTPUT ENERGIZE ~C )~ •- esta instrucción, hace que el dis-

positivo o bit correspondiente sea

puesto en QN, cuando las condiciones que la preceden son verda^

deras; instrucción similar a la bobina de un relé normalmente

desenergizado.

- OUTPUT DE-ENERGIZED .- esta instrucción hace que el dispo_

sitivo o bit correspondiente sea

puesto en OFF, cuando es precedida por una trayectoria de pre_

condiciones verdaderas; similar a la bobina de un relé normal-

mente energizado.

En la Fig. No. 5. se muestra la operación de estas 4 instruccio

nes.

4--III

IIOOI

OFF

IQOIryiirJr ~OFF

1000

ON

01 100,

ON ¡i

01 100 ¡

OFF

OUTPUT LATCH o UNLATCH -(0- .-Estas 2 instrucciones

tienen igual direccio-

namiento y trabajan conjuntamente simulando funciones de encía

vamiento y desenclavamiento de bobinas o salidas en qeneral.

La instrucción OUTPUT LATCH es bastante similar a la instrución

OUTPUT ENERGIZE; puesto que el bit correspondiente es puesto en

23

ON cuando las precondiciones son verdaderas; sin embargo la di_

ferencia radica en que cuando las precondiciones se vuelven faT_

sas, el bit de la instrucción OUTPUT LATCH sigue en ON; y este

bit cambiará al estado OFF solamente cuando la instrucción OUT

PUT UNLATCH haya sido ouesta en ON; es decir la instrucción

LATCH opera como un dispositivo con enclavamiento y la instruc_

ción UNLATCH es utilizada para eliminar el enclavamiento.

En la Fig. No. 6. se muestra la forma de operación de estas 2

instrucciones.

OIIOO

OIIOO

LATCH

Ii I - , ,1 v///,

Z1

V//A3

1

1

41

1

51 1

BRANCH.- Son 2 instrucciones que permiten combinar las condicio

nes de entrada, para activar un dispositivo de salida;

es decir permiten realizar funciones en paralelo. Estas ins-

trucciones son:

BRANCH START .- Esta instrucción permite comenzar una de^

rivación paralela; esta instrucción debe

ser programada antes de la primera instrucción de cada rama en

paralelo.

BRANCH END Esta instrucción determina la finalización

de un juego de ramas en paralelo; esta ins

trucción debe ser programada luego de la última instrucción de

la última rama en paralelo.

Estas instrucciones quedan claramente explicadas en la Fig. Na

7.

01100 !

Instrucción E&cnch Enú

2 Instrucclcrns

Bronch Start

MASTER CONTROL RELAY .- en un determinado programa para

el sistema de control de un,prp_

ceso puede ser necesario en algún momento bloquear la operación

de algunos dispositivos de salida, a pesar de que sus precondj_

ciones en el programa son verdaderas; con este fin se utiliza

la instrucción MASTER CONTROL RELAY, la cual permite bloquear

una zona de un programa mientras estas instrucciones encuentren

áctiv'ádas;

la Fig. No. o. se muestra la operación de esta instrucción.

25

I N I C I O i r -i r iDEZON/tt )~~t P*

FIN

• -(MCR)- *•» $

!— 4-

IMCRJ- 4-

b)¡Instrucciones de temporizadores y contadores.- el procesador tie-

i ne la capacidad de

simular la operación de contadores y temporizadores; cada temporj¡_

zador o contador tiene 2 valores asociados a cada uno de estos,

los cuales son:

Valor acumulado (VA).' este representa el valor actualizado del

tiempo o el número de eventos transcurrí

dos desde la energización del temporiza

dor o contador.

Valor preestablecido (VP).- es el valor de tiempo o el numero -

de eventos que se han establecido -

para la operación de un temporizador

o un contador respectivamente.

- TIMER ON-DELAY.- ,- Esta instrucción hace que el

sitivo sea energizado luego de que el tiempo establecido se ha-

ya cumplido a partir de su activación. Cuando las precondicio-

nes del TON son verdaderas, el temporizador empieza a contar el

tiempo, cuando el valor acumulado iguala al valor preestableci-

do; el bit 15 de la palabra donde se guarda el valor acumulado

es energizado. El bit 17 de esta misma palabra estará energiza

do todo el tiempo que el temporizador también lo esté. En la

Fig. No. 9 se ilustra la operación de esta instrucción.

PRECONDICIONESDE "TON"

VALORACUMULADO

BIT 17

BIT 15

- TIMER OFF-DELAY Esta instrucción hace que el disposi

tivo controlado sea desenergizado>

'luego de que se haya cumplido el tiempo establecido a partir de

la desactivación del temporizador. Cuando las precondiciones del

temporizador hayan pasado a ser falsas, el temporizador empieza

a contar el tiempo, y cuando el valor acumulado iguala al valor

preestablecido; el bit 15 de la palabra donde se guarda el va

lar acuhiulado es desenergizado. El bit 17 de esta palabra esta-

rá energizado todo el tiempo que el temporizador también lo es-

té. En la Fig. No. 10. se ilustra la operación de esta instruc-

ción.

27

PRECONDICIONES SDE TOF

VALORACUMULADO

BIT 17 S

BIT 15 í

- RETENTIVE TIMER .- es bastante similar en su operación

a la instrucción "timer on-delay" ,

solamente que en este caso el intervalo de tiempo para la opera

ción del bit 15 puede ser acumulado en varios periodos hasta que

iguale al valor establecido, el funcionamiento de esta instruc

ción queda mejor explicado en la Fig. No. 11.

CONDICIONESDE RTO

VALORACUMULADO

BIT 17

BIT 15

RTR „„.

28

- RETENTIVE TIMER RESET .- como su nombre lo dice esta

instrucción es utilizada pa_

ra restablecer el valor acumulado y el bit 15 a cero; esta ins^

trucción está direccionada por los 3 mismos dígitos correspon-

dientes a la instrucción retentiva timer.

- COUNTER UP Esta instrucción incrementa su valor acu

mulado por cada transición falso-verdade

ro de sus precondiciones; el bit 14 se pone en ON cuando los

tos contados sobrepasen de 999, el bit 15 se pone en ON cuando

el valor acumulado de eventos iguale al valor preestablecido, el

bit 17 se pone en ON cuando las precondiciones del CTU son verda_

deras.

COUNTER RESET

- COUNTER DOWM

.- Esta instrucción permite restablecer a O

el valor acumulado en un counter-up.

.- Esta instrucción resta 1 de su valor acu

mulado por cada transición falso-verdade_

ro de sus' precondiciones; este valor sigue disminuyendo hasta

000 momento en el cual el bit 14 es puesto en ON; en el siguien-

te evento el valor acumulado irá a 999 y continuará descontando.

El bit 15 será puesto en ON cuando el valor acumulado sea más

grande o igual al valor preestablecido. El bit 16 será puesto en

, ON mientras permanezca energizado el counter down.

c) Instrucciones aritméticas y de manipulación de datos.- Mediante

las ins-

trucciones aritméticas y de manipulación de datos el controla-

29

dor programable puede realizar las 4 operaciones aritméticas básj_

cas, y además funciones de comparación y transferencia.

- GET Instruction .- Esta instrucción es utilizada con to

das las instrucciones de manipulación

de datos, utiliza 1 palabra de memoria en la cual se guarda un

valor de 3 dígitos en Código Binario Decimal (BCD), el cual pue_

de ser comparado con otro valor determinado, transferido a otra

dirección de memoria u operado aritméticamente.

PUT Instruction .- Esta instrucción permite realizar la

transferencia de 1 palabra de memo-

ria de una área de memoria a otra área; esta instrucción es pre

cedida en todos los casos de una instrucción GET; la cual guar-

da la palabra de memoria a transferirse.

- LES - EQU Instructions — .- Son dos instrucciones

que permiten realizar

la comparación entre valores en BCD. Estas instrucciones siem-

pre operan en conjunto con una instrucción GET. Los pares de -

instrucciones GET/LES o GET/EQU pueden ser inmediatamente segui_

dos por instrucciones de salida.

- ADD, SUBTRACT-MULTIPLY-DIVIDE Son

instrucciones aritméticas que permiten realizar las funciones

indicadas entre 2 valores de 3 dígitos en BCD y que están alma^

cenados en 2 palabras de memoria; estas instrucciones aritmét^

cas están precedidas por 2 instrucciones GET, las cuales tie-

30

nen el direccionamiento de las palabras de memoria donde se encueii

tran almacenados los valores a ser operados aritméticamente.

El resultado de las operaciones de suma y resta se almacena en 1

sola palabra; cuando la suma excede al valor de 999 o la resta

es menor a 0; entonces se activará el bit 14 o 16 de la palabra

de la instrucción respectivamente. El resultado de la multiplica

ción se almacena en 2 palabras de memoria, lográndose almacenar

resultados de hasta 6 dígitos, el resultado de la división se al^

macena en 2 palabras de memoria, en la primera la parte entera y

en la segunda la parte decimal.

d) Instrucciones de operación.- En esta parte se definirán en ^

ma resumida las instrucciones re-

•• queridas para operar el "terminal industrial" del controlador -

programable.

- SEARCHING.- El terminal industrial da al usuario la capacidad!

de buscar dentro del programa una instrucción espe

cifica, o una dirección especifica.

i[SEARCH] [Instrucción buscada] X X X X X -> para buscar una instruc

ción (bit).

[SEARChl] [8¡ XXX -> para buscar una dirección

(palabra).

[SEARCH] [t] -í- para encontrar el inicio del programa.

31

[SEARCH ] [i] -> para encontrar el fin del programa.

EDITING.- El terminal industrial puede ser utilizado para edj_

tar o realizar cambios en un programa que se encuein

tra ya almacenado en memoria; estos cambios incluyen adición,

cambios de lugar, cambios en instrucciones., limpieza total o

parcial de memoria, operaciones de forzamiento de bits, etc.

Introducción de una instrucción.- pueden ser introducidas ins^

trucciones (a excepción de instrucciones de salida) en un pr£

grama ya meniorizado; para esto se utiliza la siguiente secuejí

cia de teclas:

INSERÍ elemento a introducir XXXXX

Introducción de una fila de instrucciones.- una fila do instruc

ciones puede ser introducida en cualquier parte de un programa

guardado en memoria; para esto deben ser tecladas las siguientes

instrucciones:

INSERÍ RUNG ; luego será introducida o editada la

nueva fila

Eliminar (borrar) una instrucción a una fila.™ pueden ser eli-

minados instrucciones específicas o filas enteras de un progra-

ma me'monzáddj para esto deben ser tecladas las instrucciones

que a continuación se indican.

32

[REMOVE] [instrucción a eliminar] > para eliminar una instrucción

[REMOVE] [RUNG] -> para eliminar una fila,

Cambio de valores de operación de temporizadores o contadores.- me_

diante el terminal industrial pueden cambiarse los valores asigna-

dos para el valor acumulado o para el valor preestablecido de un de^

terminado temporizador o contador.

[INSERÍ] xxx

Limpieza de memoria.- la memoria del procesador puede ser limpiada,

o borrada por el operador, mediante la apropiada operación del ter

mina! industrial.i

[CLEAR MEMORY] [9] [9]

Forzamiento del estado de un bit.- es posible mediante el terminali

industrial forzar a que un determinado bit (controlado por un dis

positivo de entrada/salida) tome o pase a un estado definido (ON/OFF)

a pesar de que el dispositivo de E/S que controla ese bit rio haya -

variado su estado anterior.

[FORCÉ ON] [INSERÍ] -> forzar a que un determinado bit pase al estado

: ON (1).

[FORCÉ ON] [REMOVE] -> obliga que un bit forzado a ON vuelva a su es

tado original.

33

[FORCÉ OFF] [INSERÍ] -> forzar a que un determinado bit pase al es-

1 tado OFF (0).

[FORCÉ OFF] [REMOVE] ->• obliga que un bit forzado a OFF vuelva a sui

i estado original.

34

C A P I T U L O I I

CARACTERÍSTICAS £EL "DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES"|

El demostrador de protecciones constituirá un conjunto o el agrupa-

miento de una serie de elementos; algunos de ellos construidos en el

laboratorio y los restantes a conseguirse en el mercado, para confor^

mar algunos modelos de sistemas eléctricos de potencia, sobre los cua^

les se podrán demostrar varias aplicaciones de protecciones mediante

relés.

2.1. DEFINICIÓN DE OBJETIVOS BUSCADOS MEDIANTE EL DISEÑO DEL DEMOSTRA

i DOR DE PROTECCIONES.-

Previamente a analizar los objetivos buscados con el diseño del demos

trador de protecciones, es necesario que se definan en forma ligera

las características principales de este conjunto de elementos dcnonn^

nado demostrador de protecciones. Un sistema eléctrico real está

constituido básicamente por centros de generación, elementos de trans^

formación, elementos para transmisión, elementos de consumo (cargas),

equipo de protección, equipos de medición, etc.

El demostrador de protecciones a diseñarse pretende conseguir modelar

un sistema eléctrico real lo más cercano posible; por lo que el siste

riía 'se conformará de: Un generador modelo, 4 modelos de secciones de

líneas de transmisión s 3 elementos que modelen transformadores, 2 jue

gos de cargas; a más de estos componentes básicos el demostrador cor^

tara con elementos de medición de parámetros eléctricos, elementos de

35

protección y elementos auxiliares de control.

i

El conjunto de todos estos elementos que constituyen el demostrador

de protecciones estarán operados mediante el controlador programable

en las funciones de interconexión, provocación de fallas, detección

de fallas, despeje de fallas, restablecimiento del sistema, medición

de,parámetros, bloqueo de relés, simulación, etc.

De; esta manera el demostrador constituirá un sistema automatizado dj

dáctico para el estudio y el análisis de las protecciones eléctricas

ea un sistema de potencia.

iLds objetivos buscados mediante el diseño del demostrador de protec-

ciones y su posterior construcción, se pueden resumir en los siguien

tes:

- El demostrador de protecciones requerirá de un número considerable

,de funciones de control y conmutación, por lo que resulta un con-

, junto ideal para aplicar un controlador programable y conseguir de

! éste todos los beneficios en operaciones de conmutación, en funcio

nes analógicas, en manipulación y transferencia de datos, en pro-

gramación alfanumérica y de graficación y en posibilidades de si_

, ululación.

- El demostrador dé protecciones será un equipo muy versátil para el

éstúdifj didáctico de los sistemas de protección., pues permitirá al

! usuario provocar fallas de diversos tipos en varios lugares del

sistema y analizar aspectos de selectividad y coordinación de las

protecciones.

36

- Ya en el desarrollo de una práctica de laboratorio, permitirá al

usuario conseguir un gran ahorro de tiempo, pues las labores de

disposición e interconección del equipo requerido para formar un

determinado sistema de potencia se logrará mediante la activación

de un solo dispositivo de control; dejando de esta manera una ma-

yor disponibilidad de tiempo a las actividades de real importancia

en un estudio de protecciones eléctricas.

2.2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA FORMA DE OPERACIÓN DEL DEMOSTRADOR DE

PROTECCIONES.-

Como fue explicado en el subcapítulo anterior el demostrador cíe pro

tecciones estará constituido por un modelo de generador, 4 modelos

dé secciones de líneas de transmisión, 3 modelos de transformadores

y 2 juegos de cargas. Todos o algunos de estos elementos pueden in

terconectarse de diferentes maneras para dar lugar a la conformación

de 5 esquemas diferentes de sistemas eléctricos de potencia, como se

muestra en la Fig. No. 12; la interconexión de estos elementos se

la consigue mediante la utilización de 8 contactores, a los cuales

se los ha denominado "contactores de enlace"; a continuación se defi

nen los contactores de enlace y los elementos que estos interconcct.an:

Contactor Elementos interconectados

Cr- Transformador TL e inicio de línea Lj

Ct- Transformador Tj e inicio de línea L3u 2

Cr Final de línea L! e inicio de línea L-,^3

Cp Final de línea L2 y transformador T3c¡(

r w |f felo ¡rn luí

'-í

*ro

íO

f ro

r PO o 01

o m o>

a fi

toO

J

H~-

OJ

I" |moi

-fe

oío |m

rJt/

1

¡o ¡i11

r OJ

oí-"

o m

- (J.

I

í--W

W-w

-

37

Contactor Elementos interconectados

Cr Final de linea U y transformador T3! £5!Cr Final de linea Ls y transformador T2, te

Cr Transformador Ta e inicio de línea Ut?' Cr Final de linea Li y final de linea Lsi tei

Los términos "final" e "inicio", son relativos, pues solamente depen

den del esquema.

La formación de un determinado esquema, como por ejemplo el esquema

Nq. 2 exigirá la operación de los contadores Cr , Cr , Cr y Cr ;t2 tG t? t í>

función que se la realizará mediante la activación de una señal pro

cedente de un dispositivo exterior de control, la cuál ingresará als

controlador programable y este ordenará la activación de los contac

tores respectivos para conseguir la formación del esquema deseado.

Luego de haber conseguido la interconexión de los elementos para obi

tener uno de los cinco esquemas posibles puede provocarse una falla

determinada en cualquiera de los elementos que lo conforman; carac-

terísticas más amplias acerca de las posibles fallas a provocarse en

los diferentes elementos del sistema modelo se analizan en el punto

2.7. Las fallas se las provoca mediante la utilización de contacto-

res, a los cuales se los denomina "contactores de falla", estos con-

tactorés son definidos a continuación:

Contactar Tipo de falla provocada

! C53 Falla trifásica a los terminales del genera_

dor.

38

Contactor Ti DO de falla provocada

C5i Falla monofásica a los terminales del generador.

' CJR Falla a tierra del campo del generador.

Cpp Pérdida de campo del generador.

Cu 3 Falla trifásica al inicio de línea 1.

1 Cin Falla monofásica a tierra al inicio de línea 1.

Ci23 Falla trifásica al final de línea 1.

! Ci2i Falla monofásica a tierra al final de línea 1.

C2i3 Falla trifásica al inicio de línea 2.

: C2n Falla monofásica a tierra al inicio de línea 2.

C223 Falla trifásica al final de línea 2.

C22i Falla monofásica a tierra al final de línea 2.

1 C 3 1 3 Falla trifásica al inicio de línea 3.

C311 Falla monofásica al inicio de línea 3.

C323 Falla trifásica al final de línea 3.

i C32i Falla monofásica a tierra al final de línea 3.

Cía 3 Falla trifásica al inicio de línea 4.

, dai Falla monofásica a tierra al inicio de línea 4.

Ci,23 Falla trifásica al final de línea 4.

C42i Falla monofásica a tierra al final de línea 4.

C613 Falla trifásica al inicio del transformador 2.

C6M Falla monofásica a tierra al inicio del transfor

mador 2.

Ceas Falla trifásica al final del transformador 2.

C52Í Falla monofásica a tierra al inicio del transfor

Falla trifásica al inicio del transformador 3.

39

Contactor Tipo de f a l l a provocada

Fa l l a monofás ica a tierra al i n i c i o del transfor^

, mador 3.

C 7 2 3 Falla trifásica al final del transformador 3.

,C 7 2 i Fa l l a monofásica a tierra al f i na l del transferir

dor 3.

Luego de provocada la falla, deberá operar el relé de protección res_

pectivo y la señal de operación de dicho relé ingresará al control.^

dor programable; en el cuál se desarrollarán las funciones de control

qué fueran programadas dando como resultado la activación de alarmas

visuales y la apertura de disyuntores; han sido llamados con ese nom

bré aquellos contactores que provocan la apertura de una sección del

sistema para despejar una determinada falla provocada; los contacto-

res utilizados para esta función y su ubicación en el sistema se de

finen a continuación:

Contactor Ubicación en el sistema

GS Disyuntor a los terminales del bloque generador-

tWis-forniador.

C£XQ Disyuntor en el campo del generador.

, CDILi Disyuntor al inicio de línea 1.• ' :V '

CD'ELí Disyuntor al f inal de l inea 1.• " " i i 'CDÍL¿ Disyuntor al inicio de línea 2.

! fctíkU tHísytmtu a'I f i n a l de línea 2.

CDL3 Disyuntor al i n i c io de l ínea 3.

40

Contactor Ubicación en el sistema

CDL3 Disyuntor al final de linea 3.

CDLn Disyuntor al inicio de línea 4.

¡CDU Disyuntor al final de linea 4.

CDG Disyuntor al inicio del transformador 2.

CD7 Disyuntor al inicio del transformador 3.

Con el fin de visualizar la operación de relés que operan como elemen_

tos de respaldo es necesario que se provea una función de bloqueo de

algunos relés de protección primaria.

El desarrollar todas estas funciones exige la existencia de un sist£

ma de control de magnitud; y por lo tanto de un gran número de dispp_

sitivos de activación de las diferentes funciones de control a desa^

rrollarse; con el fin de evitar la utilización de este elevado número

de dispositivos de activación, el sistema se ha diseñado de tal forma

de ingresar estas señales externas hacia el controlador proqramable -

mediante la utilización de 2 switch digitales, cada uno de los cuales

permite conseguir 100 señales independientes; cada uno de estos ope-

rará en conjunto con un dispositivo de activación de seguridad (p. e.

un switch de llave)* que permite la ejecución de una determinada fun

ción solamente eri é1 instante deseado.

fedé e'i ti&íiostrador dé protecciones son ingresadas señales analógi-

¿ai de tofriSrité? fr'ilÉltérieiás fáetór de potencia y voltaje hacia el

eontroiador programable, utilizando previamente los respectivos trans^

ductores; estas señales serán utilizadas en el controlador programa-

41

ble para tratar mediante la manipulación de estos datos simular la

openación de algunos tipos de relés, además estas señales serán uti_

Tizadas para desplegar en 3 displays digitales los parámetros eléctri_

eos de corriente, voltaje y factor de potencia en algunos puntos del

sistema en operación.

2.3. OBTENCIÓN DE LAS "ESCALAS DE TRANSFORMACIÓN" PARA LA DETERMINA-

CIÓN DE LOS PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LOS ELEMENTOS QUE CONFORMAN

EL MODELO.

Previamente es necesario que se defina un sistema real, con sus carac

terísticas de voltaje y potencia bases; este sistema real "imaginarid1

constará de un centro de generación a un voltaje de 13.8 kV; un siste

nía de transmisión de potencia (líneas) a un voltaje de 230 kV y las

zonas de distribución y carca a 13.8 kV; todos estos elementos ten-i •* "*

drán la posibilidad "imaginaria" de interconectarse en 5 esquemas cp_

mo los mostrados en la Fig. No. 12. A continuación en la Fig. No. 13

se muestra el esquema No. 1 con sus niveles de voltaje reales.

ZONA A - I3.8KV.

(GENERACIÓN)

ZOMfc B - 23<D K"

(TRANSMISIÓN) ZONA C- 13.8 KV.

(D1ST. Y CARGA)

j

ZONA D- 13.8 KV

(DIST. Y CARGA)

42

Los voltajes bases del sistema eléctrico real son entonces 13.8 kV.

en1 las zonas As C9 D y 230 kV en la zona B; la potencia base del sis

tema real será de 100 Mw; luego de haber definido los parámetros e-

léctricos elegidos como base en el sistema real, pueden ser determi-

n^dos los valores de potencia y voltaje bases para el modelo.

i t

La potencia base escogida para el modelo es de 1 Kw (no necesariamen_

te igual a la capacidad de generación)» y el voltaje base escogido

es de 230 voltios tanto para la zona de generacions como la de trans_

misión y distribucioní estos parámetros determinados anteriormente

permitirán definir las relaciones de escala o de transformación de

los valores del sistema real a valores del sistema modelo.

Sise tiene un sistema A; cuyos parame

tros tienen una magnitud X; y quiere

representarse este sistema mediante -JJL samQjantd JlX. . j i n ' i . j i . - A .¿A ix un sistema modelo B; este deberá te-

ner una magnitud nX9 donden puede ser

mayor o menor:a-l; si a las .magnitu--

des que representan a los 2 sistemas se las divide por la magnitud -

base x; se tiene que para que los 2 sistemas sean semejantes sus mac¡_

nitudes independientes de las unidades deben ser iguales.

Extendiendo la conclusión anterior a un sistema eléctrico puede de-

cirse que: Para que el sistema real sea semejante al sistema modelo

entonces sus impedancias en por unidad (referidas a sus propias ba-

ses) deben ser iguales:

43

Zp.u.(m) = Zp.u.(r)

ZSL(r)ZB O

Iti (m) = Ztt(r) x

Itt (m) =

ZB(m)"

Pr(KVr)2x Pm

Donde:

Zp.¡u.(m)

Zp.ju.(r)

Zfi(m)

Zn(r)

2B(!m)

(ec. 1)

(ec. 2)

(ec. 3)

(ec. 4)

j, Pm

KVr!, Pr

Impedancia en p.u. del sistema modelo.

impedancia en p.u. del sistema real.

impedancia en ohmios del sistema modelo.

impedancia en ohmios del sistema real.

impedancia base del sistema modelo.

impedancia base del sistema real.

parámetros base de voltaje y potencia en el sistema modelo.

parámetros base de voltaje y potencia en el sistema real.

Reemplazando valores se obtiene:

Par|a la zona B: Zfi(m) = Zfi(r) x i J-- x 100(230)2 (kV)? x lxlO~3P

Zn(m) = 0.1 x Zn(r)

(ec. 5)

(ec. 6)

La |ec. 65 permite encontrar los valores de impedancia correspondientes

al ¡Sisteilicí hió'déltij dados los valores de impedancias del sistema rea]

en !1á zona 8 9 de transmisión.

De igual forma puede ser hallada la relación de escala que permita -

44

transformar valores de impedancia del sistema real a valores en el si£

tema modelo para las zonas A5 C y D. (ec. 8).

™/ \ Zfl(r) x(0.23)2 (kV)2 x 100— - - - — - — -(13. 8)2 (kV)2 x lxlO

Zfi(m) = 27.77 x ZQ(r)

(Ec. 7)

(ec. 8)

De

reí

lo,

res

Par

forma similar al procedimiento anterior pueden

aciones de transformación de corriente en los

considerando que como sistemas semejantes las

en por unidad deben ser iguales.

Ip.u.(m) = Ip.u.(r)

¡A(m) _ lA(r)leW ÍB(r)

, v *B (m)I I \ U \ 1i m i — T i / \ *A W ¿Air) x ¡B (r)

r . , PB (m) fiT J I / \ T n / \ ' *'•"•Aím) ^Aír) x /- x/3 x kVB(m) x cosíí

a la zona B:

T, ,_> = T., . v 1 Kw v (230)Kv

ser determinadas las

sistemas real y

corrientes en

(ec

(ec.

(ec.

x kVe(r) x eos

PB (r) /(ec.

— i ctr"

mode

valo-

. 9)

10)

11)

ci

12)

T5^

(0.23)kV 100 x 103 Kw

- ÓiOl x lA(r) (ec. 14)

La

tema

14), da ta relación de escalas entre el sistema real y el sis-

modelo, para la zona B, de igual forma puede ser obtenida la reía

45

ción de transformación de corriente para las zonas A 5 C y D.

T , , / H - T / x vlA(m) = lA( r ) x(13.8)kV' - —

(0.23)kV (100 x 103)Kw

I A (m) = 6 x 10-11 x I A ( r )

(ec. 15)

(ec. 16)

La (Ec. 16) muestra la relación buscada por las zonas A5 C y D de

los sistemas en mensión. Solamente como referencia y al mismo tiem-

po como medio de comparación, a continuación es reproducida en la ta_

bla No. 3 las relaciones de transformación de escalas de un modelo

de sistema de generación y transmisión diseñado por la SIEMENS (ii>).

PARÁMETROSELÉCTRICOS

POTENCIA

VOLTAJE

CORRIENTE

IMPEDANCIA

DATOS DELSISTEMA REAL

160 MVA

220 kV

422 A

303 n

DATOS DELSISTEMA MODELO

1.6 KVA

220 V

4.22 A

30.3 ,Q

RELACIÓN 1DE ESCALA

1 : 10!>

1 : 10'

1 : 10' j

1 : 10

TABLA No. 3

Como se podrá apreciar en la tabla No. 3, la relación de escalas de

impedancias es de 1 a 10 y la de corriente de 1 a 100, si se compa-

ran las relaciones de escala en el modelo diseñado se puede observar

que la relación dé escalas de impedancias es de 1 a 10, y la relación

dé eáccilás dé corriente es también de 1 a 100; para la zona B que -

§üár'dá similitud dóh el diseñado por SIEMENS.

46

2.4. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LOS MODELOS DE "LI_

I NEAS DE TRANSMISIÓN", QUE FORMAN PARTE DEL DEMOSTRADOR; PRINCIPA

LES DETALLES CONSTRUCTIVOS EN BASE A PRUEBAS DE LABORATORIO.-

Para conseguir la determinación de parámetros eléctricos, es necesa-

rio previamente que sean definidas una serie de características de la

línea real a modelar; como datos básicos de la línea se tienen el vo]_

taje de transmisión (230 KV), la potencia a transmitirse (100 Mw), la

longitud a transmitirse (100 Km), 1 circuito de transmisión.¡

Es necesario fundamentar que el voltaje de 230 kV es el necesario pa_

ra la potencia a transmitirse y la distancia de transmisión; existe

una ¡regla la cual dice que:"El voltaje de transmisión en una línea de^

be ser tal que por cada milla de longitud el voltaje de transmisión

aumentará en un valor de 1000 a 3000 voltios" (IG); en la figura 14

se muestran las curvas obtenidas para conseguir el voltaje de transnn_

sión con parámetros de 1000, 2000 y 3000 voltios por milla; en estas

curvas puede observarse que la mayoría de líneas analizadas para la

obtepción de las mismas consideran los valores altos de 2000 a 3000

voltios. En el caso de la línea real por diseñar, considerando aproxj_

madamente una longitud de 65 millas y 3000 voltios/milla, se obtendría

un voltaje de transmisión de 195 KV, como el valor estandarizado de

voltaje de transmisión más cercano es 230 KV, éste debería ser el re

querido para transmitir esa distancia.

El Voltaje de trarisitlisión de una línea debe también depender de la p£

•fcaHR-íá a t^ortQHHt-fí-^ses 1a figura 15 muestra una curva obtenida en ba

se al análisis de 877 líneas que operan en Estados Unidos, en la cual

47

se Indica el voltaje de transmisión en función de la potencia a trans_

mitirse O6); en el caso de la línea en diseño se transmitirán 100 Mw,

con lo cual el voltaje de transmisión deberá ser aproximadamente 210

kV, dado que el voltaje estandarizado más cercano es 230 kV? este debe_

rá s,er el requerido para transmitir esa potencia.

\¿o

u IÜOiUl¿ 80a

k 00

"g -10uO> Olí•i, ¿O

O100 200 ioo

El INECEL, mediante diseños de la "International Engineering Company -

Inc" ha determinado dos tipos de estructuras para las lineas de trans-

misión a 230 kV; el un tipo de estructura deberá ser utilizada para la

zona, 1 (Costa) y la otra estructura para la zona 2 (Sierra).

Dado¡ que no es el objetivo de esta tesis el diseñar una línea de trans_

misión, se ha adoptado como estructuras para la línea las correspondían

tes á la zona 1 (Costa), este tipo de estructura se muestra en la Fig.

16.

Estas estructuras diseñadas para el INECEL son de acero galvanizado, de

cünstruccióri pesada; además con miras a lograr una mayor confiabilidad

del sistema, han sido diseñadas para líneas de doble circuito (I7).

La línea que servirá como base para la obtención de los parámetros eléc

45.7

0

48

trieos requeridos será considerada "ideal"; es decir,, que no será afe£

tada por la altura sobre el nivel del mar, por la densidad relativa

del|aire, etc.; y por lo tanto utilizará solamente el tipo de estruc-

tura escogida, lo cual permitirá conseguir los datos referentes a dis_

tancias entre conductores de fase, distancia entre conductores de fa_

se a tierra y al cable de guardia, etc.

El conductor a utilizarse en una lünea de transmisión debe cumplir

con1 algunos requerimientos; de éstos los principales son:

1. Requisitos térmicos

2. Requisitos mecánicos

3. Requisitos de regulación

4. ¡Requisitos económicos

Dado que la necesidad del diseño de esta línea será solamente para

determinar los parámetros eléctricos reales para luego transformarlos

a los correspondientes valores de la línea modelo; entonces el requj_

sito económico deja de tener la importancia real que tiene en el dise^

ño de una línea a contruirse; en el caso de la línea a diseñarse lo

que tiene primordial importancia es el cumplimiento de los requisitos

técnicos de la misma. De igual manera como el INECEL ha normalizado

el tipo de estructuras para líneas de transmisión a 230 Kv; así tam-

bién ha normalizado 2 tipos de conductores para las fases, uno para

vanos normales (Bluejay), otro para vanos largos (Finch) (iv); los 2

tipicís íüé' conductor"^ sé diferencian en el número de hilos de acero, en

BÍ'éáSd d§í objétiVó buscado en el diseño de la línea no tiene ninguna

importancia e1 utilizar cualquiera de los dos tipos de conductores; es

así que se ha escogido el conductor ACSR tipo bluejay; en referencia

al

do

A c

Cable de guardia se aconseja utilizar el cable de acero galvaniza

de 3/8" de diámetro de alta resistencia.

continuación se dan las principales características de los cables

escogidos para las fases a utilizarse en la linea "base" (17).

Conductor de fases:

Material

Sección

Forjación

RMG

Diámetro total

49

ACSR tipo Bluejay 1113

604 mm2

45 hilos de 0 = 4 mm de aluminio + 7 hilos de

= 2.66 mm de acero.

0.043 pies = 13.1 mm

31.98 mm.

Tensión de ruptura: 13755 kgr.

El fable bluejay de 1113 MCN tiene una capacidad de conducción de cp_

rri^nte de 1110 Amperios (IG), en el caso de la linea a diseñarse, es

ta tendrá una corriente nominal de 313 Amp.; es decir, que el aspecto

térmico está superado, en lo referente al aspecto mecánico se requie^

re un análisis más profundo el cual es innecesario para los objetivos

buscados; por lo cual se considera que también el conductor cumple

con este requisito, en lo referente a la regulación de la linea esta

es calculada en el Apéndice A.

Al haber considerado en el presente análisis el tipo de estructura y

de conductores utilizados por el INECEL para el diseño de lineas, exis^

te la ventaja de modelar líneas bastante semejantes a las que se en-

50

cuejitran operando en el País, y por lo tanto el estudio posterior que

se realice sobre las mismas tendrá mayor interés.¡

Dado que los cálculos de los parámetros eléctricos de la línea, n o

tienen una importancia de fondo en esta tesis; éstos han sido detalla_

dañante desarrollados en el Apéndice A.i

C o n ' l o s valores calculados en el Apéndice As la línea estará represen,

tadá por un modelo 'V, conformada por una resistencia, una inductan

c i a i y dos capacitancias en para le lo , cuyos valores son:

i

! R = 5.966 fí

| L = 127.71 mH

: C = 0.4702 pF

iEn él punto 3 de este capítulo fue' determinada que la relación de es_

calas para transformar valores reales a valores del modelo era 0.1 pa_

ra la zona B de transmisión, entonces:

• Z(m) = 0.1 x Z(r)

I Z(m) = 0.1 x (5.966 + 48.147 j)

; Z(m) = 0.596 + 4.8147 j

De donde:

Rm = 0.596 Q

Lm B ' = °-01277 H = 12'77mH

51

Cn(m) = 12 x n x f x 564.068 = 4.702 x 10"6 F = 4.702 PF

En resumen, los valores requeridos de resistencia, inductancia y ^

citjancia para representar en forma concentrada el modelo n de la l_í_

neá serán:

R(m) = 0.596Q * 0.6 fl

L(m) = 12.77 mH * 12.8 mH

Cn(m}= 4.702 pF - 4.7 PF

Cuando en una línea de transmisión ocurre una falla asimétrica o un

desbalance de corriente en las fases, se provoca la circulación de CID

rrilente de retorno a través de la tierra y a través del cable de

dial.

Hasjta la actualidad no existe un método matemático que permita deter-

mirtar el valor de impedancia de tierra de una linea de transmisión, da_

do ique este valor depende de un conjunto de factores variables depen_

diehdo de muchos factores en la ruta de la linea, actualmente existeni

sol|amente métodos experimentales de medición de dicha impedancia; en

lo referente a la impedancia del cable de guardia., ésta puede ser úe_

terminada considerando a más de su propia impedancia, la impedanciai

que! inducen las lineas de fase en el cable de guardia.

El determinar un valor de impedancia para representar en el modelo el

efetto de estos elementos de retorno sería muy difícil por lo ante-

riormente expuesto y cualquier valor que se determinara sería siempre

un valor inseguro. Además dado que las corrientes circulatorias en

52

el 'sistema al provocarse una falla a tierra son pequeñas, el incluir

una impedancia en la línea de "Tierra" provocaría una disminución aun

mayor de éstass haciendo muy dificultosa la detección y coordinación

de los relés de protección a utilizarse en el modelo.

Dado que las líneas diseñadas no tienen el objetivo de servir como e_

lenientos de análisis del comportamiento en la operación de las mis-

mas bajo diferentes circunstancias, sino ser partes integrantes de un

sistema eléctrico sobre el cual se analizará el comportamiento de los

elementos de protección, el no utilizar un valor de impedancia que sj_

mulé los elementos de tierra no influirá en los fines deseados.

Por lo tanto se ha determinado incluir un conductor de tierra que iii

terconecte el neutro del generador, los puntos comunes de las cargas

y además sirva como medio de retorno de la corriente cuando se produz^

ca ¡cualquier tipo de falla asimétrica.

En un sistema real, en el cual las magnitudes de voltaje y corriente

nominales'son muy elevadas, es necesario utilizar transformadores de

corriente y potencial para llevar las señales eléctricas del sistema

hacia los aparatos de protección y medidas con el fin de proteger a

losi mismos equipos y al personal que los opera; esto hace que se oí}

tengan valores de corriente y voltaje bajos y utilizables sin peligro;

generalmente las magnitudes de corriente y voltaje en los secundarios

de los transformadores de corriente y potencial son 5A y 120V respe£

tivamente; cuando estos transformadores de medida operan en sistemas

reales se obtienen relaciones de transformación altísimas, lo cual ha^

ce que las impedancias de las cargas conectadas al secundario refleja

53

das al primario sean bastantes pequeñas en el un caso e inmensamente

altas en el otro caso, haciendo que su efecto en el sistema sea des_

preciable.

En el caso de los "modelos" de sistemas eléctricos, las corrientes y

voltajes de operación son cercanos a los nominales de los equipos de

protección y medida a utilizarse, por lo tanto es innecesario en la

mayoría de casos utilizar transformadores de medida y los aparatos -

de protección y medida deberán ser conectados en forma directa a 1

sistema, lo cual implica que las impedancias propias de estos equi-

pos deberán ser parte constitutiva del mismo.

En los modelos de líneas de transmisión se utilizarán relés de sobre

corriente con características de tiempo inverso y con unidades ins-

tantáneas ubicados al inicio y al final de la línea; los "burdens" -

que presentan sus bobinas de corriente son dadas generalmente por el

fabricante, en valores de potencia aparente (VA) y factor de poten

cia; de lo cuál se puede determinar el valor de la impedancia que

presentará dicho equipo mediante la siguiente ecuación:

z = V.A,(1 de ajuste)2

Estos valores de impedancia que presenta un relé de protección no son

valores constantes;' pues varian dependiendo del top de ajuste del rele.

54

portancia en el sistema modelo, puesto que sus valores no pueden ser

despreciables frente a los valores de impedancia serie utilizados pa_

ra modelar las líneas.

En Jas características del diseño que se analizará posteriomente es

necesario considerar el efecto de estas dos impedancias que se inclu_

ye a los extremos del modelo de la línea, de tal manera que su inclu^

sión afecte en la menor cantidad posible a la impedancia requerida -

para modelar a la línea deseada. Con este fin es necesario escoger

relés de protección que tengan valores de impedancia lo más pequeñas

posible, con lo cual el error en el diseño de la línea sería también

pequeño.

Se ha realizado alguna investigación acerca de los relés de las cara£

terrísticas deseadas que presentan el menor burden; resultando de este

análisis que los relés de la compañía "Brown Boveri Electric" tienen

los valores de burden más bajos.

Para l°s relés de sobrecorriente se tienen los siguientes valores

Relé de sobrecorriente - tiempo inverso + unidad instantánea Max 4.38

V.A, en el tap de 1.5.

En suma el burden total de los 2 relés es 8.76 V.A.., el cuál expresa-

do • en valores de impedancia, considerando una corriente de ajuste de

5 Ámp. será:

z.(I de ajuste)2 (5. O)2

55

Eslie valor de impedancia está conformada por una componente altamen-

te reactiva y una pequeña componente resistiva; para el diseño s e

considerará que ese valor de impedancia es aproximadamente igual al!

de ¡la reactancia inductiva, por lo tanto de este se obtiene un valor

correspondiente de inductancia igual a 0.92 mH9 el cual es un valor

representativo en la impedancia total de la linea modelo.

Esta influencia que ejercen en el diseño de la linea los relés de pr£

tección, será analizada en el diseño de la impedancia requerida parai

modelar la línea.

Los parámetros eléctricos requeridos para obtener el modelo "TI" de ca_

da ríase constitutiva de la linea son:

R(m) = 0.6 ñ

L(m) = 12.8 niH

Cn(m) = 4.7 /

Dado que el valor de la resistencia requerida es bastante pequeño, es

muyjdifícil conseguir en el mercado resistencias de ese valor y con

las características deseadas; además como en el modelo se incluirá u_

na reactancia inductiva que contiene una componente resistiva y las

bobinas de los relés de protección con pequeñas componentes resistivas,

el valor de resistencia requerida habrá sido en parte compensada; des^

preciándose el efecto de la resistencia que no haya sido compensada.

Por¡coincidencia los valores requeridos para las dos capacitancias que

conformar el modelo 'V, son valores estandarizados en el mercado y

56

pueden ser fácilrrente conseguidas, a más de cumplir con el valor de_

seSdo estas dos capacitancias deber ser capaces para operar con co-

rriente alterna a un voltaje mayor o igual a 23QV//T. En caso d e

qu^ el valor requerido no hubiere sido estándar o fácil de conseguir

mecjiante acoplamiento de algunos capacitores, habría sido necesario

realizar una corrección de la escala la cual hubiera alterado tam-

bién el valor de la inductancia y resistencia a modelar.

En jlo referente a las inductancias, éstas serán construidas en el la_

borbtorio; por lo tanto a continuación se definirán los detalles cons_

trubtivos requeridos:

Lo ideal seria construir una inductancia con núcleo de aire, con lo

cuaO se representaría en forma más real la inductancia de una linea;

pero esto exigiría un gran número de espiras y además esta inductan

cialsería afectada por elementos externos (principalmente metálicos)¡

que¡podrían alterar sus características ya que su camino magnético -

es indefinido (14).

En el presente diseño se utilizará para el camino magnético, casi en

su totalidad un núcleo de hierro magnético y con la finalidad de cojí!

segiliir la linealidad deseada se incluirán pequeños entrehierros en-

tre I las componentes "E" e "I" del material magnético; con este dise^

ño se intenta minimizar los efectos que pudieran provocar elementos

externos en las características de la inductancia.

La i¡nductancia a diseñarse deberá cumplir con las siguientes carácter

rístjicas:

57

- conseguir el valor de la inductancia deseada,,

- obtener la linealidad deseada para su operación,,

- aprovechar eficientemente el hierro.

Las láminas de hierro que serán utilizadas en el diseño se muestra en

la figura No. 17.

2A4A

BA A = 28.5mm

B= 30 mm

58

Dado que no se conoce la permeabilidad del hierro fue necesario cons

trup'r primeramente una inductancia de 150 espiras con el núcleo de

hierro completamente cerrado, la curva V - I obtenida, la cual es se

me jan te a la B - H se muestra en la figura (18), de esta curva st?

puede concluir que la lineal i dad tiene un rango muy pequeño para los

requerimientos de la línea.

De la curva V - I pueden realizarse los cálculos para determinar la

permeabilidad, procedimiento que se lo desarrolla en el apéndice B.

El valor de permeabilidad relativa calculado es de 6254.4. Como se

expresara anteriormente la linealidad conseguida con la inductancia

construida con un núcleo cerrado de hierro tiene un rango muy peque-

ño con esta característica; entonces fue necesario ir incrementando

un pequeño entrehierro de aire, hasta un valor de 1.0 m.m., con el

cual se obtuvo la curva mostrada en la figura 19 que cumple en forma

suficiente los requerimientos de linealidad deseada.

En 'el Apéndice B se muestra el cálculo teórico del número de espiras

requerido para conseguir una inductancia de 12.8 mH; de los cálculos

desarrollados en dicho apéndice se determinó que se requieren 111 es_

piras para conseguir una inductancia de 12.8 m.H., posteriormente fue

desarrollado un procedimiento experimental consiguiendo la inductají

cia deseada con 103 espiras, la curva V - I obtenida por esta induc_

tancia de 103 espiras y un entrehierro de 1 m.m. se muestra en la fj_

gura No. 20.i

Como puede apreciarse la diferencia entre el proceso teórico y el ex^

perimental es muy pequeña; y se debe principalmente a que en el pro

59

ceso teórico no se toma en cuenta el efecto de la dispersión del f\\i_

jo magnético en el entrehierro.

La determinación del conductorcom el cual se han de construir las in

ductancias depende de dos factores; el uno primario y es la capaci-

dad de corriente del conductor; el segundo secundario y está relaci£

nada con la resistencia que presentará la inductancia.

Por¡ la inductancia circulará una corriente máxima del orden de los

15 f\ cuando haya sido provocado un cortocircuito, en condiciones no£

males la corriente está alrededor de 5 A. Además la inductancia de_

detjrá presentar una resistencia menor a 0,6 fi; ya que este es el va_

lor, de resistencia que deberá tener la línea. Considerando un conduc

tort de cobre esmaltado con densidad de corriente de 2.8 A/mm29 se de^

berjía construir la inductancia con un conductor // 12 AWG, cuya cap<3

cicjad de corriente es de 9.26 A (mayor a la corriente en condiciones

norjmales) y cuya resistencia en la inductancia construida es de 0.37Í2

Estia inductancia representa el valor requerido para el modelo de la

linlea, pero como ya fuera expresado anteriormente los relés de pro_

tección a incluirse en la linea incluyen también una componente ijn

ducjtiva que sumada a la diseñada alteraría el valor requerido parai

representar la linea; por lo tanto es necesario buscar un medio para

compensar este incremento, y conseguir en todos los casos sea cual

fuere el tap de ajuste de los relés un valor de impedancia de la lí

nea

Con

aproximadamente igual al deseado.

este fin se ha pensado diseñar una inductancia que tenga "taps"

60

de, selección de su valor; teniendo como su máximo valor el requerido

para modelar la línea.

U inductancia a diseñarse tendrá 5 taps graduados en sus correspon-

dientes valores en volt-amperios; ya que será la forma de graduación

más cómoda para conseguir la adecuada compensación.

En la tabla No. 4 se muestran los valores en VAR en que será reduci.

da la inductancia total diseñada y que sumada al valor en VAR de las

bobinas de corriente de los relés de protección deberá dar un valor

aproximadamente igual al deseado, para esto se ha considerado que

los volt-amperios son aproximadamente iguales a los volt-amperios -

reactivos, despreciando el pequeño efecto resistivo de las bobinas -

del relé. Además en la mencionada tabla se muestra su impedancia

equivalente (considerando una corriente nominal de 5 A)y el valor de

inductancia equivalente.

TAP No.

TAP 2

TAP 3

TAP 4

TAP 5

REDUCCIÓN DE VAR

4.4

6.6

8.8

13.2

Z EQUIVALENTE

0.173^

0.26 fi

0.346

0.52 ü

L EQUIVALENTE

0.46mH

0.69mH

0.92mH

1.38mH

TABLA No. 4

Mediante un diseño esperimental se logró determinar que para conse-

guir los valores aporximadamente iguales a los deseados se requieren

el numero de espiras expresados en la tabla No. 5.

61

TAP Na

TAP 1

TAP 2

TAP 3

TAP 4

TAP 5

INDUCTANCIA

12.8 mH

12.34 mH

12.11 mH

11.88 mH

11.42 mH

# DE ESPIRAS

103

100

98

96

91

, TABLA No. 5

E] numero de espiras mostrados en la tabla No. 5 y requeridos para -

conseguir los valores de inductancias deseadas permiten conseguir va_

lores aproximados, incluyendo un pequeño error; dado que una espira

completa puede incluir más de una décima de mili-henrio, y lograr la

exactitud deseada con inductancias conformadas por espiras completas

es bastante difícil.

En el caso de incluir los 2 relés de sobrecorriente, cuyo burden fro

tal es de 8.76 VA en total; entonces el selector de taps de la induc

tancia de la línea debe estar en la posición 4, para que sumada esta

inductancia a la que se presenten los relés se obtenga un valor aproxj_

mado igual al requerido.

Losi taps de ajuste 2 y 3 de la inductancia deberán ser utilizados -

cuando el burden que presenten los relés sea del orden de 4.4 y 6.6

VA, el tap de ajuste 1 deberá ser utilizado cuando no existan relés

u otros elementos que alteren la inductancia de la línea pura, y por

ultimo el tap 5 ha sido diseñado con el fin de que si se incluyeran

nuevos elementos o relés en la línea, este tap permite compensar

i 62

las inductancias por estos Incluidas.

2,5. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR MODELO,

QUE FORMA PARTE DEL DEMOSTRADOR, PRINCIPALES DETALLES CONSTRUÍ

: TIVOS DETERMINADOS EN BASE A PRUEBAS DE LABORATORIO.-

El sistema real que se ha tomado como base está constituido por un

centro de generación a un voltaje de 13.8 KV, por lineas de transmi_

sión a un voltaje de 230 KV y por centros de distribución y consumo

ai 13.8KV; dado que los niveles de voltaje de los elementos que cons_

tituyen el sistema son diferentes es necesario la inclusión de trans^

fbrmadores en el sistema, se requieren entonces un transformador

elevador para elevar el voltaje del nivel de generación al nivel de

transmisión y se requerirá de transformadores reductores que permi

tan bajar el voltaje del nivel de transmisión al nivel de distribu

pión. En un sistema real en nuestro País es bastante raro encon-

trar una transformación directa de niveles de transmisión (230 KV)

a niveles de voltaje de distribución (13.8 KV); pues previamente es_

tjan las redes de subtransmisión a niveles de voltaje intermedios; pe

ro para el objetivo que se busca en el diseño de este modelo esta

consideración no traería ningún efecto negativo.

Debido a que el sistema modelo operará a un solo voltaje de 230 voj_

tios; la modelación de los transformadores puede conseguirse de dos

formas: La una mediante la utilización de un transformador con rela_

ción de transformación 1:1 y la segunda mediante la inclusión de

una reactancia serie por fase que modele la reactancia real que pre

sentaría al transformador, ambas posibilidades ofrecen similares

63

ventajas salvo que la primera es más cercana a la realidad, pero im

plica una mayor dificultad en el proceso de diseño y de construcción

ya que deberá cumplir con la característica reactiva requerida para

el ¡sistema modelo. La segunda posibilidad de modelación es de fácil

construcción y cumple también con los requerimientos y objetivos del

sistema modelo.

Por facilidad de construcción de estas reactancias inductivas sería

ventajoso considerar a todos los transformadores del sistema elevado-

res como reductores con iguales características; con lo cual todos

ellos tendrían iguales valores de reactancias. Esto lógicamente trae_

ría consigo la duda acerca de un sobredimensionamiento de algunos de

ellos; pero si en verdad este sobredimensionamiento es real tiene 2

importantes ventajass la primera como ya fuera expresada es conseguir

una facilitación enorme en el proceso de fabricación de estos elemen-

tos y segundo la posibilidad de que en el futuro se puedan aumentar

más1 elementos en el sistema modelo de los actualmente previstos sin

tener la necesidad de incluir elementos que modelen nuevos transforma_

dores.

Como referencia es importante anotar que los transformadores utiliza-

dos en el Proyecto Paute son de 114 MVA y voltajes de transformación

de 13.8/138 KV; tienen una reactancia de 11.8% en sus propias bases;

según tablas de características de transformadores de potencia obteni

das de la referencia (ig); los valores de reactancias de un transfor-

madpr son variables dependiendo de sus características y están en va^

lores entre el 10 y 12% para los transformadores de las característi-

cas deseadas; el valor de la reactancia a escoger para diseñar las ir^

ductancias que simularán a los transformadores deberá ser tal que cum

64

con los siguientes requerimientos del modelo:

La reactancia deberá ser de un valor que se encuentre dentro del

rango expresado anteriormente y que representan valores caracterís_

tpcos de transformadores; es decir debe estar entre 10 y 12% (en

sjus propias bases).

E¡1 valor de la reactancia no deberá ser muy alto, con el fin de que

los valores de corriente de carga y corriente de cortocircuito no

resulten muy pequeños, lo cual dificultaría enormemente el procedi-

miento de coordinación de las protecciones.

'demás estas reactancias deberán ser de un valor tal que sumadasilas impedancias de los relés de protección, aparatos de medición y

transformadores de señal no sobrepasen el límite superior escogido.

Serlía una decisión razonable escoger un valor de reactancia del 10 %i

par;a modelar a los transformadores con el fin de dar mayor facilidad

para la coordinación de protecciones y además permitiría compensar -

el Afecto provocado en las impedancias debido a la inclusión de los

elejnentos anteriormente anotados.

Con el valor escogido de reactancia se tiene que:

xreal A.T. = Z (B) A.T. . Xp.u. = 587f2 x 0.10 = 58.7Í2

B.T. = Z(B) B.T. . Xp.u. = 2.116S2 x 0.10 = 0.2116SÍ

Estps valores anteriormente determinados para el sistema real deberán

65

ahora ser transformador mediante la relación de escalas a valores co_

rrespondientes al sistema modelo; es decir a 230V y 1 Kw.

X(m) = f. escx(230 KV - 230 V) x XA>T> = f. esc*(13.8 KV - 230V) XB>T

X(ni) = 0.1 x 58.7Q = 27.77 x 0.2116-3

X(m) = 5.87 &

r- [Hl = 15.57 mH

En el apéndice B, se determina en forma teórica el número de espiras

requeridas para conseguir la inductancia deseada, resultando este

igual a 122 espiras; pero según el procedimiento práctico se consi-

guó la inductancia de 15.6 mH con 120 espiras. La curva V-I corres-

pondiente a esta inductancia de 15.6 mH se mue.stra en la figura No.

21.

Es1 importante que en este punto se determine el aspecto referente a

la característica de las "cargas" a acoplarse al modelo, estas car-

gas que deberán acoplarse directamente a los modelos de transformad^

res conformarán elementos independientes a los paneles que incluirán

el resto de elementos que conforman el demostrador; incluirán elemer^

tos resistivos y reactivos con características de consumo menores a

l'Kw para las cargas resistivas y menores a 0.750 KVAR para las car.

gas reactivas; que son los valores tomados para el diseño del modela

Estos'Jjuegos de cargas" serán calibrables en un amplio rango de valo

66

res y se conectarán directamente a los terminales que para tal efec

to existirán en los respectivos paneles.

2.6. DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL "GENERADOR MODELO" A SER

UTILIZADO EN EL DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES. -

Se;ha escogido como generador real a ser modelado uno de los alter-

nadores a utilizarse en el Proyecto Paute., con lo cual se obtendría

la ventaja de simular un sistema bastante cercano a los que operan¡

en el País; las características mas importantes de este alternador

son las siguientes:

Potencia de generación = 100 MW

Voltaje de generación = 13.8 KV

Factor de potencia = 0.9

Xd = 1.09 p.u.

Xq = 0.74 p.u.

X'd = 0.31 p.u.

X"d = 0.24 p.u.

Z0 - j 0.14 p.u.

Primeramente van a expresarse estos valores de reactancias en ohmios,

para lo cual se debe obtener la impedancia base.

Zb - - • 1.7139100 x 1/0.9

Los valores de reactancias en ohmios serán:

67

Xd = 1.868 fi

| Xq = 1.268 fi

X'd = 0.531 n

X"d = 0.411 fi

Z 0 = 0.239 n

La relación de transformación de impedancias considerando un volta-

je real de 13.8 KV5 como fuera obtenido en el punto 2.3, es igual a:

Z(m) - 27.77 x Z(r)

Los correspondientes valores de reactancias en el modelo serán:

Xd = 51.879 ü

Xq = 35.22 fí

X'd = 14.754 n

X"d = 11.42 fi

Z0 = 6.663 n

El tratar de modelar las características mecánicas- como el momento

de inercia por ejemplo, resulta un proceso demasiado complicado y

que no se justificará para los fines buscados; de todas maneras se^

ría importante considerar este aspecto en Tas conclusiones posterio^

res acerca del generador que mayor se ajusta a los requerimientos -

deseados.

El generador requerido para el modelo deberá cumplir una serie de

características y consideraciones:

68

- Una potencia de generación mayor o igual a 1 !<w.

j- Voltaje de generación de 230 V y frecuencia de generación de 60Hz.

- Tratar de que el generador escogido para modelo tenga valores de

Impedancias cercanas a las reactancias requeridas; si esto no se

lograra obtener, entonces se debería buscar la forma de compensar^

las de tal manera de cumplir este requerimiento.

- Debido a que es posible que el generador pueda estar expuesto du_

rante algunos instantes a los efectos causados por cortocircuitos

a ser simulados en el sistema y en sus propios terminales, éste

debería tener características que eviten provocar efectos dañinos

en el mismo,

- Además se debería tender en lo posible a conseguir que las carac-

terísticas de inercia de este modelo sean comparables a los del

generador modelado.

Tratar de conseguir un generador que cumpla con todos estos requeri_

mientos es muy difícil; por lo tanto es necesario realizar algunas

consideraciones al respecto para cumplir en mejor forma con todas

estas necesidades.

- En el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la Facultad de Ingenie^

ría Eléctrica existe un grupo motor-generador de 3.5 KVA; cuyos pa^

rámetros eléctricos fueron obtenidos de la referencia (20) y son

presentados a continuación:

69

Generador Siemens:

Potencia = 2. 8 Kw Cos 0 = 0.8

Voltaje =230 V f = 6 0 Hz

Xd : = 27 n

Xq = 15.8fí

X ' d = 6 . 8 n

X"d = 4 . 0 t i

X 0 = 1.88 n

Comparando estos valores de reactancias con los del alternados de Pauites puede concluirse que conforme la potencia disminuye los valores

ohmficos de reactancias aumentan; asi mismo comparando los valores de

reactancias que se requieren para el modelo con los del generador si£

mens se puede concluir que el generador requerido debería ser de una

potencia menor a 2.8 Kw e incluso podría ser menor a 1 Kw para conse-

guir los valores de reactancias requeridas.

consideración anterior en el peor de los casos obligaría a

ger un generador de potencia menor al requerido para el sistema (IKw)

perb este generador no permitiría provocar fallas en el sistema y -

peor aún en sus terminales; ya que las corrientes de cortocircuito po_

drían dañarlo .

La consideración anterior obliga a escoger un generador de mayor po-

tencia, aunque el sistema requiera una potencia de carga de 1 Kw, es_

ta consideración permitirá conseguir características mecánicas más

acordes con el generador, además el generador podrá soportar las cc^

70

tocircuito más grandes del sistema durante el tiempo que fuere ne

cesarlo.i

En la referencia (15), se analiza un modelo para protección de un

sistema eléctrico construido por la siemens, este sistema eléctri-

co requiere de una potencia de 1.6 KVA, pero se utiliza un genera-

dor de 12 KVA de potencia; la justificación expresada para tal so-

bredimensionamiento es que con este generador se consigue valores

de momentos de inercia acordes con los requeridos y ademas este ge_

nérador sera capaz de soportar la máxima corriente de cortocircui-

to por algunos segundos en condiciones nominales.

Mediante resultados obtenidos en un estudio de corto-circuitos pa-

ra los 5 esquemas; se obtuvo como es lógico que las corrientes de

cortocircuito más grandes para el generador ocurrirán cuando éste

ocurre en los terminales del mismo (por lo tanto la corriente máxi_

nía pasa a ser independiente de la configuración que tenga el sist£

ma). La magnitud de esta corriente de cortocircuito es de 4.84

FLU, que multiplicada por la corriente base de 3.14 A se obtiene

15.186 Amp.

Entonces el generador modelo deberá soportar bajo condiciones anoir

males de operación una corriente máxima de 15.186 Amp. Esto permi_

te inicialmente definir que el generador a utilizarse debería te-

ner una corriente nominal mayor o igual a 15.18 Amp.; con lo cual

bajo las peores circunstancias de operación el generador estaría

trabajando en sus características nominales.

Como fuera expresado anteriormente al aumentar la potencia en un

71

generador los valores de reactancias disminuyen; por lo tanto con

un generador cuya corriente nominal sea del orden de 15.18 Amp. -

los valores de reactancias que éste presentará serán menores a los

requeridos para el generador modelo; por lo tanto sera necesario

Compensar estos valores de reactancias, este problema puede reso]_

verse mediante la inclusión de inductancias seria a cada una de

las fases del generador.

Las reactancias compensatorias deberán tener un valor en ohmios -

tal que sumado el valor en ohmios de la reactancia transitoria del

generador escogido y este total dividido para la impedancia base

del generador se obtenga un valor de reactancia en p.u. igual a 1

o ligeramente mayor a este valor; de forma tal que la corriente de

cortocircuito sea 1 p.u. (en caso de ser un generador de 15.18 Amp

de corriente nominal), o un valor menor a 1 p.u. (en caso de ser

Un generador de corriente nominal mayor a 15.18 Amp.) y que multi-

plicado por la corriente nominal de este generador se obtenga la

corriente deseada del orden de 15.18 Amp.

En resumen la definición de la potencia nominal del generador y la

determinación de las reactancias compensatorias será tal que la

multiplicación de la corriente nominal del generador escogido por

el inverso de la reactancia en p.u. (de la suma de la reactancia -

transitoria del generador escogido más la reactancia compensatoria)

se obtenga un valor del orden de 15.18 Amperios. Con lo cual al

provocar una falla en los terminales ficticios A 1, B 1, C1 (Figura

No. 22) el generador entregue una corriente menor o iqual a su no

mi nal.

72

- En el caso de no incluir estas

reactancias compensatorias en se_

rie no habría sido posible simu-

lar corto-circuitos a los termina_

les del generador; ya que un cor.

' to-circuito en sus terminales pro_

vocaría corrientes del orden de

4,5 ¡o más veces su corriente nominal, la cual podría dañarlo facilmer^

te; ien cambio al provocar una falla en los terminales A 1 , B'^C', 1 a

máxima corriente de corto-circuito que se obtendría sería del orden

de la corriente nominal.

Para poder determinar el valor que deberán tener estas reactancias com

pensatorias es necesario previamente definir el generador a utilizarse

y por lo tanto conocer el valor de sus reactancias.

El proceso de diseño de las reactancias compensatorias es similar al

que fuera desarrollado para el diseño de las inductancias seria de las

líneas en el punto 2.4; y no va a ser desarrollado en este punto, pues^

to que el generador tiene que ser adquirido en el mercado y mientras

no se consigan los valores de sus reactancias no puede determinarse el

valor que deben tener las reactancias compensatorias.

Dado que el sistema propiamente dicho (sin cargas) representa una

ga para el generador, entonces es necesario que para tener una poten-

cia neta de carga de 1 Kw; se requerirá de una capacidad de generación

mucho mayor a esta potencia de carga.

73

2.7. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE PROTECCIONES DEL DEMOSTRADOR.-

En este punto se analizarán en forma general los tipos de fallas que

se proyectan provocar en cualquiera de los esquemas que pueden confor,

marse con los elementos que fueran determinados anteriormente; además

se analizará también la mejor forma de proteger al sistema ante la

ocurrencia de cualquiera de las fallas provocadas.

2.7.1. Tipos de fallas a provocarse en los modelos del generador, de

las lineas de transmisión, de los transformadores y cargas que

i constituyen el demostrador.-

La ocurrencia o provocación de una falla se la conseguirá mediante la

acción de un contactor definido para realizar dicha función; existi-

rán pues el número de contactores tal que por cada falla posible a

ser provocada exista un contactor respectivo que la provoque, su accio^

namiento o excitación será controlado mediante la selección adecuada

de un determinado valor en el switch digital ubicado en el tablero de

manejo.

Fallas a provocarse en el generador:

Tipo de falla Contactor

Falla 3$ a los terminales del estator cr,5 3

Fa11á í¿ S 1ds k'riíHrietlés del estator C 5 1

ftépdída de campo

Falla a tierra del campo del generador

74

A mas de las fallas anteriormente definidas, en el generador se po-

drán analizar anormalidades provocadas por sobrecargas a corto-circir[

to externos a los terminales del mismo.

Algunos tipos de fallas que ocurren en un generador no podrán ser prp_

vocadas en el modelo, dada la dificultad que puede existir para su sj_

muí ación (fallas entre espiras de una bobina), o la imposibilidad de

que estas ocurran en el modelo (motorización).

Fallas en las lineas de transmisión:

Dado que las líneas de transmisión están constituidas por un modelo

concentrado, es posible provocar fallas al inicio o al final de la

linea solamente, es así que se ha previsto provocar solamente fallas

monofásicas y trifásicas al inicio y al final de la misma.

Tipo de falla Contactores

Li L2 L3 U

Fal la tr ifásica a tierra al in ic io de la línea C n 3 C 2 I 3 C 3 1 3 C « | I 3

Fal la monofásica a tierra al i n i c io de la línea Cm C 2 1 1 C 3 1 1 Ct (n

Fal la trifásica a tierra al f inal de la línea C i 2 3 C 2 2 3 C 3 2 3 C 4 2 3

Fal la monofásica a tierra al f ina l de la línea C i 2 i C 2 2 J C 3 2 i C^i

Fallas en los transformadores y cargas:i

Los i transformadores modelados mediante inductancias no permiten que se

simulen algunos tipos de fallas que en un transformador real ocurren

(P.e. fallas entre espiras de los bobinados primarios y secundarios,

75

elevación de temperatura, etc.); por lo tanto las fallas que pueden

ser modeladas son monofásicas y trifásicas al inicio y al final de

los mismos.

Tipo de falla Contactores

T2 T3

Falla trifásica al inicio del transformador C6i3 C 7i3

Falla monofásica al inicio del transformador C6n C7n

Falla trifásica al final del transformador CG23 C723

Falla monofásica al final del transformador CG2i C?2i

En el caso de las cargas se provocarán fallas trifásicas y monofási-

cas., y son las que corresponden a las fallas trifásicas y monofásicas

al final de los transformadores T2 y T3.

2.7.2. Medios de protección ante la ocurrencia de las fallas provoca-

das. -

En este punto será analizado en forma resumida el tipo de protección

a utilizarse, ante la ocurrencia de una determinada falla y además

se darán las características más importantes del relé requerido para

dar la debida protección. Es importante considerar que el aspecto -

referente a calibración y coordinación de los relés no será analiza-

do en este estudio, por cuanto estos aspectos se constituyen en una

aplicación didáctica del modelo.

2.7.2.1. Protección del generador.-

La frecuencia de falla de un sistema de generación es baja dentro de

76

un sistema eléctrico, si una falla ocurre puede producir daños graves

y por lo tanto salidas prolongadas; es por esto necesario dar al sis

tema de generación una protección efectiva y rápida (22).

a) Protección ante fallas entre fases del estator.- La forma más efec

ti va de conseguir

protección ante la ocurrencia de esta falla se la puede lograr me

diante un relé diferencial, el cual protegerá toda la zona limita

da por los 2 juegos de transformadores de corriente; en el caso de

ocurrencia de una falla dentro de la zona protegida las corrientes

que circularán a través de los secundarios de los TC serán diferen

tes y esa diferencia será detectada por el relé; esta protección

actúa ante la ocurrencia de fallas trifásicas, bifásicas y también

fallas a tierra (si la puesta a tierra del generador es de bajo va_

lor óhnrico).

El relé diferencia] requerido deberá cumplir las siguientes carac-

terísticas:

- Dado que la relación de transformación de los TC es 5:5; enton-

ces la corriente nominal del relé deberá ser de 5 Amp.

- El relé deberá incluir bobinas compensatorias para evitar opera-

ciones innecesarias.

- Frecuencia = 60 Hz.

-t Debe tener por lo menos 1 contacto, sea este normalmente cerrado

77

o normalmente abierto; con una capacidad de corriente de por lo

.menos 1 Amp.

-¡El relé deberá ser tropicalizado; es decir deberá soportar ca-

racterísticas de temperatura y humedad medianamente altas; ade_

más deberá soportar un nivel normal de vibraciones.

-1 Deberá tener indicativos visuales de operación.

- Deberá tener reposición automática.

El relé diferencial DDG 31 de la GEC Measuments, o un relé similar,

cumplen con las características requeridas; por lo tanto puede uti

Tizarse 1 relé DDG 31 o un similar para conseguir la protección -

buscada.

b) Protección de fallas a tierra del generador.- A pesar de que este

; tipo de falla puede

ser detectada por la protección diferencial; por mayor seguridad

en la detección de este tipo de falla se utilizará un relé indepen

diente para proteger este tipo de falla; esta falla puede quedar

protegida mediante la utilización de un relé de sobrecorriente -

tiempo inverso o por un relé de sobrevoltaje.

En el caso del generador modelo se utilizará un relé de sobrevolta

je conectado al secundario de un transformador, cuyo primario irá

conectado entre el punto neutro del generador y tierra; este trans_

formador es del tipo convencional y deberá tener un voltaje prima

78

rilo de 230V y como voltaje secundario el nominal del relé (Fig. #

23). En sistemas reales en el secundario del trsnaformador se c£

loca una resistencia, cuyo objetivo es

tal que al ser reflejada al primario -

del transformador limite la corriente

de secuencia cero. En el caso del mo

délo, dado que la corriente de secuen_

cia cero es pequeña es innecesaria la

utilización de esta resistencia linrita_

dora.

EJ1 relé requerido deberá tener las siguientes características:

-| El voltaje nominal deberá ser 230 V o 115 V; con lo cual la rela_

! ción de transformación del transformador convencional sería 1:1

o 2:1 respectivamente.

-i Frecuencia de 60 Hz.

¡-i Debería tener por lo menos 1 contacto, sin importar su estado y

con una capacidad de corriente de 1 A.

-! Deberá tener un amplio rango de calibración.

-j Deberá ser tropical izado y soportar un rango de vibraciones nor_

males.

Deberá tener indicativos visuales de operación y reposición

mática.

79

El relé de voltaje PJV11AF de la General Electric, o algún relé sj_

milar a este cumplen con las características requeridas; por lo

cual puede utilizarse 1 relé PJV11AF o algún similar.

c) Protección ante pérdida del campo.- El modelo será protegido ante

esta falla mediante un relé de

baja corriente conectado directamente en el circuito principal de

campo; aunque existen relés mas efectivos pero cuyo costo es exce-

sivamente alto.

í?i el sistema eléctrico es grandej para suplir la deficiencia de

excitación a través del campo; entonces el generador operará como

un generador de inducción entregando los mismos Kw al sistema que

antes de la pérdida de la excitación; pero las bobinas del estator

se sobrecalentarán debido a las sobrecorri entes a que están some-

tidas; es importante mantener al generador conectado al sistema ,

entregando Kw por el mayor tiempo posible, especialmente cuando el

generador entrega una porción considerable de potencia al sistema

En el caso del generador modelo la detección de esta anormalidad

provocará la salida del generador del sistema, ya que las circuns^

tancias de estudio asi lo requieren; aunque en caso de necesitar

que la máquina siga operando con esta anormalidad pueden variarse

los circuitos de control que se analizarán en el capítulo No. 3.

El relé de baja corriente a utilizarse deberá cumplir con las sj

guientes características:

80

- La corriente nominal del relé dependerá de la corriente nominal

'' del campo.

-I El relé deberá tener por lo menos un contacto, con una capaci-

dad de corriente de 1 A.

- El relé deberá ser tropical izado y soportar vibraciones norma-

les.

- El relé operará en corriente continua.

i- El relé deberá ser calibrable sobre y bajo el valor de la OD

| rriente nominal.

-• El relé contendrá indicativos visuales de operación y tendrá re

posición automática.

El relé de baja corriente 12PJC11AX de la General Electric o al-

gún similar, cumplen con los requerimientos buscados, por lo taii

to podría utilizarse 1 relé 12PJC11AX o algún relé similar a ésta

d) Protección entre fallas a tierra del rotor.- Una falla a tierra en

las bobinas del campo

no constituye en sí un peligro para la máquina, peror si se produce

una segunda falla, la parte de la bobina incluida entre las dos fa

lias, estará en cortocircuito resultando de esto un desbalance mac[

qético en el campo, el cual provocará daños mecánicos en los cojj_

netes de la máquina (23).

Existen tres métodos para la detección de esta falla; estos sort El

81

método del potenciómetro, el método de aplicación de corriente a

terna y el método de aplicación de corriente continua. Todos es-

tos métodos se basan en que al ocurrir una determinada falla en

el rotor, se cerrará un circuito eléctrico del cual forma parte

el relé de protección (23).

En el caso del modelo se utilizará el método de aplicación de c£r

rriente alterna., ya que este permite lograr una protección total

del bobinado de campo y con gran sensibilidad de detección.

El relé requerido para detectar fallas a tierra del campo deberá

tener las siguientes características:

- El voltaje nominal deberá estar dado por las características de

la fuente de corriente alterna disponible.

- Frecuencia de operación 60 Hz.

- Deberá tener por lo menos 1 contacto, con una capacidad de co-

! rriente de 1 A.

- El relé deberá ser tropicalizado y soportar rangos de vibración

normales.

- Deberá tener indicativos visuales de operación y reposición aut£

matico.

El relé NJG11A de la General Electric, o algún relé similar a este

cumplen con las características requeridas, por lo tanto podría -

utilizarse 1 relé NJG11A o un similar para dar la protección debí

82

e) Protección ante efectos de desbalance en las fases.- Las fallas dei

tipo asimétri_

co pueden provocar efectos más dañinos que las fallas de tipo ba-

lanceado; puesto que al ocurrir una falla asimétrica se produce la

circulación de corriente de secuencia negativa (I?), la cual indu_

ce corrientes de doble frecuencia en el circuito de campo del gen£

rador, pudiendo provocar excesivos calentamientos del mismo.

£1 relé de secuencia negativa requerido deberá cumplir con las si

guientes características:

- La corriente nominal del relé deberá ser 5 AMP; dado que este

relé será conectado en forma directa al sistema y la corriente -

nominal del mismo está en el orden de 5 A.

- El relé debe tener por lo menos 1 contacto con capacidad de co-

! rriente mínimo de 1 A.


- El relé será tropical izado y soportará rangos aceptables de vibra_

ción.

- Deberá tener indicadores visuales de operación y restablecimien-

to automático.

83

¡El relé INC77B de la General Electric o algún relé similar cumplen

jcon los requerimientos anteriormente establecidos; por lo tanto pp_

¡dría utilizarse-un relé de este tipo para la protección de corrien_

¡te desbalanceadas.

f) ¡Protección de respaldo.- Es necesario que el generador cuente con

i una protección, con el fin de evitar que

|el alternador continué entregando corriente de cortocircuito ante

Ifallas ocurridas en el sistema eléctrico externo, cuando eventual-

mente no operen las protecciones principales respectivas.

Cuando ocurre una falla externa al generador., se produce una dismj_

tiución de la tensión en las barras del generador; en consecuencia

para dar protección de respaldo es necesario un relé que opere con

¡una corriente posiblemente menor a la de plena carga9 cuando la

tensión baja de un valor previamente determinado.¡

JE1 relé de tiempo - corriente inversa con restricción de voltaje ;

¡deberá cumplir las siguientes características:

|- La corriente nominal del relé deberá ser de 5 A, dado que será

I conectado directamente al sistema, y la corriente nominal en el

i mismo es alrededor de 5 A.

- El relé debe permitir ajustar los rangos de corriente y voltaje

de operación.

¡- Frecuencia de operación 60 Hz.

- Dado que la relación de los transformadores de potencial es

24Q/120V, el relé deberá tener un voltaje nominal de 115 V.

- Deberá tener por lo menos un contacto, con una capacidad de co_i1 rriente mínimo de 1 A.

- El relé será tropicalizado y deberá soportar rangos normales de

vibración.

- Deberá tener indicativos visuales de operación y reposición auto

j mática.

El relé CDV61 de la GEC Measuraments o algún similar a éste, cum

píen con las características anteriormente expuestas; por lo tan_

to podría utilizarse 1 relé CDV61 o un similar.

2.7,2.2. Protección de las líneas de transmisión.-

La protección mediante relés de distancia es la manera más efectiva,

pero también la más costosa, para dar protección a una línea; gene-

ralmente se los utiliza como protección primaria.

Otro tipo de protección utilizada en líneas de transmisión es la pr<D

tección por piloto, la cual es bastante similar a la protección dif^

rencial; es una protección efectiva y tiene una alta velocidad para

el despeje de fallas.

La forma más barata de proveer protección a una línea es mediante re^

les de sobrecorriente; se los emplea como protección primaria para -

fallas fase-tierra en líneas donde se utilizan relés de distancia pa

85

ra la protección de fallas entre fases, y como protección de respaldo

para fallas fase-tierra en las lineas que utilizan protección por hi_

lo piloto como primaria; en muchos casos con el fin de facilitar la

coordinación de relés y conseguir mayor selectividad se utiliza la c<ai

racterística direccional en los relés de sobrecorriente.

En el sistema modelo lo ideal habría sido utilizar un sistema de pro^

tección primario y un sistema de protección en respaldo; pero el uti

lizar estos 2 sistemas de protección tiene algunos inconvenientes en

tre los cuales se anotan los siguientes:

- El utilizar un sistema de protección primario mediante relés por hi_

lo piloto implica un alto costo que no se justifica para lograr los

fines didácticos deseados.

- Ademas como fuera analizado al diseñar los modelos de lineas, sus

i'mpedancias modeladas representan valores relativamente pequeños. La

niayoría de relés para protección por hilo piloto se caracterizan -

por tener valores altos de burdens; valores que en determiandos taps

de ajuste representarían impedancias excesivamente altas si fueran

incluidas en las lineas del demostrador.

Considerando los aspectos anteriores, entonces se concluye que la prc^

tección de las lineas modelo se lo realizará mediante relés de sobre_

corriente; este relé ofrece un mayor grado de selectividad y mayor fa_

ciudad de coordinación si tiene la característica direccional; lamer^

tablemente por las características de los modelos de lineas es imposj_

ble utilizar relés direccionales, ya que los modelos de líneas tienen

86

elementos en paralelo (capacitores), y al utilizar la unidad direccip_

nal1 de los relés de sobrecorriente se incluyen en paralelo a los capa_

citares de la línea, los burdens de las bobinas de voltaje, cuyos va_

lores transformados a impedancias dan valores comparables a la reactan_

cia capacitiva de la linea y las características propias de la misma

serían enormemente alteradas.

Por las razones anotadas, el sistema de protección que se utilizará

en las líneas será solamente mediante relés de sobrecorriente con ca^

racterísticas de operación instantánea y de tiempo inverso; para pr£

teccion ante fallas de fases; y sinrilamiente un relé monofásico de

iguales características para fallas a tierra.

Los relés de sobrecorriente para protección de fallas entre fases irán

conectados directamente al sistema, sin utilizar transformadores de

corriente, ya aue las corrientes nominales del sistema son del orden

de ¡las corrientes de los relés, los relés de sobrecorriente para pr£

teccion de fallas a tierra irán conectados directamente a la línea de

tierra del sistema. La conección directa de los relés de sobrecorHer^

te para protección de fallas entre fases alterarán las características

de :la línea, por cuanto se han incluido en las líneas las bobinas de

los relés de sobrecorriente; pero como fuera analizado en el diseño de

las inductancias para las líneas estas tienen taps de compensación de

las impedancias extras incluidas por los relés.

El sistema de protección para las líneas modelos se compondrá de re

les de sofarecorriente con características instantáneas y de tiempo in

verso para protección de fallas entre fases, y relés monofásicos simi

87

lar^s para la protección de fallas a tierra. Los relés requeridos

beran cumplir con las siguientes características principales:

La corriente nominal de los relés a conectarse directamente a las

fases de la linea debe ser 5 A. y deberán ser trifásicos.

L£ corriente de operación del relé para protección de fallas a tieii

ripa deberá ser tal que opere con el 30% de la corriente mínima de

falla.

- L¿s relés deberían tener el burden más pequeño posible.


- El relé deberá tener por lo menos un contacto, con una capacidad mí

nima de corriente de 1 A.

- Deberá ser tropicalizado y soportar niveles normales de vibración.

- Deberá poseer indicativos visuales de operación y reposición automa^

tfica.

Se ia determinado que los relés de sobrecorriente temporizados tengan

características de tipo inverso, ya que ofrecen buenas característi-

cas para su coordinación, y además para valores de corrientes menores

a 3 veces la corriente de ajuste es más rápida que los relés con ca-

racterísticas muy inversas o extremadamente inversa, estas caracterís^

ticas han sido obtenidas de los relés de sobrecorriente de la Brow B£

veri recomendados.

Los modelos de las líneas podrían ser protegidos mediante un relé tri

fásico ITE-51I (catálogo 223T12xl) de la Brow Boveri Electric. Además

un relé monofásico ITE-51I (catálogo 223512x1) a ubicarse en la linea

de tierra para protección a la línea entre fallas a tierra. Puede uti_

lizarse otro tipo de relés con características similares.

2.7.2.3. Protección de los transformadores y de las cargas.-

El transformador que opera en bloque con el generador, quedará prote_

gido ante fallas internas al igual que el generador mediante el relé

diferencial; dado que el transformador está representado solamente

por su reactancia inductiva entonces no podrán ocurrir las fallas tí

piqas de transformadores y por lo tanto no hace falta implementar o

tros elementos de protección, además este transformador estará cubier^

to'por la protección de respaldo implementada para el generador.

En lo referente a los 2 restantes transformadores que se encuentran a^

copiados a los 2 juegos de cargas es necesario que para darle protec^

cfón se requiera un relé de características rápidas, por lo tanto se

utilizará un relé de sobrecorriente - tiempo inverso con una unidad

instantánea trifásica para protección de fallas de fase, y un relé mo

nofásico con iguales características para la protección de fallas a

tierra.

Las características básicas de los relés requeridos son similares a

las que fueran anotadas para dar protección a las líneas.

En el apéndice C se muestran todos los planos requeridos para el sis^

tema de protección, sistema de control, sistemas de interconexión con

89

el controlador programable.

i

2.8¡r PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO AUXILIAR REQUERIDO PARA

CONFORMAR EL DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES

A más de los elementos propios que conforman los diferentes componen-

tes del demostrador de protecciones, tales como el generador, los re^

les de protección, los capacitores requeridos para la modelación de

las líneas y los elementos y materiales requeridos para la construc-

ción de las inductancias de las líneas, los transformadores y las rea£

tancias compensatorias del generador; es necesario que se determinen

las características de un gran conjunto de elementos necesarios para

la operación del demostrador de protecciones.

2.8.1. Transformadores de corriente.-

Son requeridos para la operación de los relés d i ferencia les que dan

protección al bloque generador-transformador; estos TC deben tenerlas

siguientes características:

- Relación de transformación 5:5

- Clase de precisión 3

- Burden B-0.2 según las normas ANSÍ (5VA y f.p 0.9)

- Voltaje de ais lamiento 600 V

- Cantidad 6

2.8.2. Transformadores de potencial.-

Se los;requiere para la operación de la unidad de voltaje del relé de

90

protección de respaldo del generador; este TP tendrá una relación de

transformación de 240/120 V, por lo que la impedancia del secundario

al ser reflejada al primario será 4 veces mayor y su efecto será me^

ñor que si el relé estuviera conectado directamente al sistema. Las

características del TP requerido serán:

- Relación de transformación de voltaje 240/120 V

- C[Iase de precisión 3

- Burden W según las normas ANSÍ (12.5 VA y 0.10)

- Voltaje de aislamiento 600 V

- Cantidad 3

2.8.3. Transductores de frecuencia.-

i

Estos elementos se requieren para llevar señales de frecuencia hacia

los módulos de entrada del P.C. Las características más importantes

son las siguientes:

- Frecuencia central de 60 Hz, con +_ 5Hz de desviación.

- Transductor para conectarse a voltajes entre 170 y 330 V.

- Señal de salida de corriente, en un rango de 4 - 20 mAdc.

- EI! burden debe sel el menor posible.

- Precisión 0.1%

- Cantidad 1

2.8.4. Transductores de corriente.-

Estos equipos permiten llevar señales de corriente hacia los módulos

91

de!entrada del P.C. Las principales características son las siguien_

tes:i

- £1 rango de corriente de entrada debe ser de O a 15 A.

- Él rango de la señal de salida debe ser de 4 a 20 mAdc.

- Él burden debe tener el manor valor posible.

- precisión 0.1%

- Frecuencia 60Hz!

- Cantidad 3 - 30 o 9 - U

\. Transductores de voltaje.-

!

Permiten in t roduci r señales de voltaje desde el sistema hacia el con

trollador programable. Las p r inc ipa les características son las sj_

guiantes:

- E¡1 rango de vol ta je de entrada debe ser desde O a 150 V.

- Ep rango de la señal de s a l i d a debe ser de 4 a 20 mAdc.

- Efl burden debe ser el menor posible.

- Precisión 0.1%

- Frecuencia 60Hzi

- Cantidad 3 - 3¿ o 9 - U\. Transductores de factor de potencia.-

Este elemento permite introducir estas señales desde el sistema ha-

cia el P.C. a través de los módulos de entrada. Las principales ca-

racterísticas son las siguientes:

92

- El rango de la señal de entrada del factor de potencia debe ser de

Oa 0.5(0 a + 60°).

- Él rango de la señal de salida deberá ser de 4 a 20 mAdc.

- Deberá operar a un voltaje de 170 a 330 Va.c.

- El equipo deberá ser trifásico.

- Frecuencia de operación de 60 Hz.i

- Precisión 0.1%

- El burden debería tener el menor valor posible.

- Cantidad 3 - 30

2.8.7. Elementos de control requeridos.-

- Contactores.- En el demostrador se requieren estos elementos para¡

provocar fallas en los elementos,contactores que op£

ren como disyuntores, contactores de enlace. Las características

más importantes son las siguientes:

, Contactores con tres contactos N.A. principales.

;. Capacidad de corriente nominal 15 A.

'. Voltaje de operación mayor o igual a 230 V A.C.

. Alto número de operaciones.

. Voltaje de operación de las bobinas 220 V A.C.

. Los 8 contactores para interconexión requieren de 1 contacto N.A.

auxillar.

. Cantidad 48.

- Lámparas de señalización.- son necesarias como elementos indicati-

vos visuales del estado de operación de

93

lo£ diferentes elementos que contiene el demostrador de proteccio-

nes. Sus características son:

)peracion a voltaje de 220 V A.C.

. Frecuencia 60Hz

. pantidad 68

Pulsantes de activación.- son utilizados para la activación de los

interruptores digitales, para la activa -

ci'6n del selector de esquemas y para restablecimiento del sistema.

. Operación a 220 V A.C.

. frecuencia 60Hz

. Cantidad 4

Pulsantes con enclavamiento.- Son necesarios para conseguir mantener¡i un determinado parámetro desplegado en

la pantalla de un display digital.


. Frecuencia 60 Hz

. 2 posiciones con enclavamiento.

Cantidad 3.

- Selectores de 5 posiciones.- Son utilizados para seleccionar el e£

quema de operación del demostrador y

además para seleccionar los taps de operación de las inductancias de

las líneas.

94

. Selector para selección de esquemas,

i - Voltaje de operación 220 V A.C.

- Frecuencia 60 Hz

- 5 posiciones

- Cantidad 1

. Selectores para selección de taps.

i - Voltaje de operación 220 V A.C.

- Capacidad de corriente de 15 A.

- 5 posiciones.

- Cantidad 4.

Selectores de 3 posiciones con reposición automática a su posición

¡central, luego de accionado.- Son requeridos para abrir y cerrar

los elementos que simulan a los dis_

yuntores de todos los elementos del sistema.


. Frecuencia 60 Hz

. Interruptores con características automáticas de reposición a su

posición central luego de efectuada la acción normal de operación

' de cualquier de sus 2 posiciones externas.

. Cantidad 12.

.Interruptores digitales.-

. Capaces de permitir el ingreso de 2 dígitos.

96

C A P I T U L O I I I

PROGRAMACIÓN EN EL CQNTROLADQR PROGRAMABLE DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

1 CONMUTACIÓN DEL DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES

El presente capítulo es el lazo inicial de unión de los dos primeros

capítulos ya analizados; el primer capítulo trataba de exponer las

principales características de operación, las nociones e instruccionesibásicas de programación del controlador programable; el segundo capj^

tulb en cambio analiza aspectos de diseño y operación de los elemer[

tos que conforman el demostrador de protecciones. En el presente ca_

pítulo se programan en el controlador programable todos los sistemas

de control y conmutación requeridos para conseguir una óptima opera^

ción del demostrador de protecciones.

3.1!. FUNCIONES DE INTERPELACIÓN ENTRE EL CONTROLADOR PROGRAMABLE Y EL

DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES.-

A continuación se definirá en forma general cada una de las funciones

relacionadas con actividades de control y conmutación en las que el

controlador programable toma parte primordial y permite en forma efi_

cíente controlar la operación del demostrador de protecciones.

- Interconexión entre los diferentes "modelos" de elementos eléctri-

cos que conforman el demostrador de protecciones.- Como quedara cla_

ramente definido en el capítulo anterior el demostrador de protec_

ciones está constituido por un conjunto de elementos; los cuales

pueden interconectarse de diferente forma permitiendo obtener cinco

97

esquemas diversos de sistemas eléctricos de potencia; entonces es

necesario realizar un programa para que mediante el P.C. se logre

la interconexión de los elementos y se consiga el esquema prefija_

do.

i

Provocación de fallas en los diferentes puntos de los elementos queiconstituyen el demostrador.- Luego de que se ha constituido un es_

quema definido mediante el sistema de interconexión pueden prov£

carse fallas o anormalidades de diferente tipo en los elementos

que conforman el esquema en operación del demostrador de protecci£

nes.

Operación del sistema de protecciones, control y ejecución.- Ante

la, ocurrencia de una determinada falla o anormalidad en los elemen_

tos que conforman el esquema en estudio; deberían operar los res-

pectivos relés de protección. Esta señal procedente de los relés

ingresará al controlador programable y mediante un programa desa-

rrollado en el mismo se controlarán y ejecutarán las acciones re-

queridas para la eliminación de la falla o anormalidad detectada.

Funciones de restablecimiento del "esquema" en estudio a su estado

normal.- Después de que actuaran las protecciones pueden haberse -

provocado aperturas o Calidas" de elementos que conformaban el e

quema en operación, operación de elementos de señalización, etc.;

todas estas actividades desarrolladas deben ser restituidas a su

operación normaly ya que el sistema debe permitir que se desarro-

llen nuevos estudios sobre el mismo; el controlador programable

bien es utilizado para desarrollar estas actividades.

98

- Funciones de bloqueo de la operación de relés de protección.- Dado

que el demostrador de protecciones básicamente debe ser el medio

pedagógico eficaz para el estudio de los sistemas de protección; en_

tonces es necesario que sea bloqueada la operación de determinados

relés con el fin de verificar la operación de los relés de protec_

ción en respaldo; ya que de no existir este bloqueo de "relés prj_

marios", las posibilidades de operación del sistema de respaldo s£

ría nula; con este fin se ha desarrollado un programa en el contro_

lador programable que permite lograr esta función.

- Medición de parámetros eléctricos.- Mediante la utilización de tran£

ductores de señal son introducidas señales analógicas de voltaje, co^

r'riente y factor de potencia al controlador programable, desde dife_

r,entes puntos de un determinado esquema; los cuales serán desplega-

das en sus respectivos displays digitales; en el controlador progra-

mable son desarrollados los programas requeridos para conversión in-

terna de valores, selección del punto en el esquema y del parámetro

a ser medido y desplegado.

- Funciones especiales.- La óptima operación de algunas de las funcio-

nes anteriormente definidas requiere de la utilización de programas

especiales en el P.C. como son: El multiplexado de displays, multi-

plexado de interruptores digitales, sistemas de intermitencia, siste^

mas de conversión interna de parámetros eléctricos, etc.

3.2. DIAGRAMAS CONVENCIONALES Y PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE CONMUTACIÓN

DE ELEMENTOS PARA OBTENER 5 ESQUEMAS DIFERENTES DE MODELOS DE

TEMAS DE POTENCIA EN EL DEMOSTRADOR.-

99

En |la Fig. No. 12 pueden apreciarse los cinco esquemas proyectados ,

los cuales se pueden conseguir mediante la adecuada interconexión de

los diferentes elementos que constituyen el demostrador de proteccio-

nes. Como fuera definido, el demostrador se encuentra constituido -

por un generador, cuatro secciones de líneas y dos modelos de trans_

formadores - cargas.

Para lograr la interconexión de estos elementos se requiere de la

utilización de ocho contactores, a los cuales se los ha definido co_

mo "contactores de enlace" (CE). La definición de estos contactores

es la siguiente:

CE interconexión de transformador Tj e inicio de línea Ll

Cfr2¡ interconexión de transformador T, e inicio de línea L3

CES' interconexión de final de línea LÍ e inicio de línea L2

Cr interconexión de final de línea L? y transformador T,E.'( °

CE interconexión de final de línea L,( y transformador T3

Cr interconexión de final de línea L3 y transformador T2s ¡

CE? interconexión de inicio de línea L(, y transformador T2

Cr interconexión de final de línea L, e inicio de línea L,t-8

De la Fig. No. 12 puede apreciarse que por ejemplo para obtener la in

terconexión de los elementos que conformarían el esquema 1 es necesa^

rio que operen todos los contactores a excepción de CE .

En la Fig. No. 24 puede apreciarse el sistema de control convencional

requerido para la obtención de los cinco esquemas de trabajo del de-

mostrador, en este sistema se utilizan: Un pulsante, un selector de 5

100

posiciones, 5 contactores auxiliares (Ci, C2, C3s Ci», C5) y los 8 cxm

tactores de enlace; el sistema de control es bastante sencillo y es

esta la razón fundamental por la cual solamente este sistema constitu^

ye el subcapitulo, ya que esto permitirá fa'cilmente introducirse en

la programación del controlador programable.

Dado que la programación en el controlador programable se basa en el

lenguaje booleano y su representación es mediante un diagrama escalo-

nado bastante similar al de un sistema común de control; resulta rela_

tivamente fácil el paso de un sistema de control convencional hacia

la programación en el controlador programable, esto puede comprobarse

en la Fig. No. 25, en la cuál se han realizado las variaciones necesa_

rias para obtener el diagrama de programación. En este diagrama puc

de ¡observarse que:

- Se ha cambiado la simbologia de los contactos y contactores ( sali-

das), con el fin de estar más de acuerdo con la programación en el

teclado del equipo a utilizar.

- El pulsante Si ha sido reemplazado por 5 contactos abiertos con

igual nomenclatura; ya que en la programación no es posible energi_

Zar más de una salida con una sola alimentación; en este caso para

alimentar 5 posibles salidas deben existir 5 alimentaciones indepen^

dientes, cuyas señales serán originadas .por él .selector Sz-

- El selector S2 de 5 posiciones es reemplazado por 5 contactos no_r

malmente abiertos independientes, cuyas señales serán originadas -

por el selector S2.

101

- Todos los elementos que se encuentran limitados por líneas puntea-

das representan a elementos de entrada o salida reales que se en-

cuentran conectados a los terminales del controlador programable ;

es el caso de los contactores de enlace, de Sj y de S2. Los elemen^

tos restantes son ficticios y solamente operan en la memoria del

cíontrolador programable, este es el caso de las salidas C,, C2, C3

Ci*s Cs y Cs.

Luego de obtenido el diagrama de programación, es posible entonces -

proceder a la programación del P.C.; para lo cual serán utilizados 2i

tipos de hojas con formatos especiales3 la primera es la hoja de pro

gramación propiamente dicha y la segunda permite definir las áreas

de memoria que se van utilizando en el sector de "tabla de datos11 (9).

i

En¡las hojas contiguas se detalla el programa y en la tabla No. 6 se

muestra la cantidad de memoria utilizada; de estas hojas puede obser_

varse que:

- La programación en el listado es relativamente fácil, contando con

'los conocimientos básicos de programación dados en el capítulo I y

con la ayuda del diagrama de programación.

- En la tabla de memoria puede apreciarse que han sido utilizados 6

bits de la palabra 110 para las señales de entrada del pulsante Sl

y del selector de 5 posiciones S2, los cuales deberán conectarse a

los respectivos módulos de entrada; además se utilizan 8 bits de

la palabra 013 para las salidas a los contactores de enlace., cone£

Atados a los respectivos terminales en el módulo de salida.

DIAGRAMA CONVENCIONAL DEL

SISTEMA DE INTERCONEXIÓN

DIAGRAMA DE PROGAMAC10N DEL

SISTEMA DE INTERCONEXIÓN

C-MSRE DEL Pft05

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S!STEMA DE NTERCONEXION

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102

- Los 6 bits que se han utilizado de la palabra 0709 no tienen corre¿

pendencia con ningún dispositivo o equipo de entrada o salida; y son

utilizados para las salidas imaginarias Cu C2s C3, Cu, C5, Cs.

Como fuera expresado anteriormente el presente subcapítulo tiene el

fin de permitir una fácil comprensión de la forma de programación utj_

Tizado por el controlador programable, en el subcapftulo siguiente se

analizarán sistemas algo complicados, los cuales serán más fácilmente

entendidos gracias a los análisis realizados en este punto.

3.3. DIAGRAMAS CONVENCIONALES Y DE PROGRAMACIÓN DE LOS SISTEMAS DE

CONTROL, PROTECCIÓN, EJECUCIÓN Y RESTABLECIMIENTO DE LOS DIFE-

RENTES ESQUEMAS DE MODELOS DE SISTEMAS DE POTENCIA.-

A más de los programas requeridos para la operación óptima de los di_

ferentes elementos que conforman el demostrador en lo que se refiere

a operaciones de protección, ejecución,restablecimiento, etc; se re_

quieren de programas adicionales de apoyo, uno de estos es el progra_

nía de intermitencia, el cual es utilizado en la operación de las lám

paras de señalización del estado de "disyuntores" del demostrador.

En la Fig. No. 26 puede apreciarse el diagrama convencional del sis^

tema de intermitencia y además un diagrama de la operación de los di_

ferentes elementos del sistema de control en función del tiempo. El

sistema de control diseñado tiene como única función el provocar la

activación y desactivación de la salida (CI) en períodos iguales de

tiempo, durante todo el tiempo que se encuentre activada la salida

(Rtz).

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103

En la misma Fig. No. 26 se aprecia el diagrama de programación del

sistema de intermitencia, de este diagrama se puede concluir que:

- No existen dispositivos de entrada o equipos de salida que inte£

vengan en el sistema, es decir es un diagrama para operación in_

terna en memoria del controlador programable.

- Al igual que un relé de tiempo, las funciones de temporización del

controlador programable tienen una señal retardada que activa el

bit 15, y una señal instantánea que activa el bit 17 de la palabra

que almacena el "valor acumulado" del temporizador.

Con el diagrama de programación se ha creado el programa mismo, el

cual consta en las hojas adjuntas, además en la tabla No. 7 se mués

tra la cantidad de memoria utilizada por el programa.

A continuación serán diseñados los sistemas de control de cada unr

de los elementos que constituyen el demostrador de protecciones.

- Sistema de control de las líneas 1 y 2.- Si se aprecia la fie/

No. 12 podrá notarse'

las líneas de transmisión 1 y 2 trabajan en los esquemas 1, 3/

como una sola línea de doble longitud y solamente en el esqu/

operan como líneas independientes, esto hace que sea necesa

estudiar a estas líneas en forma conjunta. En las figuras//

y No. 29 se muestra el sistema convencional de control de/

neas de transmisión 1 y 2 respectivamente.

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DIAGRAMA CONVENCIONAL DE.'

OPERACIÓN DE LA LINEADOS

104

Estos diagramas se componen de 5 secciones cuyas característicasiserán definidas a continuación:

- Una sección de provocación de fallas, en la cual son provocadas

las fallas que van a actuar sobre la línea, el sistema está dj_

señado de tal forma de que se pueda provocar solamente una fa-

lla al mismo tiempo.

- Cada línea de transmisión está protegida mediante dos relés a

cada extremo, los contactos de operación de cada pareja de relés: festarán conectados en paralelo; así: SCF11 y SCT11 ubicados al

comienzo de la línea 1; SCF21 y SCT21 ubicados al comienzo de

la línea 2; SCF12 y SCT12 ubicados al final de la línea 1; SCF22

y SCT22 ubicados al final de la línea 2. Cada pareja de contac-

tos puede provocar la excitación del sistema de ejecución por me

dio de los contactores auxiliares CD1 y CD2 (para la línea 1 ),

CD3 y CD4 (para la línea 2). Cada uno de estos contactos norma]^

mente cerrado, cuya nomenclatura comienza con las letras "CL" y

su función es bloquear la acción en el sistema de control de ese

determinado relé de protección.

- Las líneas 1 y 2 pueden trabajar en serie, conformando una sola

línea de doble longitud, esta nueva línea tendrá 4 disyuntores,

2 correspondientes a las línea 1 y 2 correspondientes a la H

nea 2, para identificarlos se han utilizado las palabras "intejr

nos" y "externos", siendo los disyuntores internos (1 de la lí

nea 1 y 1 de la línea 2) aquellos que deben permanecer siempre

.cerrados para que las líneas 1 y 2 conformen una sola línea de

105

doble longitud; observando la Fig. No. 12 puede concluirse que

1 en los esquemas ls 3 y 5 estos disyuntores deben permanecer ce_

rrados bajo cualquier circunstancia, en cambio en el esauema 4

no deben estar bloqueados va aue las 2 líneas trabajan indepen-

dientemente; el bloqueo requerido para la no operación de estos

disyuntores cuando las líneas 1 y 2 trabajan en los esquemas 1,

3 y 5 se lo consigue mediante el contactor de enlace CE (Fig.

No. 12). Cada uno de los disyuntores de todos los elementos que

! conforman el demostrador tienen dos lamparas de señalización de

1 su estado, cuando el disyuntor esta cerrado y en operación no£

i mal la lampara roja está encendida y la lampara verde apagada ,

cuando el disyuntor está abierto por efectos de "maniobra" del

usuario la lámpara roja está apagada y la lámpara verde encendi

da, por ultimo cuando el disyuntor se a abierto debido a reque-

rimientos de despeje de una falla detectada la lámpara roja ope_

ra en forma intermitente y la lámpara verde está encendida.

- Los disyuntores externos serán aquellos que se encuentran ubica,

dos a los extremos de las línea 1 y 2, cuando éstas se encuen -

tran conformando una sola línea.

- Los disyuntores pueden abrirse por efectos de "maniobra" del

usuario o automáticamente debido a la detección de alguna falla,

! y' jb'o'círcm ser cerrados solamente en forma manual, de una manera

niu# similar ¿ lo que se lleva a cabo en una subestación de un

sis teína real ¡

L Luego de provocada la falla y de la operación de los respectivos

106

disyuntores, debe restablecerse el sistema a su operación normal,

entendiéndose por estas funciones de restablecimiento la elimina_

ción de la falla, la restitución de lámparas de señalización y

el cierre de disyuntores. La eliminación de la falla y el resta_

blecimiento de las lamparas de señalización se la consigue me_

di ante el contacto temporizado de un relé de tiempo automáti-

camente activado cuando la falla se produjo o mediante la acción

del usuario sobre un pulsante (SS) localizado en el tablero de

mando; el cierre de los disyuntores se lo consigue mediante la

acción manual del usuario sobre el respectivo "interruptor de cie_

rre" propio de cada disyuntor.

En las Figuras 28 y 30, se muestran los diagramas de programa-

ción de las líneas 1 y 2 respectivamente, en estos diagramas pue_

de apreciarse ya una considerable diferencia con los diagramas

convencionales de control, puesto que existen instrucciones de

manipulación de datos como: GET, PUT, EQU, etc. Respecto a es-

tos diagramas se puede comentar que:

En lugar de utilizar el selector de fallas de 4 posiciones, se

utiliza un interruptor digital (S.D.l), lo cual representa una

enorme ventaja ya que tienen la capacidad de activar 100 señales

de entrada diferentes; el procedimiento de provocación de fallas

es el siguiente: Se escoge en el interruptor digital un valor

prefijado, por ejemplo "Oí", luego se activa el pulsante de ac-

cionamiento S3, y el valor de 01 que estuvo almacenado en la pa-

labra de memoria 120 (correspondiente al S.D.l.) es transferido

a la palabra 220, cuando ésta tiene un valor almacenado compara

107

si es igual a los valores previamente almacenados en las pala -

bras 277, 276S 275 y 274 (para la línea 1); en este caso resul

tara que en la palabra 276 fue almacenado el valor de 01 en el

proceso de programación, cumpliéndose la igualdad y activándose

la salida C113 que provocará una falla trifásica al inicio de la

línea 1.

El sistema de operación de las protecciones, de lámparas de se_

ñalización y de operación de disyuntores es similar al mostrado

en los diagramas convencionales de control, únicamente que de-

ben ser tomadas en cuenta todas las características de programa_

ción requeridas.

En lo referente al sistema de restablecimiento de fallas provo-

cadas y de operación de protecciones, al igual que en el diagra_

ma convencional9 se lo consigue mediante la acción externa del

usuario sobre el pulsante SS, o mediante la activación automáti_

ca luego de provocada la falla, de la función de temporización

Rta, los cuales activan la salida CF] (Línea 1) la cual permite

introducir en la palabra de memoria 220 un valor de 50 y por lo

tanto desactivar todas las salidas de provocación de fallas, -

igualmente debido a la acción del mismo CF1 se desactivarán las

salidas de operación de la protección. Solamente luego de elj_

minada la falla provocada es posible cerrar manualmente los dis_

yuntores que hubieren sido abiertos con el fin de despejar una

falla.

En las tablas 8 y 9 se muestra la cantidad de memoria utilizada

en la programación de las líneas 1 y 2.

CFí

v. p. * volor

DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN

OPERACIÓN DE LA

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1270107010

1270207011

07300•

0130707306073000730001314

1270307014

1270407013

07301

0730607301.0730101315

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0130701302

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£XAMÍM£ Off

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BnANCt-f START

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Oo7/enc C.f vofar QirtfOCCffOQt} Gr? /O oo/atro ¿é C \ t/ e/ vm'or a/M0cej70c/p e/) ¿¿o & /$va/a '¿/e ¿?f r-. vfj- o? \ ta c0*#/?0rac-'(fú es vBrc/ao'era f acf/w C¿zi (¿o/fe /-' a *'*'r?f3 ¿,¡- 'rpr < '•

Oofíoae et vo/ar a/frracanac/t? tr> /a jpo/e¿re> SS^, \ *¡ et va/or oâc&noclo t,n £2c so *SJUQ '0 '& ¿*¿ •• v~.jr-¿. -% í

$/ /o corríflara&or? es verc/ac/era ocfiw Ct¿$ f/p/'0 Ser a.' r'â ' ate .'¿íes t j

De,yjvac.iot7 j

5eáa/ c/ff/ con/acto ae/ reJe ae s&'srccoit'eay'e/yaro +CL:&> o. '?r?fc,fe ac -' --^

ConJocJo N. c. we /JGrjyjfrt e/ #09*90 c/<¿ o/rerocfo'* cf&'m/e scf.z

Do-r/vadoa

Seña' 03.'' cowff&v tiz/rek' c/e soerecorr°SJ^s paroff>&S.£¡ ^'"crts o''n*:*c y'c ~'

Con/0cfo N. C. qtfa permtfe e' éf&Qt&v c/e c/3eroo>c'r SÍ- '^É' 5 " S

Derjvac'oa

ÍJ?s:/ac,'JC MA. c/c C0¿ (m&fnoyiQ )

fina/ de &ert'vQCibn

Contacto N- A de confacror as err/oce CfB

Con rocío N-C de conJacter ac '-eirae/ec.m.-c^rc- ce; \ CZ>Jt QVG se activa ccr> c*e-'Joc;ofr> ac »«?/<?•? o ' * . : r,- . .-

CoyifQGTo NA. c/e sa/'do CDJ j'i

5¿j/'c7Í7 q^c- activo (a^âro isas ác ^c-roc ¿c .~L.-ct •- <s • .- • ín • • ' iU&rtVQCfOn f

L0f7¿ac/e /V. c. qvz /ae>sn//e ef ¿/oat/eo de cferac-w os re / s. •' •-$*

Der/vacion

Seña/ de,f contacto de re fe efe 5obrecQrr/e.r}fef¡0r0/>rjx*.ojieiTa e J'tv

Contacto N.C, qve /jGf/rTJhs e/ ¿y/OQveo de opeyo&c^, de' reté $c?ii

¿)&y/v0ciori

Ccujíocfe A/. A. t/e coz ( 'me morsa )

f/t?a/ c/e derivac/o^í.

ConJacfo N C cr'c conJacJor c/e reo~e¡¿>l'ec.,r?*Jer?7o Crj

5a,f'd<3 CD2 . fft/c-sc 3c-?iva cort /o operad 0*3 c?c re/e'y a.- ¿00- ac --*

¿~c?/7/«c/<? //. xa a/e soleto CO2

6a/ioa <?ve octi'vo /Q/n/x>ro ¿se i-' c/e c/joraci'on Je re/e'a a/ //?<?/ ac ¿í— . f¿/cr/va&an . . . _ . _ _ .

fn/arrf/'for' 5CZ¿', Qt/o c>'erra e/ dísyt/ôr c»/ fin &f c/e /'neo /"i • *Janvoc/an

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DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN DE

OPERACIÓN DE LA LINEA DOS

NCV.&Ê DEL PROGRAMA: S 1 S T E M A D E OPERACIÓN DE LA JNEA DCS

P&3SNA I DE 2

*»t OE PÍ CirQSLJE.C03E

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ovrp-ur £.&£ rfQU

QV7PV7 £.

G¿7

' *£QU

ourpur t.a&AMCJJ S7A8T

£XAMJM£ OM

£X'AHÍM£ Off

SfZAW START

£XA rt¡K£ CW

£XAtf/M£ QFF

BRAMCtJ STAizr£XAH/M£ ¿W

8RAMCI-t £N&

£XAH/M£ OW

£XASf/tf£ Qff

OV7PU7 £.

EXAr1/f*£ OM

OUTPU7 £.

SGAMCfJ STAQ-J

EXAM'Mf ON

£Xfiri/M£ OFF

&8A&CM 37ABT

£X&(-tÍM£ OM

£XAMfM£ Off

Q/2ANCM STA&T

¿XArtJKf OM

BRANCA £NTJ

£Xfltf/M£ Qff

OVTPUT £.

£XAt1/rt£ OM

QUrPUT £.

BSArtcn sfAsrfXArt/At£ ON

3/2AMCM ffwer£XArf¡M£ OM

8RAWCM 574 R7

£X#tf*W£ Off

£XAHJM£ ON

BffANCV ZfifZi

£XAr7/s¿£ OFF

fXAff/Kf OF?

ov'wr f

E'MBOLC

-\GCT\-

-{ = }•-< y--\sfr\--\ í--( ^

-\str\-4 = h-{ )-ê^rj-

H = h-( )-T=^ :

-{ 1-Hsh"CZ^

^ h-Khnc^-^ i-"=TH hHM--{ )-H h-< )-

-\-H \

i^ hH N h .n^="H 1-" 3"4 h

e \ )-

H h-( >-T="

H hT=^~H h"C^

H \M h

• — <H \HN!--( )-

COMENTARIOS i

¡ Oóúenc e/ r^/í?/ at/nacena-ao es> ¡o fia/aera eso

\C0m/>ar0 9! e¿ /cu/a' a/ vaJor a/ôcano^c e# 3?9 es d&cir 04

5¡ h CQinpprocior} so verdadero activo Cff/f f Ja/fe f$ af inicio de ¿2.• • ' "• ••• — — — — — i

O&f/etQ eJ vG/or adocenado en /o pofa¿>ra 22O

Cornp&yo ai sa ¡QI/Q/ o/ vo/or o/frace/yac/o or> 396 • ca decjr O5

Si /a coryparoctcn ea verdadera acfiva Cus f -fofo 3<£ a/ffitciode ¿Z

Obtiene e/ va/or a/macevado e# /a /¡a/erÁra Z2O

Compara $¡ e? t'^t/a/ a/ va/or a/macerjac/o e« Sig; e? decir O6„&/ /o CQfnflQracio* es verdadera activo Cszt ( ¿atfo •$ a! -fina/de ¿$

O¿7i&fle e/ vo/or a/*r>ac en a ao es? /a ¿>o/o¿>* a 22 G

Compara ¿i Q$ ic¡va/ a/ vofor aímaceâdo en 394 • es decir O?

5i /o OQ/Tj/sorociory es verdadero acfavo C^ff 3 ( fa/fa 3$ o-'+ína/aaiZ

&£YÍVOC.ior)

5ar&tdet confacfo do/relé de sebrecorríerife poro/o¿e* al f nido de ¿z

Corrfack N.C. qt& /?Br/y>ire Q¡ é>/oqu&o da <?/P6*a&or> ds¡ reté scf2/

Derivación

5ería/ de/ conlóelo doí re/é ¿tora pr#/-de fohcvi a r¡G*rGf ai inie'c ae ..^^

Confóck fJ.C. <JVQ jQ&rfT>ire ei o/oâ&o de operad o'r? de/ rafa 5CT2t

Derivación

Co/i/acfo M A. dc> oa/iolo CP3 {memoria}

Fi/ial efe derivación

Co&/a&fo M-£ • de cart/acfor Je en/oce C££?

Cantee ro A/. C. a'e G6/?¿ac.ror d<s reora^/eci/yyfe^ro CfJ

fa/tda cs$f qvG se oc¿i*o cor* k o/osrac¡or> c/e re/et o/ inicio de Í3

CotfJQCJQ M¿- de sff/ia'o CD3

5a/ia<*' ?ffi activa /QMí/fora ¿ OC2/ . e/S OferociQf! de re/B:> o? irtidcof ¿2

Derivocion

Seño/ 'da/ con/ac/o dd ' r&la de saÁrecoj-r/enfa poro /osea _ o/ -fi/jol de 12

Confacô w. c. a.c/c ¡Qer/niJe et b/octveo de operación de1' re/e $c*Z2

Per/vQcio/i J

Seño/ ob/ confac/o do/ re/e /ooro /7rtf/ d& -fotta* a ¿ierre t a/ fina •& ¿s \ A/. C. que jser*r>ií<! o/ bfoquÉO de o/serado^' d$/ re/e' $£?22 ***

¿3er¿vacLof? . .

Confac/Q N-A de so/ido C&4 (memoria)

final efe a&rivaciorí

Co/sracrv //• C. de cor>racJor de reyâ^/QCimian^j CfJ

So/ido Cff&. que ¿e oc-riva co/j /o e/serado* de re/es a/ /¿na/ c/e ¿2

ConJacrv fi/-A. de oa/ida C0¿/ •-'"

Sa/Sab fi/e ootiw /dm/yora ¿ o cg ? 3 de operación de ye/so af r*'/?a '<?# ¿¿

Per/vaciort

livfarrv/ikr SC/¿S , qt/G tierra o/ dt'jifürtrer o/ /n/o'o de ¿t'r*c0 2

J?er/rac/0/?

Conrocfo M.A. de CDJL3 (memoria).

Derivación

Conkcfa ss. c. de certfacfer de ex/oca C£8 ^¡1'iod.o f&oro ¿foqvegJf &f¿i

Ccnfocfp N.A.dc contacto e/c an/oce C£3

Fina/ c/e derivación

Co/ijfae/pM-C. de CD2 ase abrirá' Q f c/<n/t/nfot ak¿/ov aüa0fo//ú defabdo

Irt¿ervt//}Ti?r 54 *¿2 . QtfG ab/e r*7or>v¡j'/r7en*c e-' of/jv^y ^'//7/e/e ¿e ¿2

5ohda C9J¿.3r Qt'C ¿*r-0/e> a' .-sví..í..rfs>r a.' <'ri'c'ff O8 L-'nso £

r.-.- DEL =¿pGp.£MA' _ SISTEMA DE ÜPERAClO_N_ DE _LA LÍNEA DOS

NA 2 DE 2

.£.^33L

2

34

5

6

7

8c

6C

¡

2

3

4c«¿

e7

8

9

70

1

2

3

4

5

6

7

8c

8C

1

2

3

4

5

6

7

8o

0

1a34

5

6

7

8

9

w

: =Ecc.r».

01601-

0700707302

016020160101603

12610

01604

073031261101604

01604

0700707303

014070160401410

07302

07303

07100

...

IK;"=íuCCO»«

&&ANCU §7AZ7

£XArr//v£ QM

B&AMCf-t 5TAJ27

£XAr?/M£ OA>

£XA/*/NE O&

B8AMCÍ-/ £WD

OU7PU7 £.

£XA/iJW£ OM

ou7Pu 7 £ .aRAMCV S7AR7

&Atiw£ o/vBX.AA/CM 57AAT

£XAtf/M¿ 0/V

28 A W CU £M&

¿XAfl/Nf QFF

£XAtf/t>/£ Off

OU7PU7 £.

B8A&CU 57ART

£XAtt¡K£ ON

B&AHCU STAP.7

£XA/?/M£ OM

£XA/1t*f£ QM

8&ANCV £MX>

OUTPUT £.

EXAffJM£ QN

OU7PU7 £.

88ANCV STAti7

£XArf/M£ QH

88AMCU START

£XArt/N£ OH

3&¿WCfJ ¿MZ>

OU7PUT £.

. . ... _-

1 vr i _'

"C=T

H hT^

H ^H h

=nd

-í )-H \-( >-

1

H h"C^

H h— i-i\-t\-c >-

H hT=TH h4 I-" 3"-í )-H x h-( )-i=rH hT=TH H" 3"

"^

1 v £ K T ¿ - . - í

TJertsac-it?/? —

ConJocn? w. ¿. cx'e sotitJo cztfts

Derivación

ConJacJe N. A ¿e eaácSo CJ c/e f'n^rnê^c.ta

ConSacÁ? ss. A . (Je vo/ic/o css

f-/na/ as per/ v ación

5&/jJa QV& a&Jva /ampara tf¿ c/jeyvtf&r rzrro ¿Sil? a/Jnicio c/e ¿2

Cotfkck N.ff. ¿fe Oa/Jô c$J¿z

50/t£/0 qve. acriw /ampova c/e </hyw/or verde ¿Vt¿2 a/ /nido a'e ¿Z

Derivado*

Jnferrfs/y/orsctjs, qve cierre e/ c/tQwnJor a/ fiftaJ c/* ¿3

TJ&rtvQciorj

C0#&>cfa W-¿- de SffhcJa c&£¿z ( rr?Q/r?0í'Ja )

Fina/ </e aerívacJon

C0n/acro N. C. e/e £94^ Ove abrirá f¿f e/Jsyvnfey e/e&jde 0 v#o /af/a ae&cteob

IxJerftfpfor 5A2L2 , qve a¿sa al c/¡oyvf>fe? a f final de 12

fofido CP££Z , yve &mu/a a/ efisyt/fiJor af fiâf a/e />'nea 2

Dsr'/vocion

CoíiJack N.A. de saliJa CDf¿2

2)&r/'v0cfQrt

ConJecfo N.fl-de oaticfo CjE f para /nr'&r/rt/r'eiictci .

Coxfoc/o A'. A . e/e eoffc/a CD¿j

Ñnaf de derivación

6afic/6 Qt/e activa /o*u/?0rQ reja e/edjjyw/or ¿&2J-Z , a/ -fifia/ Je 12

ConJaefo */.&. de óa/ida c&¿¿3

Sa/ide jjve aGTtya /ambare vere/e c/e dtayunfor ¿V2¿s a/ ¿'rta! de i-Z

Derivación

CorjJacfo N.A. de $a/)da C8S

Qsrivac'tQjy

Coni'QG'fo ss.d. de fa/ido CZ><¿;

F//7Q/ de t/erivacien

5ff//¿/o C82f^jue &o£va ¿fcr'errta efe /'rt/sr/n/ds/rc/a .

' - - - - -i

tüizocion de memoria PLC 2/20

3¿?IHOIO

OJTPü .1MAGLT A B L E

JQ57.« ^ '.""

ACUMÜLATEDVALÚES

ofTIMERS

ontíCOUNTERS

or1NTERNALSTORAGE

77IOO

W O R KÁ R E A

NS2

H

U'A GETABLE

1.27130

-.T=tí=t

1

u_:

PRESETVALÚES

o'T1MERS

ondCOUNTERS

orINTERNALSTORAGE

1CUWULATEDV A L Ú E S r

c*T1M.LRS :

onc rCOUNTERS

orWORD

S T O R A G E

t__j

i ; :_

"1I.1."I_"X_"

108

Sistema de control de las lineas 3 y 4.- La operación de las lí-

neas 3 y 4 es mucho más

sencilla que la operación de las líneas 1 y 2S ya que éstas siem-

pre operan independientemente y no existe la posibilidad de aco-

plamiento como ocurre con las líneas 1 y 2. En las Figuras No.31

y 33 se muestra los diagramas convencionales de la operación de

las líneas 3 y 4; este diagrama al igual que el de las líneas 1 y

2 consta de las siguientes secciones.

- Provocación de fallas 30 y \$ al inicio y al final de las líneas.

i- Detección de fallas mediante 2 relés trifásicos de sobrecorrien-

te para fallas entre fases, y 2 monofásicos de sobrecorriente pa_ira fallas a tierra ubicados a los extremos de la línea.

- En el diagrama consta la operación de las salidas de protección

(CD), de los disyuntores y de las lámparas de señalización9 en

forma bastante similar a la analizada para las líneas 1 y 2.

En referencia a los diagramas de programación mostrados en las fi_

guras No. 32 y 34, puede concluirse que son bastante similares a

los que fueran explicados para la programación de las líneas 1 y

2; únicamente debe tomarse en cuenta que aquellas partes que hu-

bieren sido programadas en la línea 1 y que fueran repetitivas en

la Operación del resto de elementos no serán nuevamente programa-

das ya que el hacerlo provocaría un desperdicio innecesario de me

pA

O

—o

rJZZ?¿~, -

™C32'

b^3:

CK

SCF32

-CLF3

-o^o^f^

rF

,CF(

i_323

slSCSi

SCT32 CLT3Z

IL3

CDÍL5

^CDS 0J_CS&1L3 Í1CDÍL3

CDIL3

,0

,CDÍL3

ICD5

^vLRtLS,

SA2L2

O - .J

LV2L3

CD5

>CD5

•ssL RI3

CFI

DIAGRAMA CONVENCIONAL CE

OPERACIÓN DE LA LINEA 3

L" J L-[..-]»-[.- J G E - l"2 -J

L J 1

-/

}c-3'

1I .¿!-

-j ¡ggrae a x pjiai* 1

1CD6 Í

_j 1 pí-

.^P:

|5CI-¿ ,l 7 T

• 7-S\~f ~ ii' -JL" . _J

ICOÍL3

^_j / ¡-5A!L?_U

iC| I |CPSI 1 I

ICD1L5\3 i

ISC2L3- -I'R6—H

-H F—I H

' f V «2 • « '

t>..<7I7í:

CD5

i l CP5

DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN' DE

OPERACIÓN DE LA LIN E A TRES

. l ~HW .Yl/ '

K : v =iH£ l'tL ,• SISTEMA DE OPERACIÓN DE LA LINEA TRES^

t.f- Tí- pillees ;

.¿bj>aa&

1

2

3

4

5

6

7

89

C

, 12.

34

5

6

7

8

9

0

1

23

4

56

7

8

S

0

i2

34

5

6

78

9

0

1

£34

5

6

7

8p

c

^ í*ET.C¡CN

220272

oías220271

01416220270

0141? !220262

01500

1261207102

1261307103

07304-

i 073060730407304

; 01605

1261407105

! < 1261507106

07305

07306073050730501606

12616

01607

073041261701607

01607

07007 _

¡USTHJXDN

G £• r£ Q a

otsrpvr £.O £ T -

£ a Uovrpvr £.

& £ r£ Q V

OU7PUT £.

Of r> a u

OU7PCTT £.

BRANCt! STÁQ7

£XAM/M£ OM

fXAtf/Mf Qf?f

BRANCA STAñT

fXAH/^ff OM

eXArt/M£ Of?

B&AHCM 57ART

£XAH/Nf OH

ÜñAHCtJ £N£

£XArt/ssf Off

Oi/7Wr £.

£XAttt*fJ- CW

ourPvr £BRANCV STA87

¿XArttNf. ON

£XAf*/H£ Off

BXAMCM 5TAQ1

£XAMÍM£ ON

£XAH¡M£ OFf

&RANCH S7AQT

£XAM/*f£ OM

8RA NCÜ £M&

ÍXArtíMe OFf

OU7PU7 £.

EXAHMf ON

QV7&V7 £.

BRANCU 5TART

EXArtíMf ONB&ANOJ S7ART

¿XAflfNf ON

BRANC& £NffT

£XAWM£ Off

£XAH/*f£ Off

OL/7PU7 £,

&JZAMC& SrAflT

£Xárt/Wf CW

Qfi.AfiJCH $r&BT

£XArtS*/f O A/

£ *&:._:

-\Gfr\-

H = h-( )-

~\G¿7\-

H = h-( y-\G£T\-

H = 1--( )-

- 6 £ r\-- = 1--( )-

1 — ...H hH ^ l -

1

H hH ^ hT: — .H h

— r- |Nh-í )-

H h-( )-T: —H hH N | -1= —H hH ^ hTZT" "

H .h=d'

H N h-( )-H h-( )-

1

H hi

H h• — iH N Í -HM--í F

1

H 1-i

r H h

CC W £ N 7 A - C-S

OÁ//e/?e e/â/of 0/macenae/o e/y /& je>a/a£ra £2O

Comparo ffí es /G¡v0/ al vc/0r a/maconack an 3 ?2. &o erscir O8

S?/0 Gemparacion es Yerc/ot/erei activa C&// ffo//a/â//rj/c}0efe ¿3,

O&tene e/ va/or a/r**e»c0r>acto e>? /o />o/a¿ya 22Q

Comparo si &¿ /efce/ ct/va/or a/macanae/o en 27 f e? decir O9

Si /o compara din* e$ verdadera activo Cs& ffa//a 3$ a/toiciocfeil

Q6Ji&ne &f va/or ff/rvac&n&ao efí /Q f>o/0¿yo 2SO

O>m/>0yo & eo tgt/af a/ va/or a/rnacenade ar> 2fO^ esc/Gcír /O

S¡ /a comporactcw eo ve^c/ac/era activo Ca2/ f/a//e/4a/-ft/jíi/^s¿3^

Q¿j/&i7& o) va/or a/stfacetfQe/o er? /o pa/a¿ro 220

Cornppra &} es icu/a/ o/ va/or a/svacanac/o e# z&$ es cktir //u

Si h coyvweciov a/ veve/pt/eret acfiva Cszs ¿fa//o 8<¿ a/£/7fffes¿3

DerivaciónBono/ ¿Je/ <&rrfaeb Jet 're/o pare w<r/.</<i-/0//eQ ¿k-fatü a/ friese t/e ¿3

ConJac-fo //- C- Qtta fier/niê c/ Á/oqveo afó/re/o* $CfJS

3)&r/v ación

GeflQ/ é>/ to/>-/aCtff efe/ re/e /satv />&/. e/e /a//&o & tierra 0/,-f>¿c¡c> tfe ¿S'

CoH-faC-fa A'. C- que />eysy/Se c/ ¿éw*o de¿ re/o' §Cr$j

Deyivocfon

ConJacJo M A- t/e ae/ido CP5 ffêrvoriñ )i-, i / / • - r/-/na/ efe aer/Yacjon

CoffJaok M.c. c/e cotffackr do rea ¿a¿>/ec¿s»s esaifo C&J

So/it/tt CPff qve ÓB 0G/JW ce>/? k operado'*) c/& Joo re/ea ¿s/foícto <& ¿3

ConÚteTo tf.A. c/0 ea/Je/a eos

$a//</a fea ocÁ'va ¿¿¿j/vari) ¿scs/ de têracítrú. Je r<sd& a/iaioh Je ¿3Z)er/vactorj

$&fa/t^ ccnJacb d<t/ r@/& ¿sara p&/. <f® faf/tw Je -fó&c , a/ £t?a/ de ¿9

Covfack A'. C. <?e>0 />er/7?//e e/ ¿/ot&reo ¿e/ ye/o'^cfS¿

Der/vec/o/j

$eña/d<z/ fVtffoGTpdG/ reté faiv pid. t/e £//<& a &sm* a/ /f»a/ Js £3

Cc>y?/etcô AS. C. qcfe permite eJ 6/o0¿>eo de/ re/e SCf3S

Derivación

CovSacdy MA. de aff/'da c¿>6 f^^mmia)

Fina/ ds d&rjv<*&o0

Coff/trcro A/, c. c/a con'Ocror de yeofóékc/srt/errJo CW

5a/fda tp$jijf>¿»9 w£ir$ c*w ¿Q-pp&aciOfí da A» re/es a/fao/ c/e ¿3

Coifr/ocib -v. A. de oa/fdo C96

\§a/i</ot qve aefñfQ /ambara ¿$C3Z^ de eyyEfacf'ífU de refót a/ -fina/ e& £3

\

JhJerrtqphr 9C/¿3 yvo áarrtr &/ dfayvff&r o/ fryícfo de ¿3.

Derivación

Cot?/ae?&> -V. Á, de $0/¡da CJ>J¿s (trtettyorte)

Ffrta/ de der/v<*cte>/j

Cénraofó M-£ J0 Cffff, tft/e abrirá &/ c£yyft7¿t>rd(!&'tbe'VM}J0f<$> dsfeckda

¿rj&rny&kr 5AJ¿3t qise a¿re tn0we>/*v}erj/& a/ c/úytMibr a/ ¡nieto de ¿S

So/ido C&JT43, que yt/nv/a a/ t¿toyt"7¿yr a/ Sty/c/o d& ¿ty&a 3

ZktríYOC'on

Ceft/acÁ> H.A. c/e a&ffdo c&J¿ff

Z?eyfvae'0#

Con-/&cfo **,A de $Q/tdo CJ c/Q fnJeyt*ti/ertGf*.

\• •

L- Ü5CG5ÍMA: SISTEMA DE OPERACIÓN LA LINEA TRES

., . „ „.. ... .

12

3

4

5

6

7

8o

I".

12

3

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5

6

7

8

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1

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1

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I

2

3

4

5

6

7

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i

L =t=C*¡OK 1

07304

016100160701611

11006

01612 1Í

073051100701612

01612

07007i 07305

01613¡ 01612

01614

07304

; 07305

07104

•

;• w • « • ]

fXAHJMf QN

BQA NCM fND

OUrP(S7 £.

£XAt1fN£ ON

QU7PUT f.

BBAtitU S7AR7

£XA*i#f 0»

BRANCtí S7AR7

¿XAK/Kf 0*

8f2AMC# £tf$

g'Xftfl/Mf Qff

£XAM/Ml Qff

OV7PU? f.

BQAMCtf S7á%7

¿XAtf/M£ O A/

QRAMCfJ S7A&T

fXAwrtf ON

£XAHt#£ Q»

8RÁNCU £ND

OV7PU7 ¿.

¿XAfi/Mf O fif

QU7PU7 £

a&Aucu srwi

fXAH)*£ OH

B&ñNCH S7AR7

¿XAHÍNf QW

BAAUCU M¿>

QÜT&U7 £.

Z *»* r"'"'«.C

H 1-^=d

=( J-H x t~-( )-" =*H hi •H h

1

Hx hH \-{ )-"i— ~—H h

i —H hH h

1

~( )"

H \-1 5=i

H hi

H h— i

-{ )-

b L v. L F1* * — a C1 E

ConiQ ero w- A de eo/fcro CD5

— , i / - - *r//sar ere derivación

SoMay* *ct;«, /ôra e/e Jtiyvtr râ ¿x,¿Sj a/ ,-^c/o ^ ¿$

Con/oc/o Af-ff. c/c ea/ido cos¿3

Sa/ic/pe/ae acJivo tamjfore de efiayyydor verde ¿Y/ ¿3^ a/ ¿nido da ¿5

Derivación

Jr?d2rrt//>for SCZts^ gv& percñife cenar a/ df^yt/^r a/ ¿nal de £5

Zterívocion

Cüafaofo A/, c de cah&p c&f¿3 fsxer#oria)

f/'f?a/ OS OsyJ <sacipt?

&„&<£*>.€. de CZ>& gnaArin'Jdw&r JMv*um>fi/A AJnkJt

£,&»*, fa Min. g**<4*W»nv<ú»*rtk v/JupeA,*/ j^* 13

Sa/ida COFts. 9* *>w/a */ d^t,, «/ fa/ de ¿^ *

Derivación

CoffJacfo /</. A- de so/ido CZ)f¿3

TJerivscio»

CbaMo ".4. de ea/ido. CJ de iêr^^c,Q.

Cort/ocrc? N.A. e/e ocr/'da CO&

fjno/ de derivación

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109

En las tablas No. 10 y 11 se muestra la cantidad de memoria utilj_

záda en la programación de las líneas 3 y 4 respectivamente.

Sistema de control de operación del generador.- En la Fig. No. 35

puede apreciarse

el diagrama convencional de control de la operación del generador,

en este diagrama puede apreciarse que existe la posibilidad de pro_

vocar 6 tipos de fallas en el generador, 4 de ellas provocadas nre

diante el interruptor digital 1 (falla 30, falla 1$, falla a tie_

rra del campo., pérdida de campo) y los restantes mediante la ac-

riñn adecuada sobre las caraas del demostrador (caraa desequili -

brada y sobrecarga).

Aunque no es práctica común en un sistema eléctrico real, en este

sistema cuando se detecta una falla o anormalidad inmediatamente

se aisla al generador del resto del sistema y se abre el campo del

mismo, esto se lo hace por protección del generador y ademas por

facilidad en los sistemas de control., esta forma de operación no

dificulta ni se opone al fin buscado con el demostrador de prote£

ciones. Cuando los disyuntores del estator y el campo hubieren £

peradoi, simultáneamente operarám las respectivas lámparas de señ£

lización, indicando el estado en el que éstos se encuentran, de

idéntica forma a las que operan con los disyuntores de las líneas

anteriormente analizadas.

En el instante en que la falla ha sido provocada, se excita el tem

porizador que automáticamente desactivará a aquel contactor que

provocó la falla luego de transcurrido el tiempo de retardo, la

110

desactivación de dicho contactor puede conseguirse también en forma

manual mediante el pulsante SS, en forma idéntica a la desactiva -

cion de contactores de falla que fueran analizados para las líneas

de transmisión; si el contactor que provocó la falla no ha sido d^

sactiv'ado no se puede cerrar ninguno de los disyuntores del genera;

Luego de desactivado el contactor que provocó la falla, entonces es

posible cerrar el disyuntor de campo, con lo cual el generador op£

ra en vacio, ya que su fuerza motriz no ha sido eliminada; solamer^

te después de cerrado el disyuntor de campo es posible cerrar el

disyuntor del estator y por lo tanto acoplar nuevamente el genera.

dor al sistema. Es decir en el restablecimiento de la operación

del generador existen 3 estados, el primero de eliminación de fa-

lla, el segundo de cierre del disyuntor de campo y el tercero de

cierre del disyuntor del estator; existe en la programación el d£

bido bloqueo para que el orden de los 3 estados de restablecimien-

to no pueda ser alterado.

ET diagrama de programación se muestra en la figura No. 36; en es_

te diagrama se aprecian características de programación que fueron

ya analizadas en los sistemas de control de las líneas de transmi_

sion.

En la tabla No. 12; se muestra la cantidad de memoria utilizada por

el sistema de control,

- Sistema de control de la operación de los transformadores - cargas

DIAGRAMA CONVENCIONAL DE

OPERACIÓN DEL GENERADOR

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2 jy 3.- Con respecto a los sistemas de control en mensión, los cua_¡

les se muestran en las Figuras No. 37 y 38 respectivamente;

puede apreciarse que éstos se conforman al igual que los anterio-

res de una zona de provocación de fallas (1$ y 3gi antes del trans-

fqrmador y 10 y 30 después del transformador); una zona de detec-

c^ón de fallas mediante la acción de 2 relés de sobrecorriente ubi^

c^dos al inicio del transformador, una zona de ejecución de la pro_

técción con el respectivo contactor que simula al disyuntor (CDT2y

CDT3 respectivamente) con sus respectivas lámparas de señalización

da su estado y por ultimo la zonadel restablecimiento a su opera-

ci¡ón normal luego de ocurrida una falla provocada.

En| cuanto a los diaaramas de programación del sistema de control

del transformador - carga 2 (Fiq. No. 39) y transformador - carga 3i

(Fjiq. No. 40), puede apreciarse que se tratan de sistemas sencillos

fácilmente comprensibles con las bases explicadas en los sistemas

anteriormente estudiados.

Erij las tablas No. 13 y 14 se muestra la cantidad de memoria utili-

zada en la programación de los 2 sistemas respectivamente.

Sistema de control para conseguir el bloqueo de la operación de al

guhos relés de protección.- Si el demostrador de protecciones de

I be ser el medio didáctico que facili-

te el estudio y el análisis de la operación de los sistemas de pr£

técción, entonces este equipo debe tener fundamentalmente una gran

versatilidad; es así que con el .fin de que se puedan realizar prác_

ti :as completas de protecciones, es necesario considerar que los

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OPERACIÓN DEL TRANSFORMADOR DOS

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COMENTARIOS 1

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$/' /a Goiv>/9tir»Gi<»* «£> fáydedore asf'tfff Ce// (jefa fff a/ fitieto e/& f<í)

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112

sistemas de protección primarios implementados en un sistema real

pueden fallar y en ese caso deberían operar los sistemas de prote£

ción en respaldo. Dado que, de no haber un medio de bloqueo de

aquellos relés implementados como protección primaria en el demos_

trador, la probabilidad de operación de los relés que actúan en res_

paldo seria bajísima, es necesario implementar un medio de bloqueo

en la operación de estos relés.

Con el fin de darle al usuario del demostrador de protecciones la

libertad sobre la operación o no de un determinado relé, se ha crea

do un sistema para conseguir el bloqueo en la operación de los re_

les que forman parte de las lineas de transmisión y de los juegos

de transformadores - cargas; los relés de protección del generador

no tendrán la capacidad de ser bloqueados por cuanto estos relés

se constituyen en los elementos de respaldo de todo el sistema.

Si se considera que existen 4 relés de protección por sección de

línea de transmisión y 2 relés por juego de transformador - carga,

entonces el numero total de relés que deberían tener la posibilidad

de ser bloqueados sería de 20; existen dos posibilidades de conse-

guir el bloqueo deseado:

a) La primera forma constituye en lograr un bloqueo de las señales

que los relés reciben del sistema.

b) La segunda forma es no impedir la operación del relé, pero en el

sistema de programación del controlador programable, evitar que

el contacto de operación de ese relé provoque la activación del

113

sistema de despeje y por lo tanto la apertura de disyuntores.

De| estas dos formas diferentes para conseguir el propósito deseado,

laj primera es considerablemente costosa y complicada, en cambio lai

segunda no tiene costo alguno y es sencilla mediante la acción del

cc^ntrolador prograrnable.

Dajdo que es necesario contar con un medio de señalización sobre el

bljoqueo de un determinado relé, han sido utilizadas las mismas -

lamparas ya usadas para indicar la operación de relés de protección

(LJSC), únicamente con la diferencia de que para indicar el bloqueo

operarán en forma intermitente; cada lámpara indicará el bloqueo

dej uno de los 2 relés o de los 2 relés con cuya operación esta r£

l^cionada, así la lampara LSC12 operará en forma intermitente sii

lojs contactos de los relés SCF12, SCT12 o los dos han sido bloquea_

dos.

Er( el diagrama de la Figura No. 41, se muestra la programación re_

qujerida para conseguir el bloqueo de los relés de las líneas dei

transmisión y de los juegos de transformadores - cargas del siste-

ma!, es este diagrama se puede apreciar que:

- ¡Por cada uno de los relés que van a tener características de blo

iqueo se utiliza una salida imaginaria, es decir que opera sola-

mente en la memoria del controlador programable.

Cada una de estas "salidas de bloqueo" son activadas independien^

jtemente por medio del switch digital 1, con la adecuada selección

114

de un determinado valor en el mismo.

- Cuando sea activada una determinada salida, por medio de la ac-

ción sobre el pulsante S3 y el switch digital 1, ésta queda per.

manentemente . activada (enclavada), aunque se pierdan las pre_

condiciones verdaderas; para esto ha sido utilizada la caracterfs_

tica de enclavamiento (LATCH), que ofrece el controlador progra-

mable.

- La desenergización de esa salida tipo LATCH, que provoca el blo

queo en la operación de algún relé, se la consigue mediante la

activación de la misma salida pero con la característica UNLATCH

(desenclavamiento). En el diagrama de programación se logra el

desbloqueo en la operación de los relés que hubieren sidobloquea_

dos mediante la activación de desenclavannento de las salidas, e

to se lo consigue mediante el pulsante S4 y la adecuada selec-

ción de un determinado valor en el switch digital 2.

En la tabla No. 15 se muestra la cantidad de memoria utilizada por

el sistema de bloqueo.

Sistema de control para lograr el muítiplexado de interruptores dj_

gitales y displays digitales.- Un interruptor digital es un dispo_

; sitivo eléctricos de control que pe£

mi te realizar funciones de activación de sistemas de control, el

interruptor digital transforma un valor decimal seleccionado en su

correspondiente valor en código binario decimal. En la Fig. No.42

se muestra la representación en código binario decimal (BCD) de ca

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DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN DEL

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3 DE ¡5

SISTEMA DE BLOQUEO DE RELÉS

de pcict^os DIRECCIÓN INSTRUCCIÓN SÍMBOLO COMENTARIOS

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usadosDIRECCIÓN SÍMBOLO COMENTARIOS

07107 OAT t. A. i/e

BñAtfCV START

07111

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07113 ON

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07007 H h A*. -A' c/6 c/e /M/Brs&sJGryGfa CJT

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07007 ^ / J . A a f e efe i*f7/es-/x>/¿er>c¿tx aje

OH05 Saftc/a e/f» ac/tVa /£¿r>/!irre rtr/ej ¿//¿yf'cf'e e/ff ¿%)

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STA&T07101 • A. e/e

4 S/70/ efe c/ers

07007 C0e?facfa fr-A. t/e

01406STÁ&T

07102 ON S./J. e/e

07103


PAGINA DE

de po labrosDIRECCIÓN ÍNSTRUCCDN SÍMBOLO COMENTARIOS

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B8AMC&

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Q72Q4

0700702015

Utilización de memoria PLC 2/20

" t i 1lOi07lOQ05!04J03'. d-OO

ÁREA

OT7

01

OÜTPUT

030

VALÚESof

TIMERSand

COUNTERSor

INTERNALSTORAGE

107110

1MPUTI ¡vi AGETABLE

127 1

PRESETVALÚES

of

ondCOUNTERS

or

STORAGE

VALÚESof

andCOUNTERS

or

STORAGE

PRESETVALÚES

COUNTERSor

JZ7-

30C"

115

Contacte

Décima!

da uno de los números decimales ba_

sicos, se puede apreciar el gráfico

que por ejemplo que al seleccionar

el numero decimal 7 en el interrup-

tor digital, serán inmediatamente -

activadas las salidas 1, 2 y 4; we_

diante este interruptor digital sim

pie se ha logrado la ventaja de que

mediante 4 salidas pueden ser repr<2

sentadas 10 entradas independientes.

¡ Estos interruprores simples puedeni

acoplarse formando conjuntos de 2, 3

o más interruptores; para el caso del demostrador de protecciones

serán .utilizados 2 interruptores digitales de 2 dígitos cada uno,

lo cual permitirá conseguir 100 salidas diferentes (00 •> 99) por

cada interruptor digital de 2 dígitos; con esto se ha logrado reem

plazar a 100 elementos de entrada externos al controlador programa^

ble con solo 8 entradas.

Dado que cada interruptor digital requiere de 8 salidas, entonces

se requerirá de 8 terminales en los racks de entrada al controlador

programable, lo que significa que se utilizará la mitad de entradas

de un módulo de I/O; este semimódulo representa un byte de memoria,

en el cual se almacenará en BCD el valor escogido en el interruptor

digital el cual podrá ser utilizado en cualquier función de manipu-

lación de datos o funciones matemáticas sencillas.

Debido a que se utilizarán 2 interruptores digitales en el demostra.

116

dor dfe protecciones, esto obligaría a utilizar 2 semimódulos de entra_

da del controlador programable; pero existe una forma de programación

llamada "programa de multiplexado" (10), por medio de la cual se utj_

liza un solo semimodulo de entrada para dos o más interruptores digi_

tales3 lográndose la ventaja de ahorrar un medio modulo de entrada.

Los dbs o más interruptores digitales son conectados en paralelo y se

van activando alternadamente en un tiempo de alrededor de 300 mseg. pa^

ra cada interruptor, los interruptores digitales pueden ser multiplexa_

dos solamente si están conectados a un módulo de entrada de corriente

continua (CC), ya que solo con este tipo de módulo los interruptores

digitales pueden ser aislados unos de otros mediante diodos (10), y de

esta manera evitar interferencias entre los interruptores digitales y

por lo tanto la introducción de valores incorrectos en el controlador

programable.

En la Fig. No. 43 se aprecia que dos interruptores digitales (A y B)

de dos dígitos cada uno, son conectados en paralelo a un semimodulo -

de entrada; este semimodulo es el 120 (módulo de entrada, rack 2, mi5

dulo 0).

Adémate de este módulo se requiere un bit de activación de cada uno

de los interruptores digitales; este bit (terminal) de activación de^

berá provenir de un módulo de salida de corriente continua y su fina_

lidad es la de conseguir que los 2 o más interruptores multiplexados

no sean activados al mismo tiempo; para la. activación del punto común

(C) del interruptor digital 1 se utiliza el terminal 02100 y para la

activación del punto común (C) del interruptor digital 2 se utiliza

el terminal 02101.

117

En la Fig. No. 44 se muestra el diagrama de programación requerido pa_

ra conseguir el mul t ip l exado de los 2 interruptores digi ta les , el fim

cion^miento del programa es el s iguiente:

MULTIPLEXADO DE DOS SWITCH DIGITALES

D Í G I T OUNO

C

1248

COMÚN00-03

COMÚN04-0-7

DC (12-24V)MODULO

DE ENTRADA

El temporizador 046, con su valor preestablecido 006, es un temporj_

zador "auto excitado", ya que su propio contacto en retardo 04615

118

se encarga de reactivarlo; este temporizados permite definir 6 in-

tervalos de tiempo de 0.1 seg.

- En cada uno de estos tiempos parciales de operación del temporiza-

dos (001, 002, 003, 004, 005, 006), por medio de comparaciones de

igualdad se van activando alternadamente 6 salidas o 6 bits de me_

mor!ia (069009 06901, 06902, 06903, 06904, 06905).

- En el tiempo 1 (06900), se activa la salida 02100 que a su vez da

acceso al switch digital 1 hacia el módulo de entrada, en cambio

desactiva la salida 02101, con lo cual bloquea el acceso del switch

digital 2 hacia el módulo de entrada.

- En el tiempo 2 (06901), se transfiere el valor puesto en el switch

digital 1 a alguna palabra de memoria para su posterior manipula-

ción.

- En el tiempo 4 (06903), se activa la salida 02101, que permite dar

acceso al switch digital 2 hacia el módulo de entrada, en cambio

desactiva la salida 02100, con lo cual bloquea el acceso del switch

digital 1 hacia el módulo de entrada.

- En el tiempo 5 (06904), se transfiere el valor de switch digital 2

a alguna palabra de memoria para su posterior manipulación.

Los tiempos 3 (06902) y 6 (06905) son instantes que toma el programa

como factor de seguridad, por si el proceso demorara más allá de los

2 intervalos de tiempo requeridos por interruptor digital; por lo tan_

3C 3Gt

13Q 3C WiVeOVI

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DEL PROGRAMA: SISTEMA _DE _MUI_TIPLEXADO DE INTERRUPTORES

PAGINA

de poloDroBDIRECCIÓN S'MBOLO

04615 Off

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046 Q¿f/Gt?e s/ ra/or a/metcexatlt» &? fa pa/oéra 046

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046 Gfr Q¿>rfena a/ va/or a/bocona c/o en /e ¿)¿/6

375069040690002101 /feia 0E/0/ _ ds va/oree de 3 J>. 2

06900 Cb/?/acú? ss.J.c/e

02100 4Va $0/t'aa 02/0O, $i/g jp&rsrj'Se't'tywo de férreo de ff.D.J.

06901 f-A. t/e saáe/a 0690 /

12700 33. e/ &.&,/.

120 G £ r220

06903 H h J.A. de satida 0690$

02101 fa/fdo OZ/0/ . #03 ¿/e

06903 Co/t/aob AÍ. 4. c/e SQ/ti/ar £?ff$03

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119

to su programación no es necesaria.

En la tabla No. 16 se muestra la cantidad de memoria requerida por

el sistema de multiplexado de 2 interruptores digitales.

Sistema de multiplexado de displays digitales.- El display digital

de un solo dígito,

es un dispositivo utilizado para desplegar valores decimales, este

dispositivo recibe señales en BCD y luego los transforma a números

decimales, los cuales son desplegados en pantalla, algunos de es-

tos displays son del tipo "latching" (con enclavamiento), es decir

que el valor presentado en pantalla permanecerá hasta que no se prp_

duzca una activación (desactivación) del terminal de enclavamiento

(latch); cuando el terminal de enclavamiento ha sufrido un cambio

de estado entonces es posible actualizar el valor desplegado en

talla.

En el. caso del demostrador de protecciones se ha proyectado uti1j_

zar 3 displays digitales de 3 dígitos cada uno, el uno para desple^

gar valores de voltaje, el otro para valores de corriente y el ül_

timo para desplegar valores de factor de potencia obtenidos de la

operación del demostrador de protecciones.

La utilización de estos 3 displays obligaría a utilizar también 3

módulos de salida, uno para cada displays; pero por medio de un pro_

grama de multiplexado de displays digitales es posible conseguir

utilizar un solo módulo de salida para los 3 displays digitales; un

tiempo de 300 mseg. es requerido para cada displays digital, dado

120

que se tienen 3 displays, el tiempo total requerido será de 9 0 0

mseg. (] °) .

En el tiempo entre 100 y 200 mseg. ocurre el pulso de laten, el cual

provoca la actualización de valores en el primer displays, en los

tiempos de O a 100 mseg. y de 200 a 300 mseg. los valores desplega-

dos no pueden sufrir ninguna variación ya que en esos intervalos el

display esta enclavado (m).

En la Fig. No. 45, puede apreciarse un diagrama de multiplexado de

2 displays digitales, el módulo de salida es el correspondiente a

la palabra 022, donde se almacenarán los valores a ser desplegados

en cualquiera de los dos displays; los bits 16 y 17 de la palabra

022 tienen la función de provocar los "pulsos negativos" que provp_

carán la desactivación del terminal de enclavamiento (LATCH) y por

lo tanto el despliegue de los valores decimales en los displays

pectivos.

En la Fig. No. 46, se muestra el diagrama de programación para el

multiplexado de 3 displays digitales; de esta figura se puede obser^

var que el display 1 mostrará el valor acumulado del temporizador

047, el displays 2 mostrará el valor acumulado del temporizador 050

y el displays 3 mostrará el valor acumulado del temporizador 051;

los 3 displays utilizan el mismo módulo de salida (022) pero nunca

simultáneamente; del diagrama de programación puede concluirse:

- El temporizador 045, opera en forma similar al temporizador 046

utilizado para el multiplexado 2 switch digitales, la única di fe

02201

02202

02203

02205

02206

02207

OQ-07

COMÚN00-07

02210

02211

02212

02213

02214

02215

02216

Ü22I7DC-f

10-Í7

COMÚN10-17

MULT1PLEXADO DE DOS DiSPLAYS DIGITALES

DC

PULSO C

PULSO D

,20 V

D1SPLAY C

4-20V DC

DC (I2-24V)MODULO DE SALIDA

DISPLAYS ALLEN BRADLEY

Cat, N2 1720 - N55

HACIAFUENTE

DE PODER

DÍGITO UNO

10( DC FUENTE)

9 (VALOR EN BCD DE 2 5

8(VAUOR EN BCD DE 4)

7

6

5(ENCLAVAM1ENTOJ

4(VALOR EN BCD DE 8)

3(VALORENBCDDE I)

2 (TIERRA)

DÍGITO TRES

5 (ENCLAVAMIENTO)

DISPLAY D

D Í G I T O UNO

5 (ENCLAVAMIENTO)

DÍGITO DOS

5 (ENCLAVAMIENTO)

DÍGITO TRES

S(ENCLAVAMiENTO)

121

rancia es que éste tiene un valor preestablecido de 009, permitien

do de esta forma conseguir 9 intervalos de tiempo, este temporiza_

dor por medio de los bits (06906, 06907, 06910, 06911, 06912,06913

06914, 06915, 06916) provoca 9 intervalos de tiempo de 100 mseg ca^

da uno.

En el tiempo 1 (activación de 06906), el valor almacenado en el

temporizador 047 es transferido a la palabra 222, los bits 15, 16

y 17 de la palabra 222 son igualmente energizados y luego todos los

16 bits de la palabra 222 se transfiere a la palabra 022; dado que

los bits 15, 16 y 17 de la palabra 022 se encuentran energizados

ninguno de los displays sufrirán actualización alguna de sus valo^

res, ya que se encuentran energizados sus respectivos terminales

de enclavamiento.

En el tiempo 2 (activación de 06907), se produce la desactivación

del bit 22215, se reafirma la permanencia activada de los bits

22216 y 22217 y se transfiere el valor almacenado en 222 hacia la

palabra 022; dado que en este intervalo fue desenergizado el bit

de enclavamiento 02215 del display 1, entonces éste actualiza su

valor desplegado; existe además un switch SS externo que permite

mantener el valor desplegado en el display el tiempo requerido

por el usuario.

En el tiempo 3 (activación de 06910) vuelven a ser activados los

bits 22215, 22216, 22217 provocando el enclavamiento de los tres

displays y por lo tanto la permanencia en los displays de los va^

lores que estaban desplegados.

Los siguientes 3 intervalos de tiempo, permitirán de igual forma

actualizar los valores desplegados en el displays 2 y con los 3

|045 p 1276

GET045 •

SET045

GETj

v.p.002

v.p.0

v.p.

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-(PUT¥

V22415

\22416

V22417

DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN DEL

SISTCMA DE MULTIPLEXADO OE DISPLAYS

t)c.L I? L.C. ¿SISTEMA DE MUuTlPLEXADO DE DiSPLAYS DIGITALES

PAGINA I DE

Ni- de polocwosDILECCIÓN SÍMBOLO COMENTARIOS

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045 O f r Oa¿fG;i7&et/ vfffor 0/j*?eca/tct&o en ¿a ¿00 /a^rct

27636706 6r se* ce/ryoórfaoteú activa /er óa/fe

045 &? J& /per/aera

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PAGINA 2_ DE

SISTEMA DE MULTIPLEXADO DE DISPLAYS DIGITALES

DIRECCIÓN SÍMBOLO COMENTARIOS

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06711 SS.A. d& Va/ida

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OOTP&7 vp/taerift/Q destac/ava rey»ríf>a/ fatch tfff cr/J/nty 2^ yecho/ito oa/orcfj &t 1>.2>. 2.

J36712 SacJo fJ.A. do Sa/Jc/a O&7JZ

24.15 £. Sal/da que acá'va krch de cltA/yby f

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onJacío tf-A. at? tmbda O67/&

. A. de O&9/S.

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'06713 h ig Confacfa M.A. d& sa/ide

224 OÓ¿ter?Q <r/ votar Z22

022 P vr Transfiera e/va/ordo- ZZ2 hade /a pobira &22 y acha/s?£a >J va

NOMBRE D E _

3 DE

SISTEMA DE MULTIPLEXADO DE DISPLAYS DIGITALES

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DIRECCIÓN

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COMENTARIOS

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Cünfrcfo A/. A. de yo/ido Q^tf**

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Co/srciGro A/. A. de gafado 0£?/fi

Sa/ido qve ctc/fre farw/na/ Jakh ds diíf/ety 2

ConfocJo M. A . de ya/'do 0é?/¿f

5a/i'do qt/e sctive termina/ kfóh de di*/?/ay 3

Gon/GCro N.A. de SP/tdff 0ff?/4

Q¿tie»e a/ »d>, ^de 0» /* pMrc S2%

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CjOfjrctCfP A* A. OZ JQ//O0 Qíi'f/'í

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CorífócrO N.A. e/e $a.Í'tdff &ó?/f

$er/i'da fye activa fersrt/rta/ /aht> <& d/í^>/ay j

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Conbch A'. A . ds ao/¡c/a OS y/y

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y&ftaü ífa/e a&rtita rar/??'S7¿e/ /tuy^ ge aís^vy f

Co/jfack ?J.A. de «a/ida oe?/6

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Conmak fJ, A. de &p/lja 0&?f&

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Cortare/e AJ. A . de ¿otidct 06 ?/&

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Tr£U"3^ro e/ vabr a/swcer?e>t/p en ?2¿' ¿v&a /a joa/erárcr 022

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Utilización de memoria PLC 2/20

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122

últimos intervalos de tiempo ocurre algo similar para actualizar

valores en el display 3.

Es importante tomar en cuenta una advertencia proporcionada por el

fabricante Alien Bradley acerca de la programación de multiplexado

de displays digitales, la cual dice: "Si las técnicas descritas a,

cerca del multiplexado no son utilizadas como se las especifica, da_

tos incorrectos pueden ser desplegados en la pantalla de los dis-

plays utilizados" (i o).

3.4. ANÁLISIS DE LOS BENEFICIOS LOGRADOS CON LA UTILIZACIÓN DEL CON.

TROLADOR PROGRAMABLE EN OPERACIONES DE CONTROL Y CONMUTACIÓN ,

CON RESPECTO A LOS SISTEMAS CONVENCIONALES.-

Los beneficios o ventajas que ofrece el controlador programable en

las aplicaciones de control y conmutación son realmente múltiples y

de mucha importancia, ya que facilita enormemente el diseño de sist£

mas de control, abaratan los costos, etc. A continuación serán ana

lizados los beneficios logrados con la utilización del controlador

programable en sistemas de control.

- En la mayoría de sistemas de control, se requiere de la utilización

de.contactores auxiliares, ya sea con el fin de conseguir el diseño

buscado o por necesidad de un mayor numero de contactos de una de-

terminada característica; el controlador programable permite reem-

plazar la utilización de estos contactores auxiliares, ya que estos

elementos pueden ser programados a nivel de memoria del P.C., ope-

rando en idéntica forma como si estos existieran en realidad.

123

Enj todos los sistemas de control desarrollados anteriormente se hu_i

bi^ran requerido de más de 100 contactores auxiliares, pero gracias

a fia utilización del controlador programable no se los requiere lo_

grandose un gran ahorro de dinero.

Lojs programas de conmutación utilizados activan en muchos casos una

"s&lida" que puede representar una bobina de un contactor real o sim

plómente un contactor auxiliar; esta activación deberá provocar el

cibrre de contactos N.A. y la apertura de contactores N.C., si los

sistemas desarrollados se los realiza solamente con contactores

electromecánicos; el número de contactos auxiliares sería en muchos

cafeos insuficiente, lo cual obligaría a utilizar algunos contacto»

re$ auxiliares hasta conseguir el número deseado de contactos.

La activación de una "salida" en el controlador programable permite

ilizar un número ilimitado de contactos N.C. y N.A.uti

Délos beneficios expersados anteriormente se puede concluir uno nue_

vo, si existe en un programa de control una "salida" que activará

la bobina de un contactor determinado, y esta salida en el programa

permitirá utilizar el número de contactos para el programa, enton-

ces los contactos auxiliares "propios" del contactor activado por

la salida han quedado libres para cualquier utilización deseada.

Una "salida" conectada a un determinado terminal de un módulo co-

respondiente, es generalmente utilizada para activar la bobina de

un contactor, para la operación de lámparas de señalización o para

activación de elementos de alarma; mediante la utilización del con

124

trolador programable puede conseguirse una función que es más compli

cada! de lograr en un sistema de control convencional; esto es que de

la salida que activa una lámpara de señalización o una alarma audi-

ble se tengan a disposición contactos N.C. y N.A. para utilizarlos -¡en e] programa.

Las señales provenientes de dispositivos externos y que ingresan al

consolador programable, por medio'de un terminal en un módulo de en_

trad¿, pueden estar normalmente cerrados o normalmente abiertos; es

decif el control ador programable ofrece la ventaja de que no importa

el estado pasivo u original del dispositivo de entrada, pues cuando

se haga referencia a este dispositivo en el programa se pueden utili_

zar ¿ontactos N.C. y N.A. a pesar de que en la realidad el dispositj_

vo sé encuentre en uno de esos 2 estados.

Otra I ventaja es que a pesar de que el dispositivo de entrada es uno

soloj en el programa en el P.C. puede utilizarse cualquier número de

contactos N.C. y N.A. que hagan referencia a ese único dispositivo

de entrada.

En un sistema de control convencional, por ejemplo la bobina de un

contactor se activará cuando haya una continuidad que permita el flu

jo d¿ corriente a través de la misma, en el momento en que sea inte^

rrumpida esta continuidad la bobina se desactivará. El controlador -

programable permite que una "salida" quede energizada a pesar de que

hubiere sido interrumpida la linea de alimentación de la misma, esto

se lo consigue mediante la función latch (enclavamiento) y obliga a

que cuando una salida con esta característica ha sido energizada, é\s_

125

tai permanezca en ese estado a pesar de que la línea de alimentación

ha^a sido abierta, esta salida energizada solamente puede ser desja

neifgizada mediante la activación independiente de una salida con

igyal referencia (identificación), pero con características de des-

en¿lavamiento (UNLATCH).

Los requerimientos de la operación del demostrador de protecciones

exigen la utilización de un gran número de señales externas de ac_

tivación; en el caso de un sistema convencional de control todas

estas señales deberían proceder de pulsantes, interruptores, etc.,

en un numero que sobrepase de 100, lo cual provocaría un altísimo

costo y además una gran confusión en la operación del demostrador.i

El jcontrolador programable permite utilizar los interruptores digj_

tates, los cuales permiten introducir 100 señales externas indepen_

dientes.

Una! de las más importantes ventajas que ofrece un control ador pro_

gr^mable en sistemas de control es la simulación de la operación dei

tenjporizadores y contadores; estos elementos tienen un costo consi_

derable en el mercado y son de gran utilización en sistemas de con^

trol convencionales. El controlador programable simula temporizado

res

mas

en rangos de operación de 0.01 seg. hasta el valor deseado, acte

provee de cualquier cantidad de contactos instantáneos y retar

dacjos a la energización o desenergizadión según sea el caso del tem

porizador simulado.

En cuanto a los contadores , el controlador programable simula la

operación de contadores con operación en incremento u operación en

126

decremento según sea el caso del contador simulado; de igual manera

provee de cualquier cantidad de contactos de operación.

En conclusión las ventajas logradas con estas funciones de simula,

cion son múltiples; pues a más del gran ahorro económico, el P.C.

ofrece funciones de temporización con regulación de tiempo de una

centésima de segundo.

DE "

•127

PROGRAMACIÓN ALFANUMERICA EN EL CONTROLADQR PROGRAMABLE: FUNCIONES

ÍJEPORTE CIÉ MENSAJES Y, DE GRAFICACION"5 APLICADAS AL DEMOSTRADOR

DE PROTECCIONES

Con ql fin de complementar su versátil operación, el controlador priD

gramáble ofrece al usuar io la p o s i b i l i d a d de programación alfanuniérj_

ca y ¡de graf icación, estas características de operación en un procei

so industrial por ejemplo permiten obtener reportes de control de pro_¡

duccijón, de materia prima, mensajes de diagnóstico de máquinas, dia_

gramajs de flujo del proceso, etc.

En el| presente capitulo se trata de utilizar en la mejor forma esta¡

importante característica de operación del P.C. en el demostrador de

protecciones; se ha proyectado obtener reportes del "estado de fa-

llas provocadas" y el estado de "disyuntores"; además será programa-

da la¡ graficación de los cinco esquemas de S.E.P. a ser utilizados

en el¡ demostrador de protecciones.

4.1. CARACTERÍSTICAS EN PROGRAMACIÓN ALFANUMERICA DEL CONTROLADOR PRO

JGRAMABLE; DEFINICIÓN DE EQUIPOS PERIFÉRICOS ADAPTABLES A LA OP£

DACIÓN EN CONJUNTO CON UN CONTROLADOR PROGRAMABLE.-

Como fuera ya explicado la memoria del procesador del P.C. se encuen-

tra dividida en un numero definido de "palabras", y estas a su vez

contienen 16 bits; para poder almacenar en memoria un número decimal

en el sistema binario decimal se requiere de 4 bits de memoria.

De i

128

gual manera como se encontró la forma de representar un número

declina! en el sistema binario, debía encontrarse un código que permi_

ta representar en el sistema binario letras u otros símbolos no num£

ricojs; con este fin se creo el código ACS II, el cuál consiste en la

difejrente combinación de "unos" y "ceros" para representar diferen-

tes números, letras o símbolos.

La representación mediante el código ACS, se consigue mediante la su.

cesipn de 7 números del sistema binario (1 oO)3 así por ejemplo lai

letr^i U se representa por 1010101 (bi a b7). En la tabla 18 se mues^

tra la representación binaria de los números, caracteres alfabéticos

y síjnbolos no alfanuméricos según el código ACS.

El teclado del terminal del P.C. Alien Bradley 2/20, es de tipo des_j

montpible, es decir que sobre la base que está constituida por circuj_

tos [impresos accionables al tacto pueden sobreponerse los diferentes

tipos de teclado (teclado para sistemas de control, teclado alfanurrré

teclado para graficación).

En U Fig. No. 47 se muestran las características y la distribución

de caracteres en los 3 tipos de sobreteclado que se utilizan en el

terminal de programación Alien Bradley.

Cuando se utiliza un equipo periférico, por ejemplo una impresora; es

necesario que tanto el equipo periférico como el procesador se en-

cuentren seleccionados en una idéntica velocidad de transmisión de

datos; el P.C. Alien Bradley permite 7 posibilidades de velocidad de

transmisión de datos (110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Baudios)

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129

el baudio es la unidad de velocidad de transmisión de datos,

PLC Keytop Overlay PLC-2 Keytop Overlay

l&J SURJhr -.-

de escogida por el usuario la velocidad de transmisión de da-

tos, deberá ser escogida la actividad que se desea desarrollar, para

esto se escogerá cualquiera de las 10 posibilidades mostradas en la

Tabla 19, que son las que posibilita ejecutar el equipo A.B. 2/20 ;

ademjás en la misma tabla se muestra la secuencia de teclas para esco^

ger la actividad a desarrollar:

TECLADO ALFANUMERICO

[M] [R] [ , ] [# ] [RETURN]

[M] [?][,] [#][RETURN]

[M] [$J [O W [RETURN]

[M][D] [S ] [# ] [RETURN]

[M] [I] [,] [RETURN]

[M][R][,][RETURN]

[CTRL] [Q]

FUNCIÓN

Reporte de mensaje.

Impresión de mensaje.

Almacenamiento de mensaje.

Borrado del mensaje de la memoria.

índice de mensajes.

Generación automática de reportes,

Descarqa del diaqrama escalonado.

130

[CTfljl.] [R] Descarga de la memoria hacia la cinta.i

[CTRL][T] Carga de la memoria desde la cinta.

[CTRl] [V] Verificación de grabación de la cinta.

[#] !* numero entre 1 y 6 correspondiente al mensaje al cual se haceii! mensión.¡¡ TABLA # 19

iA cohtinuación se procederá a definir ligeramente cada una de las

funcfiones posibles que permite realizar el controlador programable.!

- Generación Automática de Reportes.- Cuando el usuario desee obte^i! ner reportes automáticos, er

tojices deberá teclear las correspondientes instrucciones mostradas

enj la tabla 19; el reporte automático se lo consigue mediante el

moriitoreo de la palabra 027; pues todos los cambios desde cero a

uno de los bits 10 a 15 provocarán la generación de los diferen-

te^ mensajes en un numero máximo de 6S correspondiéndose cada uno!

con los 6 bits señalados.

La palabra 027 será continuamente examinada y cuando se detectei

una transición de O a 1 en cualquiera de los 6 bits indicados dei

diéha palabra, se provocará la generación del correspondiente re¡

porte, existe una prioridad dado que dicha transición puede oqj

rHr en 2 o más bits simultáneamentes la prioridad va en orden

ascendente con respecto a los bits de 10 a 15; el bit 16 de la pa_

labra 027 se cambia a uno cuando se ha generador un determinado -i

reporte, el bit 17 se cambia a uno por aproximadamente 300 mseg.

luego de que el bit 16 se vuelva nuevamente cero.

131

La generación automática de reportes puede terminarse por 2 méto-

dos: el primero para el teclado de sistemas de control mediante

la tecla [CANCEL COMMAND] y el segundo para el teclado alfanunré

rico mediante la tecla [ESC].

Reporte de mensajes.- A diferencia del reporte autométicos en es-

ta función será desplegado el mensaje sola

mente cuando el usuario lo ordene por medio de las respectivas -

instrucciones mostradas en la tabla No. 19; y no depende de la ac_

tivación de los bits de la palabra 027.

Un mensaje generalmente se refiere a analizar en un instante de-

terminado el estado de un determinado bit, byte o una palabra de

memoria, las cuales podrían estar relacionadas con un dispositivo

de entrada o un equipo de salida.

El reporte de mensajes puede ser terminado mediante la tecla [CAN_

CEL COMMAND] para el teclado de sistema de control o mediante la

tecla [ESC] para el teclado alfanumérico.

Almacenamiento de mensajes.- Esta función permite almacenar un

saje específico en memoria, cada ^

saje almacenado lleva un numero de 1 a 6, estos mensajes almacena-

dos en memoria pueden tener elementos alfabéticos, numéricos y grá_

fieos; después de que todo el texto del mensaje haya sido introdu-

cido se terminará el almacenamiento mediante la tecla [ESC].

Impresión o escritura de mensajes.- Esta función permite imprimir

132

el contenido de un determinado mensaje, esta función se auto termi-

na cuando el final del mensaje es detectado.

Borrado de mensajes de la memoria.- Permite borrar algún mensaje

ya no deseado en la memoria

del P.C., esta función terminará solamente luego de que todo el

texto contenido en el mensaje haya sido borrado.

índice de mensajes.- Esta función permite al usuario conocer la

cantidad de memoria que ocupa cada uno de

sus mensajes almacenados.

Descarga del diagrama escalonado.- Esta función provoca la apari-

ción en pantalla del diagrama

tipo escalera almacenado en memoria.

Descarga y verificación a la cinta, y carga desde la cinta.- Las

dos

primeras funciones enunciadas, como su nombre lo expresa, sirven

para descargar en la cinta el programa guardado en la memoria del

P.C. y verificar de memoria con la cinta el programa de ella trans_

ferido respectivamente; la ultima función se refiere a realizar la

carga en memoria del programa realizado anteriormente y grabado en

la cinta.

A continuación serán presentadas las principales características

de operación de los diferentes equipos periféricos que pueden

rar conjuntamente con el control ador programable.

133

Terminal Industrial de programación.- Este equipo se constituye de

una pantalla y de un teclado

de programación, se lo utiliza para cargar un programa del usuario,

editar, forzar o monitorear instrucciones de programación; una se_

rie de instrucciones de programación pueden ser introducidas hacia

el procesador a través del teclado del termináis las mismas que se_

rán desplegadas instantáneamente a través de la pantalla del misma

Grabadora de cintas digitales.- El grabador permite almacenar en

forma secuencial en una cinta digj[

tal 5 todas las instrucciones y programas que al momento estaban ijn

troducidas en la memoria del P.C. Las principales ventajas que es_

te equipo ofrece son las siguientes:

. Proveer un respaldo de la memoria, en el caso de que en forma in_

deseada la memoria del procesador sea borrada o alterada.

. Permitir al usuario el almacenar un conjunto de programas con dj_

ferentes características y en forma rápida ponerlos en ejecución

cuando asi las circunstancias de operación lo obligaren.

. Permitir utilizar programas que fueron grabados en otros equipos

de controladores programables de características similares.

Cuando un programa ha sido grabado en la cinta o de ésta a memoria

del P.C.5 entonces es necesario que se proceda a verificar la gr¿

báeióh b la d§s£arga por medio de la misma cinta, puesto que la V£

Hficación consiste en un proceso de comparación entre la memoria

del P.C. y el contenido de la cinta; todos los errores encontrados

134

en el proceso de verificación aparecerán en forma de un listado en

la pantalla del P.C., estos errores pueden deberse a un mal funcio_

namiento del grabador, del cable de interconexión o al mal estado

de la cinta.

Impresora.- Este equipo de complemento en la operación del P.C.

mite obtener la impresión en papel de los programas ir^

troducidos en memoria, asi mismo imprime reportes del estado del

sistema, etc.

Este equipo puede trabajar en forma local o remota, en el caso de

ser remota puede recibir información a través de una linea telefó-

nica, por la cual se transmiten señales analógicas que previamente

son convertidas en tales mediante la utilización de MODEMS.

Terminal manual de operación.- Es un equipo de características 1_1

vianas y de fácil operación que pe£

mite examinar, modificar o forzar las entradas/salidas de una pala

bra o bit de la "tabla de datos" en la memoria del procesador del

controlador programable.

Básicamente el terminal manual realiza las siguientes funciones (3)

. Examen de palabras y bits solamente.

. Examen y modificaciones de palabras o bits.

. Examen y forzamiento de bits de entrada/salida.

135

4.2. GENERACIÓN DE REPORTES DEL ESTADO DE "FALLAS PROVOCADAS", EN

LOS DIFERENTES ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DEL DEMOSTRADOR DE PRO.

TECCIONES.-

Como fuera analizado en capítulos anteriores en los elementos que

conforman el demostrador de protecciones, fueron proyectadas la

ocurrencia de las siguientes fallas:

# TIPO DE FALLA NOMENCLATURA

1 Falla 30 a los terminales del estator del generador. F3G

2 Falla 10 a los terminales del estator del generador. F1G

3 Falla a tierra del campo del generador. FTG

4 Pérdida de campo del generador. PCG

5 Falla 30 al inicio de la línea 1. F3IL1


7 Falla 30 al final- de la línea 1. F3FL1

8 Falla 10 al final de la línea 1. F1FL1











136

# TIPO DE FALLA NOMENCLATURA

19 Falla 30 al final de la linea 4. F3FL4


21 Falla 30 al inicio del transformador 2. F3IT2


23 Falla 30 al final del transformador 2. F3FT2






En total han sido proyectadas 28 fallas a simularse, cada una de las

cuales tiene su nomenclatura independiente indicando el tipo.de falla

(F3 = falla trifásica, Fl = falla monofásica, FT = falla a tierra, -

PC = pérdida de campo), ademas se indica la ubicación de la falla (G=

generador, T2 = transformador 2, T3 = transformador 3, IL1 = inicio

de línea 1, FL1 = final de línea 1, etc.).

Dado que pueden existir solamente 6 mensajes a almacenarse en la memo_

ria del P.C., cada uno de los cuales es activado por la previa enej

gización de cada uno de los bits de 10 a 15 de la palabra 027; el pri_

mer mensaje^ es decir el que será activado mediante la energización -

del bit GÍ2710 servírá para almacenar el estado de "fallas provocadas".

La activación del bit 02710, y por lo tanto el aparecimiento del res_

pectivo mensaje se conseguirá mediante una orden externa recibida en

137

el P.C. por medio del Interruptor digital 1, el cual provocará el en_

clavamiento de dicho bit por el tiempo que el usuario lo desee, de

igual manera el bit sera desenergizado mediante la operación sobre

el switch digital 1. El sistema de control de los bits de la pala-

bra 027 se muestra en la Fig. No. 48.

Como podrá notarse al analizar los sistemas de control mostrados en

el capítulo No. 3, cada una de las fallas provocadas está relaciona-

da con un contactor real que la provoca, cada uno de estos contacto-

res tiene una relación directa con un determinado bit en el área de

"tabla de datos de salida" de la memoria P.C., en conclusión podría

decirse que cada falla ocurrida en el demostrador de protecciones es_

tá directamente relacionada con un bit de memoria.

En base a esta relación existente se proyecta realizar el reporte de

fallas provocadas, haciendo que cuando una falla hubiere ocurrido, en

el reporte aparezca un "ON" correspondiente a dicha falla, esto se

lo consigue mediante el reporte del estado de aquel "bit" que fuera

activado para provocar la falla.

En la Fig. No. 49 se muestra la programación requerida para conseguir

un reporte de fallas provocadas el cual consiste simplemente en la re_

visión en un instante determinado del estado en que se encuentran cada

uno de los bits relacionados a los contactores de falla.

4.3. GENERACIÓN DE REPORTES DEL ESTADO DE "DISYUNTORES", QUE FORMAN

PARTE DE LOS ESQUEMAS DEL DEMOSTRADOR DE PROTECCIONES.-

Como fuera analizado en los sistemas de control del capítulo III, cuan_

MENSAJE N£ I

REPORTE DE FALLAS PROVOCADAS

FIG.

138

do una falla hubiere sido provocada, actuarán los respectivos relés

de protección y estos ordenarán la operación de los contactores que

hacen la función de "disyuntores", en el demostrador de protecciones3

existen 7 elementos,, cada uno de los cuales tiene sus respectivos

disyuntores como se detalla a continuación:

# UBICACIÓN DEL DISYUNTOR NOMENCLATURA

1 Disyuntor a los terminales del bloque generador-tran£

formador. DEG

2 Disyuntor en el campo del generador. DCG

3 Disyuntor al inicio de línea 1. DIL1

4 Disyuntor al final de línea 1. DFL1







11 Disyuntor al inicio de transformador 2. DIT2

12 Disyuntor al inicio de transformador 3. DIT3

En operación normal, los contactores que operan como disyuntores, y

que forman parte de un determinado esquema permanecerán cerrados, en

cambio cuando una falla hubiere sido provocada se ordenará luego de

su detección, la apertura de los respectivos disyuntores.

Cada contactor real, que hace la función de disyuntor está relaciona_

139

do con el bit en el área de la'tabla de datos de salida" de la memo_

ria del P.C., es el estado de este bit el que será utilizado para

conseguir el reporte del estado de disyuntores, cuando el bit se en_

cuentra energizado implica que el disyuntor correspondiente esta ce_

rrado.

En el punto 4.4, se analiza la programación para conseguir la grafj_

cación de los 5 esquemas que se analizan en el demostrador, estos

gráficos a más de mostrar la estructuración de cada esquema mostra_

rán también los contactores de enlace y los disyuntores; adjunto al

símbolo que los representa se muestra el reporte del estado en el

que se encuentran.

4.4. PROGRAMACIÓN DE GRÁFICOS DE LOS ESQUEMAS DEL DEMOSTRADOR DE PRO

TECCIONES, MEDIANTE EL CONTROLADOR PROGRAMABLE.-

Como fuera explicado en el punto 4.1., el controlador programable -

tiene la capacidad de graficacion, en la Fig. 47 se puede apreciar el

sobreteclado con caracteres y símbolos disponibles para la realiza-

ción de gráficos.

Es importante considerar que en un diagrama no necesariamente deben

haber caracteres gráficos solamente, pues pueden existir también ca,

racteres alfanuméricos en combinación con los caracteres gráficos.

Anteriormente Sé determino que el primer mensaje seria utilizado pa_

ra el reporte de fallas provocadas, los restantes 5 mensajes serian

utilizados para almacenar los 5 esquemas a desarrollarse en el demos

140

trador de protecciones, en cada uno de los cuales se dará el reporte

de sus respectivos disyuntores.

La activación de cualquiera de estos mensajes dependerá en primer lij

gar fie cuál de los 5 esquemas se está estudiando en el demostrador ,

pues existe el bloqueo necesario para que solo aquel esquema que se

está1 analizando pueda ser desplegado, a más de este selector de meri

sajes propio del sistema de control diseñado es necesario en segundo

lugar una excitación externa enviada por el usuario en el instante

cuando éste desee desplegar en pantalla el esquema en estudio, con

este fin se utiliza el interruptor digital 2, el cual provocará el

enclavamiento del bit correspondiente al esquema en mensión, (02711,

0271!29 02713, 02714, 02715) mediante otro valor seleccionado en el

interruptor digital 2 se provocará el desenclavamiento de cualquie-

ra de los 5 bits que hubiere sido energizado, y por lo tanto termina

rá el reporte del respectivo mensaje gráfico.

La programación de gráficos permite también introducir en los mismos

el análisis del estdo de un determinado bit, byte o palabra, en el

instante en que se produzca el reporte; esta ventaja ha sido utiliza_

da para conseguir en el mismo gráfico el reporte del estado de todos

los ¡disyuntores involucrados en dicho esquema.

Los reportes gráficos se conformarán con los símbolos más adecuados

para representar cada uno de los elementos como::generador, transfor-

madores, lineas» cargas que interconectados conforman un determinado

esquema, además el diagrama constará con la representación de los -

contactores de enlace de elementos y con los disyuntores respectivos.

141

Los gráficos de Tos esquemas a representarse en los 5 mensajes S£

rán una gran ayuda para el usuario del demostrador, puesto que con_

tara en el instante que lo desee con el gráfico del esquema en el

cual está trabajando, y podrá hacer un cómodo uso del mismo para

los análisis en que requiera del mismo.

En las hojas adjuntas se muestra la programación requerida para

seguir los reportes de los 5 esquemas que pueden conseguirse me di ají

te el controlador programable.

En la Fig. No. 48 se muestra el sistema de control requerido para

la generación de mensajes, en la tabla No. 20 se muestra la canti-

dad de memoria requerida para este sistema de control.

G E T

22O _ 1077

| V. p. 48

PUT 220

,02710

GET¡220

fttp. 4902710

fCI GET - 1077JV.p.48

221

,02711

1C2 OET 221 - TO77

| V. p. 48 -O)027|g

iC3 GET1221 r _ "1077

IV. p. 480271S

i SET 221 _ 1077lttp.48

GETI V.p.48

02715

G E T |22I = I076J«p. *

G E T 1221 02712

G E T 1221 r— 1076 ,02713

G E T (221

GET 21 T_ lOTS 02715

SISTEMA DE PROGRAMACIÓN PARA

REPOSTE DE MENSAJES

t 1 ".

N'.E=íE: DEL PRC3RÍMA: _SISJEMA JJE CONTROLA DE_ REPORTE _DE_ _M_ENSAJE_S_

U&SOOLL HE CC ION

220

07702710

220076

02710

07000221077

02711

07001221077

0271207002

221077

0271307003

221077

027U07004

221077

02715221076

02711

076

INST^JCCDN

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Obtiene ?/ vaÁr

Compara ff/&$ ¡ova/ e/j/gÁy ff/rríeicerfae^ &# ¿t Bobúnz 0y? feo ckcir JÍ&)

Qvli&T^ g/ vakr g/a>70c¿ts?aek e¿> /a• ay/aÁrtt zz/

&W¿ffira_?i_c$favQtj*fj?akr^ a/r»0cfrfyack e/* /er ^ff/ff¿nf 0?6 (et ¿feu'y 49)

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30C

MENSAJE N£2

REPORTE DEL ESQUEMA I

MENSAJE N*3

REPORTE DEL ESQUEMA 2

MENSAJE N*4

REPORTE DEL ESQUEMAS

MENSAJE N^5

REPORTE DEL ESQUEMA 4

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E

CAPITULO V

UTILIZACIÓN DEL LAS CARACTERÍSTICAS "ANALÓGICAS" DEL CQNTROLADOR PROGRA-

¡ MABLE JN EL DEMOSTRADOR D£ PROTECCIONES

En el presente capítulo se utilizará una de las posibilidades de opera^

ción del controlador programable, esto es utilizar las señales analógi_

cas provenientes de los equipos externos y con éstas digital izadas rea_

Tizar manipulaciones internas de datos y tomar decisiones de ejecucióa

Las señales analógicas que pueden introducirse en el controlador pro-

gramable, pueden ser características eléctricas como: corriente, volta_

je9 frecuencia, factor de potencia, etc. además pueden introducirse se_

nales de otro tipo como: temperatura, presión, nivel de iluminación ,

etc.

Estas señales analógicas son introducidas al procesador del P.C. por

medio de los "módulos analógicos de entrada", éstos reciben señales

analógicas solamente de corriente y voltaje, por lo tanto es necesario

que previamente las señales analógicas reales sean transformadas a c£

ractensticas de voltaje o corriente dentro de ciertos rangos, para e

to se utilizan los transductores de señales, los cuales permiten cojí

vertir señales de diversos tipos como frecuencia, factor de potencia ,

etc. en señales de corriente o voltaje dentro de pequeños rangos.

Desde el demostrador de protecciones serán introducidas al P.C. nueve

señales de corriente correspondientes a las 3 fases en 3 puntos dife_

rentes de cualquier esquema, 9 señales de voltaje de las 3 fases de

los 3 puntos de cualquier esquema, 1 señal de frecuencia obtenida de

los terminales del generador modelo y 3 señales de factor de potencia

correspondientes al generador y los 2 juegos de transformador-cargas;i

en total el numero de señales analógicas a introducirse en el P.C. de^ibe ser 22.

5.1. MANIPULACIÓN DE SEÑALES ANALÓGICAS DE ENTRADA EN EL CONTROLADOR

PROGRAMABLE.-

Como fuera ya expresado anteriormente el modulo analógico de entrada

acepia señales analógicas en un determinado rango de corriente o vo]_i

taje| es decir el módulo hace las funciones de "acoplador" entre el

procesador del P.C. y algunos tipos de dispositivos cuyas señales ana_

lógiéas sensadas pueden ser temperatura, presión, velocidad, etc.

El modulo analógico de entrada para los equipos Alien Bradley, tiene

la capacidad de 8 canales, todos los canales de un mismo mo'dulo operan¡

en idéntico rango de voltaje o corriente; existen 4 posibles rangos

de vctltaje y 3 rangos de corriente, como se muestran en la tabla // 21,

cualquiera de estos rangos puede ser escogido por el usuario al adqui_

rir los módulos analógicos (13).

CÓDIGO

oí!02 !03|04 !

050607

RANGO DE VOLTAJE VALOR DECIMAL CORRESNOMINAL

+1 a + 5 VO a + 5 VO a +10 V

-10 a +10 VRANGO DE CORRIENTE

NOMINALO a +20mA

+ 4 a +20mA-20 a +20mA

PONDIENTES EN B.C.D.

000000000000

000000000

aaaa

aaa

255255255255

255255255

VOLTIOS POR BIT

15.6 mV/bit19.53 mV/bit39.06 mV/bit78.13 mV/bit

AMPERIOS POR BIT

0.078 mA/bit0.063 mA/bit0.156 mA/bit

TABLA No. 21

Las ¿eñales analógicas recibidas a la entrada del módulo analógico

son transformadas a valores digitales en un rango de 000 hasta 255,

es decir todo el rango de corriente a voltaje se ha transformado en

un amplio rango digital de 255 partes, en la tabla 21 se observa la

cantidad de mil i voltios o nriliamperios correspondientes a la varia-

ción de cada parte (bit).

El valor en código binario decimal por canal del módulo analógico esi

almacenado en 12 bits de una palabra de memoria, además un bit de es_i

ta palabra sirve para determinar si la señal analógica recibida se

encuentra fuera de rango, en la misma palabra se define también la

dirección del canal, como puede apreciarse en la Fig. No. 50, (1:í).

CÓDIGO DE DIRECCIONAMIENTO"O"

\f Ib

1

ii

15 14 13 12 II 10

A-V"

Dlreccionamieniode numero de

(tabla)

/

Dígito mássignificativo

(0 -2)

07 06

\

05 O4

.//

Dígitomedianamente

significativo£0 -9 )

Oó 02

V\l/

UU

/

Dígito menossignificativo

(0 -9)

0000

1111

001100

11

010

10I0

1

1234567a

Existen dos métodos de programación para el ingreso de los datos eni

B.C.C). desde el módulo analógico de entrada hacia el procesador, es

tos métodos son:

1. Transferencia de simple canal (un solo canal).

2. Transferencia en bloque (8 canales a la vez).

145

El P.L.C., utiliza el método de transferencia en bloque, el otro mé_

todo es utilizado por el resto de controladores prográmateles de la

línea Alien Bradley.

En e) método de transferencia por simple canal, la comunicación de

cada canal hacia el procesador demora un tiempo de 2 veces el tiempo

de barrido o examinación de entradas/sal idas, y por lo tanto 16 ve-

ces ese tiempo para la transferencia de los 8 canales.

El método de "transferencia en bloque" es mucho mas rápido que la

'transferencia por simple canal", pues ésta se realiza simultáneamen-

te para los 8 canales en un tiempo de 2 veces el tiempo de barrido.

Para comenzar la transferencia en bloque el módulo recibe una orden

desde el procesador, esta orden es enviada por medio del bit No. 7

en el byte correspondiente a la dirección del módulo en la tabla ima_

gen de salida.

A la vez que el módulo recibe esta señal, éste envía una orden inde

pendiente hacia el procesador, con la cual comunica al procesador que

se prepare para la transferencia, el procesador entonces empieza a

buscar en el área de memoria correspondiente a temporizadores y con_

tadores la dirección del módulo a transferir, el procesador buscará

este dato en las primeras palabras de dicha área de memoria, ya que

es necesario que las direcciones de los módulos analógicos sean car_

gadas en las primeras palabras de dicha área, las restantes palabras

de memoria podrían utilizarse para temporizadores o contadores.

Antes de continuar es necesario recordar que el área de memoria uti

146

Tizada para temporizadores o contadores esta dividida en 2 sectores;

el uno correspondiente a valores acumulados y el otro correspondien-

te a valores preestablecidos.

Luego de que el procesador ha encontrado la dirección del módulo, aj_

macenada en una palabra del área de temporizadores y contadores (va_

lores acumulados), entonces buscará a continuación en la palabra de

memoria "correspondiente", es decir en la que está ubicada en e 1

área de valores preestablecidos, la dirección de la primera palabra

de un grupo de ocho, en las cuales serán almacenados los valores en

B.C.D. transferidos de los ocho canales del módulo analógico, en el

caso.de no utilizar los 8 canales no es necesario guardar 8 palabras

de memoria, con este fin posteriormente será explicada la manera de

indicarle al procesador cuantos canales del módulo se utilizan.

En caso de utilizar un sólo módulo analógico, debería utilizarse pa_

ra éste la primera palabra del área de temporizadores y contadores ,

es decir la palabra 030, en caso de utilizar 2 módulos se ocuparían

las palabras 030 y 031, además como fuera explicado se requiero oq¿

par también la palabra correspondiente en el área de valores preesta

bleddos, esto es las palabras 130 y 131 para el caso de 2 módulos.

Dos instrucciones GET son necesarias en la programación para dar la

información requerida por el procesador para provocar la transferen-

cia en bloque desde el módulo analógico.

La primera instrucción GET cuya dirección será la correspondiente a

la primera palabra en el área de temporizadores y contadores (valo-

147

res Acumulados) almacena un valor correspondiente a la ubicación fj_i

sicajdel modulo analógico Fig. No. 51, es decir el numero de rack,

del ijiódulo y la posición en el módulo; la segunda instrucción GET,

cuya dirección es la correspondiente a la primera palabra en e 1

área de valores preestablecidos, almacenara el valor de la dirección

de la primera palabra de un numero de ocho (para un módulo completo}y

en dónde se guardarán los valores analógicos en B.C.D. transferidos

desde el módulo analógico (13), Fig. 52,

Las 2 instrucciones GET terminarán con una salida, la cual ordenará

el inicio de la transferencia; los 5 dígitos de direccionamiento de

estalsalida se muestran en la Fig. No. 53.

- El iprimer dígito es cero porque es una instrucción de salida.

- Lo§ siguientes 3 dígitos son los mismos que fueron utilizados para

el Idireccionamiento del módulo (rack, módulo y posición del módulo)

- El ¡último dígito es siempre 7, con lo cual la instrucción de sali_

da ¡lleva por dirección la correspondiente al bit 7 del byte donde

estjá ubicado el módulo analógico, y sera éste el que iniciará el

prqceso de transferencia.

En leí Fig. No. 54, se muestra la programación sencilla requerida pa_i

ra provocar la transferencia de datos desde el módulo analógico ha_

cia el procesador, de esta figura se puede hacer la interpretación

siguiente:

PRIMER GET

¡ ¡ XXX 130

' ABC 140

02317„ .. / L_

II

1I

XXX = DiRECCION DEL PRIMER GET

A = NUMERO DEL RACK

B= NUMERO DEL GRUPO DEL MODULO

C=POS1C10N DEL MODULO

PRIMER GET SEGUNDO GET

i 030 XXX

¡ 231 YYY

02317/ Y...

i

il

XXX= DIRECCION DEL PRIMER GET 4 100

YYY-DIRECCIÓN DE LA TABLA DE DATOS

PRIMER GET SEGUNDO GETI 030 130

f[G]—[G]~

1 231 140

DIRECCION DEL BIT DE SALIDA

ABCDEI

'"( i? •*

A ^SIEMPRE CERO

B = NÚ MERO DEL RACK

C = NUMERO DEL GRUPO DEL MODULO

D=-POS1CION DEL MODULO

E= 7

j 030i. Tf~\-

i 231

130Tí-l __ - —"L^J ~ ™140

02317 ¡_ _ f \._ _ _ _ _ _ ~ _ _ - _ ^ ^ , .

i

.DIRECCIONAMIENTO t£L MODULO PUEDE SER EL MISMO QUE EL PRIMER GET

Y EL BIT DE SALIDA

148

Los datos almacenados en el módulo ubicado en el rack 2, módulo 3,

posición derecha son transferidos a ocho palabras de memoria en el

procesador, la dirección de la palabra inicial de almacenamiento es

140. Como ha sido programada la orden de transferencia implicaría!

que permanente existiría una transferencia o actualización de datos

analógicos en el procesador, esta orden podría ser precedida de con_

dicipnamientos (instrucciones EXAMINE ON, EXAMINE OFF), según los

requerimientos del usuario.

En el caso de que no se utilicen los 8 canales del módulo analógica

es necesario hacerle conocer al procesador el número de canales utj_

Tizados, con este fin se utilizan los 3 primeros bits del byte co^

rrespondiente a la ubicación del módulo analógico; en la tabla 22

se muestran los valores que han de tomar los bits O, 1, 2 para indi

car el número de canal utilizados.

NUMERO DECANALES

UTIL IZADOS

solo 1

2

3

4

5

6

'• 7

CÓDIGO DE LOS BITS

UTILIZADOS PARA IN-

DICAR CANALES OCUPADOS

5 1 3

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1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

En la Fig. 55 se muestra la

programación requerida para

indicar por ejemplo que se

utilizan 3 canales del módij

lo analógico ubicado en el

rack 2, módulo 3, posición -

derecha (i).

+—02310

-C )-02311

149

5.2. PROGRAMACIÓN EN EL CONTROLADOR PROGRAMABLE DE REPORTES DE SEÑA

LES ANALÓGICAS INSTANTÁNEAS DE LOS PARÁMETROS ELÉCTRICOS EN LOS

ELEMENTOS DEL DEMOSTRADOR.-

iSerán utilizados en el demostrador de protecciones 3 displays digi-

tales, para permitirle al usuario conseguir mediciones de voltaje,!i

corriente y factor de potencia en varios puntos de cada uno de los

posibles esquemas diseñados.

Los displays utilizados para conseguir mediciones de voltaje y co-

rriehte, permiten tomar dichas señales de las 3 fases del sistema en

3 diferentes puntos de cualquiera de los esquemas; de igual manera¡el dfisplay determinado para medir factor de potencia, puede realizar

mediciones en los 3 mismos puntos de cualquiera de los esquemas.

Si s£ observa la Fig. No. 12, en la cual se muestran los 5 posibles¡

esquemas del demostrador de protecciones, se podrá apreciar que exis

ten 3 elementos que se mantienen en todos los esquemas; estos son :

el generador, el transformador-carga 2 y el transformador-carga .3 ;

entonces de estos 3 elementos comunes en todos los esquemas, seránii

obtehidos los parámetros eléctricos a desplegarse en los displays di! ~

gitaies.

Dadoique se obtendrán 3 señales de corriente, 3 señales de voltaje y

1 factor de potencia por cada punto de medición; entonces en total

se obtendrán 9 señales de voltaje, 9 de corriente y 3 de factor de

potencia; además se obtendrá la señal analógica de la frecuencia de

generación, la cual será utilizada para funciones especiales como se

anal iza en el punto 5.3.

En el P .C . 2/20 los módulos de entrada a sal ida están d iv id idos en 2

partes ( s e m i m ó d u l o s ) 5 cada uno de éstos con 8 terminales; dado que

se obtienen 22 señales analógicas ha introducirse en el P . C . , entor^

ees será necesario u t i l i z a r 3 semimódulos analógicos.

En e¡l punto 5.1. fue descrita la forma de programación requerida pa_

ra ind ica r le al procesador la ubicac ión física de los módulos anal(5

gico|ss el área de memoria donde se almacenarán los valores analógi_

cos5í la orden de in i c io de transferencia y la cantidad de canales

que jcada módulo u t i l i z a ; con todos estos fundamentos en la F ig . No.

56 s|e muestra el sistema de control requerido para i n s t r u i r l e a 1

proqesador todas estas características; de este diagrama puede ob-

ser^arse que el primer senrimódulo ocupa 8 canales (3 señales de coi

rriente, 3 de voltaje, 1 de factor de potencia., 1 de frecuencia) con

señales que provienen del modelo del generador, el segundo semimód^

lo ojcupa solamente 7 canales (3 señales de corriente, 3 señales de

voltaje, 1 señal de factor de potencia) con señales que provienen

del jtransformador-carga 2, el tercer semimódulo ocupa también 7 ca_¡

nales (3 señales de corriente, 3 de voltaje, 1 de factor de poten-

cia)! con señales que provienen del transformador-carga 3. En la t¿

bla ¡No. 23 se muestra la cantidad de memoria requerida por este

grama.

Las señales eléctricas originales obtenidas del demostrador de ^

tecciones sufren una serie de transformaciones hasta llegar a a1ma_

cenarse en la memoria del P.C.; así, primeramente los transductores

030 130

2SI 033

260

oaso?

oz5ir

025IO

oQ25ll

o02512

I3302607

02600

0260 1

02602

SISTEMA DE DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS

DE LOS MÓDULOS ANALÓGICOS

ANALÓGICOS

PAGINA I DE

£ de polcara» DIRECCIÓN INSTRUCCIÓN ÍMBOLO CCMENTARiOS

030 /o f£rco&'0/

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OUTPUT

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COUNTERSor

I N T E R N A LSTORAGE

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107110"

1MAGETABLE

ACUMULATEDVALÚES

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T I M E R S

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STORAGE

COUNTERSor

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151

transforman las señales eléctricas originales en señales analógicas

de corriente o voltaje de pequeña escala (en el caso del demostra-

dor de protecciones, se utilizan transductores con salidas en el

rango de 4 a 20 mA), luego estas señales de corriente son introduci_

das al módulo analógico de entrada, el cual transforma estas señales

analógicas en señales digitales en una escala de 256 partes, son e¿

tos valores en B.C.D. los que son almacenados en memoria del proce_

sador; ahora con el fin de poder desplegar en los displays digitales

los valores reales de los parámetros eléctricos del demostrador es

necesario realizar un procedimiento de recuperación de estos valores

mediante la manipulación de datos en memoria del P.C.

En las Figuras No. 57558 y 59 se muestran los sistemas de manipula-

ción de datos requeridos para conseguir la recuperación de valores

y su posterior despliegue en los respectivos displays de voltaje, cp_

rriente y factor de potencia; en las tablas 24, 25 y 26 se muestra

la cantidad de memoria requerida por estos programas. Dado que en

memoria los valores reales obtenidos del demostrador pueden tomar

valores de O a 255 en B.C.D.» entonces para transformarlos a valp_

res reales es necesario simplemente realizar una regla de 3, pero

el proceso se complica algo ya que los resultados de las funciones

matemáticas de multiplicación y división se almacenan en 2 palabras

de memoria, y para poder desplegarlos en un display es necesario que

estos se encuentren almacenados en una sola palabra de memoria.

Con respecto a las magnitudes de corriente, éstas pueden catalogarse

en 3 rangos, el primero para valores menores a cero (3 valores deci_

males), el segundo para valores comprendidos entre 1 y 9.99 (2 valo

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SET

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I G E T

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207

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i 02102

^02104

DIAGFÍAMA DE PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA

DE TRANSFORMACIÓN DE VALORES DE

CORRIENTE

^GPiV.;' SISTEMA DE TRANSFORMACÜN DE SEÑALES DE CORRENTE

PAGINA I DE

P&IOOTQSusados DIRECCIÓN INSTRUCCDN SÍMBOLO OMENTARIOS

.220 G £ r Q¿rtO*?Q Q/ ve/0r cerras jDQBe/fonk e k ttafief s/e co'rr''ar**/a

203 G £ r ene et wJor ¿/e zfff oJmoceryat/p & /o saa/o£r0 £03

204205 DJVJOf 30$ ai-w/pr daefmeti Ja /*» c/tv/sier* (ooo ~r 9?*)

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^02103

DIAGRAMA DE PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE

TRANSFORMACIÓN DE VAUORES DE VOLTAJE

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PAGINA ' DE

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res decimales), el tercero para valores mayores a 10 (1 valor deci_

mal); esto hace necesario que se desarrollen 3 procesos independie^

tes de transformación; dado que cada dígito del display tiene su

respectivo punto decimal este será energizado o activado dependier^

do de cuantos decimales deberá tener el valor a desplegarse.

De igual manera las magnitudes de voltaje pueden catalogarse en 3

rangos, el primero para valores mayores a 1 y menores a 10, el se_

gundo para valores mayores a 10 y menores a 100 y el tercero para

valores mayores a 100; por lo tanto es necesario realizar también

3 procesos independientes de transformación de valores y además

considerar adecuadamente la activación de los respectivos puntos

decimales.

En referencia a las magnitudes de factor de potencia, el procedi -

miento se facilita ya que a excepción de un factor de potencia unj_

dad, el resto de valores son decimales, entonces el despliegue de

valores es prácticamente directo luego de la respectiva transforma_

cion; dado que los valores de factor de potencia pueden correspor^

der a ángulos de O a +_ 60°; los ángulos de fase serán positivos -

cuando la corriente adelante al voltaje y serán negativos cuando

la corriente esta atrasada del voltaje; como el factor de potencia

es siempre un valor positivo, es necesario implementar un medio vi_

cual que permita distinguir si el factor de potencia corresponde a

un ángulo de fase positivo o negativo; es asi que para este fin se

utilizará una lámpara de señalización o un led que se encenderá pa^

ra valores negativos de ángulo de fase.

Es necesario implementar un sistema de control mediante el cual se

153

consiga seleccionar una sola de las 9 posibles señales de corrien-

te que se tomarán del demostrador de protecciones, de igual manera

el sistema deberá permitir escoger una sola de las 9 señales de

voltaje y 1 sola señal de factor de potencia para poder desplegar-

los en sus respectivos dlsplays.

En la Fig. No. 60 se muestra el sistema de control requerido para

conseguir el sistema de selectividad de señales eléctricas, en la

tabla No. 27 se muestra la cantidad de memoria utilizada en este

programa.

Mediante la selección adecuada de valores en el switch digital 2

el usuario puede escoger un determinado parámetro eléctrico ( co-

rriente, voltaje, factor de potencia) de algún punto del esquema en

estudio; este valor posteriormente deberá ser transformado a valo^

res reales para poder ser desplegado en el respectivo display digi_

tal.

A continuación se muestra la Tabla No. 28, que permite determinar

la función que se realizará con la -selección de un determinado va^

lor en los switchs digitales 1 y 2; esta tabla es completa ya que

muestra también las funciones que realizan los switch digitales en

todos los programas analizados anteriormente.

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Obri&ie a/ voky a/moce/yack e# /o pp/a^rs 2?Z3 |

C0fM/JBrg ti e$ icjna/ a/ vO/or afaactuaeh w /o /yp/c*bra Jff ? (ô) f

0¿>fte»e e/ va/or afmfftcuado m ¿ ^y/oíâ Z?3 1|

Ctwiporcr #' Os iftua/ al vffír ahtae&nedv tf 3&É (zt) |

Si Ja conlJSff'rOC'vii Oí vsydodtfff 0£fi*0 09^0 í COw/Crtre — f06t & • t)ets£r&darj |

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SISTEMA DE CONTROL PARA SELECCION DE PARÁMETROS ELECT.

PAGINA Z DE__3__

peloteas iIRECCIÓN INSTRUCCIÓN COMENTARiOS

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DEL PROGRAMA:

3 DE 3

, \MUli-V :

SISTEMA DE CONTROL PARA SELECCIÓN DE PARÁMETROS ELECT.

W- da palabrasDIRECCIÓN SÍMBOLO

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TIMERSond

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ondCOUNTERS

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VALÚES

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154

VALOR

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

PALABRA DEMEMO.RIA

277

276

275

274

377

376

375

374

272

271

270

267

373

372

371

370

266

265

264

263

367

366

365

FUNCIÓN

Switch Digital No. 1

Falla 10 al inicio de Ll

Falla 30 al inicio de Ll

Falla 10 al final de Ll

Falla 30 al final de Ll

Falla 10 al inicio de L2


Falla 10 al final de L2










Falla 30 a los termina -les del generador.

Falla 10 a los termina-les del generador.

Falla a tierra del rotordel generador.

Pérdida de campo.

Falla 10 al inicio de T2


Falla 10 al final de T2


Desbloquea reléSCFll (Ll)

Desbloquea relé SCT11 (Ll)

Desbloquea relé SCF12 (Ll)

Desbloquea relé SCT12 (Ll)

Desbloquea relé SCF21 (L2)

Desbloquea relé SCT21 (L2)











Desbloquea relé SCFT2

Desbloquea relé SCTT2

Desbloquea relé SCFT3

Desbloquea relé SCTT3.

Escoge señal de factor depotencia del generador.

Escoge señal de corriente-fase R-generador.

Escoge señal de corriente-fase S-generador.

155

VALOR

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

PALABRA DEMEMORIA

364

262

261

260

257

235

236

237

240

241

242

243

244

245

246

247

250

251

252

FUNCIÓN







Bloquea relé SCF11 (Ll)

Bloquea relé SCT11 (Ll)

Bloquea relé SCF12 (Ll)

Bloquea relé SCT12 (Ll)

Bloquea relé SCF21 (L2)

Bloquea relé SCT21 (L2)










Escoge señal de corriente-fase T-generador.

Escoge señal de voltaje-fase R-N-generador.

Escoge señal de voltaje-fase S-N-generador.

Escoge señal de voltaje-fase T-N-generador.

Escoge señal de factor dopotencia-transf . 2.

Escoge señal de corriente-fase R-transf. 2.

Escoge señal de corriente-fase S-transf. 2.

Escoge señal de corriente-fase T-transf. 2.

Escoge señal de voltaje-fase R-N-transf. 2.

Escoge señal de voltaje-fase S-N-transf. 2.

Escoge señal de voltaje-fase T-N-transf. 2.

Escoge señal de factor depotencia transf. 3.

Escoge señal de corriente-fase R-transf. 3.

156

VALOR

42

43

44

45

46^

47

48

49

60

70

80

90

PALABRA DEMEMORIA

334

335

336

337

340

341

077

076

360

361

362

363

FUNCIÓN




Bloquea relé SCFT2.

Bloquea relé SCTT2.

Bloquea relé SCFT3.

Bloquea relé SCTT3.

Bloqueo de reporte demensaje 1.

Desbloqueo de reportede mensaje 1.

Escoge límite sufx de noop. de relé de frecuen-cia.

Escoge límite inf . de noop. de relé de frecuen-cia.

Escoge factor de retar-do para relé de sobre-frecuencia.

Escoge factor de retar-do para relé de bajafrecuencia.


Escoge señal defase S-transf. 3

Escoge señal defase T~transf.

Escoge señal dese R-N-transf.

Escoge señal dese S-N-transf.

Escoge señal dese T-N-transf.

corriente

corriente3.

voltaje-f3.

voltaje-f3.

voltaje-f3.

TABLA No. 28

5.3. ANÁLISIS DE LAS POSIBILIDADES DE SIMULACIÓN DE ALGUNOS TIPOS DE

RELÉS DE PROTECCIÓN MEDIANTE EL CONTROLADOR PROGRAMABLE.-

A mas de las importantes características de operación del controla-

157

idor (^rogramable en sistemas de conmutación, éste puede operar o mam'

ipulaj" señales analógicas, con la cual se consigue una alta versatilj[

dad en la operación automática de un proceso industrial; en este pun

to s£ tiende aaprovechar la operación con señales analógicas en la

simulación de algunos tipos de relés de protección.

En urp sistema eléctrico real, el sistema de protección debe estar con

formado por elementos de alta confiabilidad y con características de

operación rápidas, de tal manera de exponer por el menor tiempo posi¡¡

ble al sistema a una operación con características anómalas.

Las penales analógicas hasta su ingreso a la memoria del procesador -ji

sufren una serie de transformaciones; asi: el transductor sensa las

señales analógicas y las entrega en una escala de 4 a 20 mA. en un

tiempo menor a un ciclo; luego estas señales ingresan al módulo anal£

gico ¡de entrada del P.C., proceso que demora un tiempo de alrededor -

de 1QO mseg. + 80 mseg. x el número de canales transferidos; es decir

si son 8 canales, el tiempo de transferencia será igual a 740 mseg. ;

en este instante serán las señales pueden ser procesadas y el tiempo

de procesamiento depende de las instrucciones utilizadas en el proce

so, p¡uesto que cada uno de estas demora un tiempo diferente de proce¡

samie'nto como lo muestra la Tabla No. 29.

INSTRUCCIÓN TIEMPO (yseg)

Examine on

Examine off

Output Energize

4

4

4.8

258

OPERACIÓN

Outpyt Latch

Outpilt unlatch

TON

TOF

GET

PUT

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EQU j

Suma ¡(+)

Resta1 (-)

Multiplicación (x)

División (-0

Brandh start

Brandh end

TIEMPO ( seg)

4.8

4.8

18.6

18.6

5.8

6.6

7.4

6.6

8.6

8.6

51.0

91.0

3.2

3.2

TABLA No. 29

Luegcj de procesadas y obtenida la señal de salida a los equipos de

ejecLJción, se deberá incluir un tiempo que demora el sistema de con

trol externo al P.C. en ejecutar la orden de salida.

Todo el proceso que sufren las señales analógicas, puede demandar la

utilización de un tiempo que puede ser excesivo en comparación con

el que se puede requerir para un determinado sistema de protección .

Con esta importante advertencia, entonces a continuación se simula-

rán algunos tipos de relés, para lo cual se utilizarán las caracterís^

ticas aritméticas, de manipulación de datos y de conmutación que ofre

ce el controlador programable.

159

Dado !que el demostrador de protecciones no cuenta con un relé de pro

tección para sobrefrecuenia o bajafrecuencia, entonces se ha pensado

en simular en forma aproximada un relé de sobre y baja frecuencia

en la memoria del controlador programable, este relé tendrá caracte

rísticas de tiempo inverso tal que cuando la frecuencia so encuentre

en una pequeña banda definida por el usuario, el relé no opere, pero

cuando la frecuencia se aleje hacia arriba o abajo de esta banda ope

rara ¡en un tiempo menor si es mayor el alejamiento.

El usuario deberá escoger los límites de la banda de no operación ;

as! por ejemplo puede definir el rango de no operación entre 59.4 y

60,5; la calibración de los limites de no operación no necesariamen-

te debe ser igual sobre y bajo el valor referencia! de 60 Hz.

Además el relé a simularse permitirá escoger 2 valores llamados facto

res de retardo, estos factores permitirán desplazar en el tiempo las

curvas de sobrefrecuencia y baja frecuencia, lográndose así un amplio

rango de valores de tiempo de operación para un determinado valor de

frecuencia.

En la Fig. No. 61 se muestra el sistema de control que permite simu-

lar el relé de sobre y baja frecuencia, este sistema de control opera

de la siguiente manera:

- Se utilizan los mismos 2 interruptores digitales utilizados en prc)

gramas anteriores; el interruptor digital No. 1 hace la función o

reemplaza a 4 pulsantes de activación, el interruptor digital No. 2

en cambio permite almacenar progresivamente 4 valores correspondían

160

tea a:

[límite superior de no operación del relé; este valor debe variarientre 127 y 199, considerando que a 127 le corresponde 60 Hz y

'55 a 65 Hz.

. [límite inferior de no operación del relé, este valor debe variar

entre 100 y 127, considerando que 127 corresponde a 60 Hz y O a

5 Hz.

factor de retardo de curva de sobrefrecuencia, que permite despica

z|ar en el tiempo la curva base de operación en sobrefrecuencia.

ffactor de retardo de curva de baja frecuencia, que permite despla.

zjar en el tiempo la curva base de operación en baja frecuencia.

iDado que los interruptores digitales son solamente de 2 dígitos y

los! valores límites de no operación son valores de 3 dígitos, enton

ees! antes de procesar estos valores es necesario que se los sume

la jcantidad de 100, para que sumada a la cantidad escogida en el

interruptor digital 2 se obtenga un valor entre 100 y 199 que co¡

respondería a los valores máximos del límite de no operación (58. 93

Hz y 63.9 Hz).

La señal en BCD correspondiente a la frecuencia está almacenada en

la palabra 177, a este valor se le resta la cantidad de 127, con

el fin de obtener un resultado que este variando entre - 127 y +127

y no como originalmente variaba entre O y 255; si la diferencia de

161

la resta es O implicará que se trata de la frecuencia de 60 Hz y eli

relé no operará.

Si el valorresultante de la resta es diferente de cero se lo divi-

dirá para 129 con el fin de obtener las curvas base con un mínimo

tiempo de operación, el resultado de la división se almacena en 2

palabras de memoria (356 y 357), el valor almacenado en la palabra

356 siempre será cero (valor entero del resultado de la división),

y el valor 357 variará entre 000 y 999 (valor decimal de la divi-

sión).i

Con el fin de conseguir que mientras más alejada sea la frecuencia

de 60 Hz,sea menor el tiempo de operaciones necesario invertir el

valor almacenado en la palabra 357; por lo tanto se ha dividido 001

para el valor almacenado en 357.

El resultado decimal de esta división es multiplicado por los fac

tores de retardo y estos últimos son almacenados en las palabras -

de memoria correspondientes a "valores preestablecidos" de 2 tempo

rizadores, serán pues estos valores allí almacenados los que darán

el tiempo de operación del relé.

- Posteriormente se pregunta si el valor original correspondiente a

la frecuencia sensada está dentro o fuera de la banda de no opera

ción; en caso de estar fuera de dichos límites se activan los tem

porizadores, cuyo tiempo de retardo ya está almacenado en las co-

rrespondientes palabras de valores preestablecidos.

En la tabla No. 30 se presentan los resultados obtenidos en todo el

162

proceso desarrollado para modelar el relé de baja y sobrefrecuencia,

en la Fig. No. 62 se muestra una curva frecuencia-tiempo consideran

do factores de retardo unidad. Do esta curva se puedo observar que

los resultados en el tiempo son discretos y no continuos como se ob

tiene en un relé real, esta característica se debe a que los tempp

rizadores que ofrece el controlador programable solamente pueden ca

librarse en múltiplos de su tiempo base de 0.01 seg.

Esta programación realizada para modelar relés de sobre y baja fre-

cuencia podrá ser utilizada para simular relés de sobre y baja co-

rriente - tiempo inverso, o relés de sobre y bajo voltaje - tiempo

inverso, considerando las 2 dificultades anotadas anteriormente; la

una que la respuesta de tiempo puede resultar demasiado grande y la

otra que se obtiene una curva discreta y no continua.

En la Tabla No. 31 se muestra la cantidad de memoria utilizada por el

programa para simular el relé, y en la tabla No. 32 se muestra toda

la memoria utilizada en todos los programas diseñados.

3.D.I

6 E Tliso PUT

SLD.2r *-I ©ET

S.D.2

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GET

|ZI3¡v. p. 100

v.p. 100

1.07511

1120

G E T; 120

¥.p.I27

1277

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IOTSI2GET GET V-P.I2B

GET

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S E T Í317 P U T

/OJpr —avOOO

QV OOO

5115

DIAGRAMA DH PííOSRACIOW DEL SISTEMA DE

DEL RELÉ tS FRECUENCIA

i: SISTEMA DE CONTROL PARA LA SIMULACIÓN DEL RELÉ DE FRECUENCIA

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120 G£f tu &/ 0 . Z>. /. y /o

300. f>ur PtJT Travs/iere &) '1/0/0* efe ¿Zó a /y /?a/a¿?0 ¿00

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362 H = H Cesr>/>artir 4J 34 jftt/a/ a/ vafor GK> ¿ó z f&o)

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363 363

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07411T 120 — | & £ r \~

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07307 H h S/.4. e¿a /e

120213 h302

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07310120 e ¿r303 Par

07311 W-A- el* óff/fcfy 0?3//

120 e/ Vff/ef ói/tiffC8a9eh0 ífa £e/&cc*o44&e/0 v ».s>. 3

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306 H h277 Compara jse¿ Je <t/rr?>acG/?a a en f 000)

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07312 ^^!- //. c. de /a ás//e¿¿f

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310 P/V/P £ Á/fíJ£fcSf70 Gtf 3/0 e/ &?/8rz> e/e k ¿tvteioít

311 PtVJPf en 3/t <¡/ retv ¿/etcte deci/na/ tk /a </fvé¿ioít>

276 os r e/ va/0r

311 1- {/e

312 en 3/2 t/a /a afc*"'0't?ú

313313 3/3

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314 -i x y- Á/a*0csrta ¿V rft/ffrea mete • ¿& 'P J7?vfr'f*//C£rC*tÚl f&

315 x ^313 o/ ver/o? a/s*?aceft0efff e¿t S/S

304 -| ^r J- rr 304, Atrfn-ok tv/tnv/a e/o 6aje/rVcveti£Íex

L: SISTEMA DE CONTROL PARA LA SIMULACIÓN DEL RELÉ DE FRECUENCIA

316317 MV¿ r/Pt y ÁJjnaceaa' Jo* 'tter/Ptvi sMe/>p$ioJftvJ/í£pfio0fokkmit/f'j»/ftiaGíe¡/if sn ff/?

314 .160 <& J/-* becier /e

316 H ff^^ h161 e/ ra/er de 3/6 focte Ja pe/a¿ra /e/

301177 < h060 r177 <?£ r302 H < Cem/90y0 4' Ci msrtor {?/ wfor ** 303 f /Imita í^eñrroí >?o

061 ro // Sí /ff cooi/scrrocíoi' fe ce/nt/y/e ecfoe e/ 0é>/

06015 e/e

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1

163

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. Debido a que el controlador programable, es un equipo considere^

blemente costoso, éste deberá ser utilizado para sistemas de ma£

nitud e importancia, donde se justifique su adquisición; además

es recomendable que el P.C. sea utilizado para controlar las fun

ciones más delicadas e importantes del sistema, por cuanto la

utilización de memoria y entradas/salidas del P.C. en funciones

secundarias podría representar un alto costo.

2. ,E1 presente trabajo da los lineamientos básicos y las carácter!^

ticas más importantes de los elementos que han de conformar el

demostrador de protecciones, de igual manera han sido desarrolla,

dos los programas en el P.C. para conseguir la operación del de

mostrador, estos programas han sido debidamente simulados y pro

bados con la ayuda de un controlador programable tipo MINI PLC-Z

De ninguna manera los programas desarrollados son definitivos, -

pues pueden aceptarse en los mismos modificaciones que tiendan a

conseguir una mejor operación del modelo, o conseguir un ahorro

de memoria y de entradas/salidas en el controlador programable.

3. Las ventajas y bondades que ofrece el controlador programable en

la operación tanto en funciones de conmutación, como en funcio-

nes analógicas han sido mostradas en los capítulos de este traba_

jo por lo tanto es innecesario repetirlas.

4. Dado que el presente trabajo toma como ejemplo de aplicación del

controlador programable, su utilización en un modelo para demos

164

tración de protecciones, se recomienda en referencia al proceso

de construcción, que:

- Dado que en tesis anteriores, existen experiencias importantes

en la construcción de modelo de líneas, inductancias, etc; se

ría necesario atender a las recomendaciones de construcción -

que estas ofrecen.

- Paralelamente al proceso de construcción de los modelos de H

neas y de inductancias requeridas por el demostrador, debería

adquirirse el generador sincrónico que más se asemeje al reque

rido para adaptarlo al demostrador.

- Igualmente deberían adquirirse los relés de protección y ele-

mentos de control requeridos en el diseño del demostrador.

- Además debería adquirirse el controlador programable, el cual

debería tener alrededor de 4K palabras de memoria y una capacj[

dad de entradas/salidas de alrededor de 256; es importante coii

siderar que este P.C. puede ser utilizado además en activida-

des de control diversos y que no estén relacionados con la ope

ración del demostrador de protecciones.

5. Tomando en cuenta que la Facultad cuenta con el Departamento para

el estudio de nlicroprocesadores, de sistemas digitales; sería be

neficioso el conseguir desarrollar un controlador programable con

las funciones básicas utilizadas en sistemas de control, este co¡n

trolador programable básico podría tener características expandi-

166

A P É N D I C E A

DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA LINEA DE TRANSMISIÓN

Con jos datos básicos de diseño que fueron mostrados en el capitulo

No. ^, pueden determinarse los parámetros eléctricos de la linea, si_

guendo el procedimiento dado en las referencias (m) y (IB).

La resistencia eléctrica del conductor a una temperatura de 50°C se

ra: (no)

Rt2 , M + t2Rtj M + tj ec. (A-l)

Constante dependiente del tipo de material del conductor (alumi_

riio; M - 228.1).

R|t2 = 228' 1 + 25 x °-05127 = 0.05633 o/Km = 0.09024 n/milla

Es necesario que esta resistencia sea además corregida por el efecto

sk in ¡ ( p i e l ) . ( i e )

Rf = k x RDC ec. (A-2)

Rf = resistencia a una determinada frecuencia.

constante que se determina en tablas, en función de "X".

= resistencia en corriente continua.

167

x = constante que define k.

u = permeabilidad; igual a 1 si no intervienen elementos magnéticos.

f = frecuencia.

x = 0.063598 - = L63988

Para un valor de x = 1.64S le corresponde un valor de k = 1.03323 (ie)

Rf = 1.03323 x 0.05633 = 0.0582

El conductor al ser cableado y no formarse de un solo hilo; la lon-

gitud de cada uno de sus hilos componentes es mayor en un pequeño

porcentaje respecto a la longitud lineal del conductor. Adoptando un

porcentaje del 3% por incremento de longitud, la nueva resistencia -

será:

R cond. = 0.0582 + 0.03 x 0.0582

R cond. = 0.05994 fi/Km

La resistencia del conductor en 100 km de longitud será:

= 0.05994 x 100 = 5.994fi

Determinación de la inductancia:

L = 0.464 x log M N] ec. (A_4)O L J

Deq = distancia equivalente entre conductores.

05 *= radio medio geométrico (RMG).

168

Deq = /6.02 x 6.02 x 12 = 7.5795 m ; Ds = IS.lmm = 13.1 x 10~3i'm

L = 0.464 x log 7.5795

13.1 x 10- 3= 1.2817 mH

Km

= 2 x TT x f x L= 120 x i r x 1.2817 x 10" 3 = 0.4833 fí/ fas e/ Km

Para 100 Km de longi tud:

L10Q = 128.12 mH

48.3

Determinación de la capacitancia:

-

HC

//

(

HR//

!

1

-

HAV,

1

8 O

HA£Y/////

c o

BO

í A f\

h€C*j

,

HC»1 / .

'

Cn - °'0242 ce (A 51un t-L . \i\ )log Deq/Ds - log Hd/Hn

Hd y Hn se las obtiene de Fig. (1A).

^ Hd - V HAB x HBC x HCA = / 70 x 50 x 6"4

= 63.812 m.

Hn = ¥ HA x HB x HC = y 76 x 64 x 52 =

= 63.241 m.

r 0.0242^ n lftn 7.5595 lnn 63.812

63.241

= 8.776 x 10-3 pf/Km/fase al neutro

Bn = 2 x u x f x Cn = 2 x ir x 60 x 8.776 x 10~3 = 3.3084vimohs/Km/fase

al neutro.

Para 100 Km. de longi tud:

169

Cn 100 - 0.8776 yf/fase al neutro

Bn 100 = 330.847 ymohs/fase al neutro.

La tmpedancla de la línea será:

Z => R + jXL = 5.994 + j 48.3 = 48.67 182.925° fí

z = impedancia por unidad de longitud = 0.4867 |82.925° a/Km

La conductancia G del modelo TT representa la imperfección del aisla_

miento y su efecto frente al de la suceptancia es despreciable; por

lo tanto la admitancia será:

Y = j Bn = 330.847 x 10"5 |90° mhos

y = admitancia por unidad de longitud = 3.3084 x 10~G 190° mhos/Km.

En 1;a Fig. 2A se muestra parte de la linea, en su representación con

parámetros distribuidos.

El voltaje en la línea varia de punto en punto debido a las caídas de

tensión en las impedancias serie.

dE = I x z x dx

170

La corriente en la línea varía de punto en punto debido a la corrien_

te que se deriva en las admitancias en paralelo.

di = E x y x dx

Mediante un proceso matemático de resolución de ecuaciones diferen-

ciales se obtiene que la tensión y la corriente de generación se de_

finen por:

E = Y (Ec + ,£77 x Ic)exp 77 x + (Ec - ¿z/y le) exp - ¿zTy x

ec. (A-6)1 .— i

I = ? (Ic + /y/z x Ec)exp /zTy x + £ (Ic - Syjz Ec) exp - /zTy x

ec. (A~7)

Ec e Ic tensión y corriente en un punto de la línea a una distancia

x del punto de generación.

Z0 = /z/y; se la denomina impedancia característica de la línea.

= /(R + jwL)/(G + jü

Y0 = >/y/z; se la denomina admitancia característica de la línea.

Yo = G + jwC)/(R + ja L).

Y = 277; se la denomina constante de propagación.

E = ? (Ec + Z0 . Ic) exp Yx + i (Ec - Z0 . Ic) exp - Yx ec. (A-8)

I = 7 (Ic + Yo . Ec) exp YX + (Ic - Y0 . Ec) exp - Yx ec. (A-9)

La línea en sí representa un cuadripolo, cuyas constantes" deben ser

171

determinadas:

Las funciones hiperbólicas del Seno y Coseno se definen como:

Sen h(Yx) = (exp Yx - exp - Yx)

Cos h(Yx) = (exp Yx + exp - Yx)

Reemplazando estas equivalencias en las ecuaciones A-8 y A-9 se obtie

ne:

E = Cos h(Yx) Ec + Sen h (Yx ) . Z0 . Ic

I = Sen h(Yx) Y0 . Ec + Cos h(Yx) . Ic

Ahora si E e I son la tensión y corriente de generación respectivamen^

te; entonces la distancia x será igual a la longitud total de la lí-

nea h.

Eg = Cos h (Yh) . Ec + Sen h (Yh) . Z0 . Ic ec. (A-10)

Ig = Sen h (Yh) . Y0 . Ec + Cos h (Yh) . Ic ec. (A-ll)

En la Fig. 3A; se muestra un cuadripolo con sus constantes A9 B, C, D

las cuales en correspondencia con las ec.10 y 11 deben ser:

~» o

Ec

O

Eg = A . Ec + B . Ic ec.(A-12)

Ig = C . Ec + D . Ic ec.(A-13)

A = Cos h (Yh)

B = Z0 . Sen h (Yh)

C = Y0 . Sen h (Yh)

D = Cos h

172

A continuación serán definidos los valores de la impedancia caract£

ristica y constante de propagación de la linea:

7 - z - 0.4867Zo .

= /~z77 = /Q.4867 |82 92° x 3.3084 x 10"6 [90 = 7.829xlO"5 +1.266xlO"3j

La constante de propagación es un número complejo; al valor real se

lo define como constante de atenuación a y su unidad es el Neper, la

parte imaginaria se la define como constante de fase 3 y su unidad

es el radian.

a = 7.829 x 10"5 Neper/Km -> cqoo = 7.829 x 1Q-3 Neper

3 = 12.66 x ICT* Radianes/Km -*• 3100 * 12.66 x 10"2 Radianes

Dado que y es un valor complejo no se puede obtener directamente los

valores de Cos h(Yh) y Sen h("Yh); con este fin es necesario utilizar

las siguientes ecuaciones que equivalen a dichas funciones hiperbó-

licas.

Sen h(Yh) = Sen h(ah) . Cos (3h) + j Cos h(cth) . Sen

Cos h(Yh) = Cos h(ah) . Cos (gh) + j Sen h(ah) . Sen (sh)

Reemplazando valores:

Sen h(Yh) = 7.892 x 10~3 x 0.9919 + j 1.00003 x 0.1262 = 7.766xlO'3+

-i- j 0.1262 = 0.1264 [86.48°

173

Cos h(Yh) = 1.00003 x 0.9919 + j 7.829 x 10'3 x 0.1262 = 0.992 +

+ j 9.8848 x 1Q-" = 0.992 | 0.057°

Las constantes del cuadripolo serán;

A = D * Cos h(Yh) = 0.992 |0.057° = 0.992 + j 9.8848 x 10""

B = Z0 x Sen h(Yh) = 383.549 1-3.577° x 0.1264 |86.48°= 48.515 |82.94°

1383.549 3,53 v = 3. 2978x10-" 190-" °C = Yo x Sen h(Yh) = 0.1264 |86.48°x

En las Figuras 4A y 5A se muestran los modelos "T" y V respectiva-

mente, utilizados para representar en forma concentrada una linea de

transmisión.

Zc

VeZb Ve

Del equivalente "T" se obtiene que:

Vg = Ig (Zg + Zp) - Ic . Zp

Ve = Ic (Zr + Zp) - Ig . Zp

De donde:

Ig = (1/Zp) . Ve + (Zr + Zp) . Ic/Zp ec. (A-14)

Vg = (Zg + Zp) . Vc/Zp + (Zg -i- Zr + Zg . Zr/Zp) . Ic ec. (A-15)

Comparando las ecuaciones A-14 y A-15 con las ecuaciones A-12 y A-13

174

puede concluirse que para que sean iguales deberá cumplirse que:

A « (Zg + Zp)/Zp

B = Zg + Zr + Zg.Zr/Zp

C = 1/Zp

D = (Zr + Zp)/Zp

La representación concentrada de una línea de transmisión en un mode_

lo "T" exige que las 2 impedancias inductivas ubicadas una a cada ex_

tremo de la línea, sean iguales; entonces A = D, y por lo tanto

Zg = Zr. De las ecuaciones anteriores se obtiene que:

Zp = 1/C ; Zg = Zr = (A - 1)/C

Transformando el equiva lente "T" en un equivalente 'V, u t i l i z a n d o

las transformaciones estrel la-tr iángulo se obtiene:

7a =í-Q

Zb =

Zg Zp „ k——zg

Zg Zp

Zg Zg

+ 2 Zq Zp _ k*~ " " "

Zp Zp

Reemplazando valores se obtiene que:

A2 - 1 1 A2 - 1k = M r2 = -p- x M A x pero AD - BC = 1 -> B =

entonces: k = B/C

175

Za = Zb =B 48.515 18^941

A-l " 0.992 + 9.8848 xlO>l = 5640.68 1-89.99

B

Zc = —Sf— = B = 48.515 182.94 = 5.962 + 48.147 j

£

5.9S2

-j 5640.68

En la Fig. 6A se muestra

el modelo "ir" de la lí-

nea de transmisión con

sus respectivos valores;

De las ecuaciones ante-

riores se obtiene que:

i —2irf

Cn - 1

= 0.12771 H = 127.71 mH

12.7T.f.Xn 2~x ir x 60 x 5640.68 = 4.702xlO~7 Faradios

La línea diseñada, estara representada por un modelo V, conformado

por una resistencia, una inductancia y 2 capacitancias en paralelo -

cuyos valores serán:

R = 6.066 n

L = 127.21 mH

C = 0.4702 pF.

Cálculo de la regulación de la línea diseñada:

Como fuera expresado en el capítulo 2, el diseño de una Línea de

misión debe cumplir un conjunto de características, entre ellas las de

176

tipo eléctrico, y de éstas una de las más importantes es la referejí

te a la regulación de la línea; es decir la medida de la variación

del voltaje en los terminales de recepción desde la operación en va_

cío hasta su operación nominal,

Según la referencia (21), la regulación de una línea de transmisión

debe ser menor a 12%; es por esto necesario que en la línea modelo

se determine este valor para definir si el diseño realizado está

dentro de los parámetros de regulación requeridos: A continuación -

se determina el procedimiento de cálculo de la regulación (21).

vs

£1 modelo utilizado para representar la línea es el equivalente (ir)

(Fig. 7A); cuyos valores de parámetros eléctricos son los siguien-

tes:

RL = 6.066 aXL = 2 X T T X 60 x 127.71 x 10'3 =

= 48.1455 j

2 ,Zc = - 2jXc = - j x

RL hr XL

le le

= -2jXc 2Zc«2jXc VR

- -J5640.68S2

= vol ta je fase-neutro en los

mi nal es de recepción =

100.000

/Tx 230 x 0.9= 313.777 A

TR = IR (cos0 - j Sen0) = 313.777 (0.8 - j 0.5999) = 251.02 - J188.234

1327900 ,-2j Xc 5640.68 1-90°

177

TTT * TR + V = 251-02 " J 188.234 + j 23.541 = 251.02 - 164.593 j [A]

Vs = VR + TT(RL + ¿XL) = 132790 [íT + (251.02 - j 164.593) x (6.066 +

+ J48.145) = 142237.11 + 11086.59 j = 142668.52 |4.456°

R- - 15 = 142668.52 JMS a 25>5 |94t386o° RL + J'XL - 2JXC 5592.737 1-89.93°

VRo = IR' (-2jXC) = 25.5 194.386 x 5640.89 |-90° = 143842.69 |4.386°

La regulación está definida por:

v 100 = 143842.69 : 132790 1QOx luu 132790

Reg % = 8.32%

178

A P É N D I C E B

TRUCCION DE LAS INDUCTANCIAS

i _

R =

V

V

I x 2-nf

x 2-irf x I

L = inductancia.

N = numero de espiras.

R = relugtancia del camino magnético.

V e Ii = voltaje y corriente aplicados a la inductancia.

f = frecuencia.

En la Fig.(is) capítulo # 2 se muestra la curva V-I del hierro; de

ta curva se obtiene que un punto de la zona lineal es 45V - 0.135A.

R = x 27tf x °'135 = 25446-9

El valor de la Relugtancia (R); es el equivalente de 2 relugtancias R!

en paralelo y éstas en serie con una relugtancia R2 como se muestra en

la Fig. (IB), la cual resulta haciendo una

analogía con un circuito eléctrico.

D - R!r\~ T""---¡»- -•-

R, =x y0 x yr

Ri Rl

A2 x uo x

De la figura (17) - Capitulo # 2 se obtiene que;

179

l i = 9A

Ai = A x B

12 = 3A

A? = 2A x B

T! = longitud del .camino magnético correspondiente a R,.

A! = área o sección del camino magnético correspondiente a R I -

y o a permeabilidad del aire = 4ir x 10"7

yr * permeabilidad relativa del hierro.

AxB = unidades de longitud del hierro.

R = 9 A 3 A 122 x A x B x p o X u r 2 x A x B x y 0 x y r 2 x B x y0 x

122 x B x y0 x R

= 6254.39

A continuación se determinará el numero de espiras requerido para con

seguir una inductancia de 12.8 mH.

I - nL R

R = + R2

Pero según la figura (2B) se tiene

que:

R2 = R 5 + R/u

R3

180

El circuito magnético que se forma con la inclusión del entrehierro ,

provoca ;el aparecimiento de las relugtancias en aire R/\ y R/\.

R 3 = 5AA x B x y 0 x yr B x y 0 x yr

1A x B x yfl

3A 3A x B x y 0 x yr B x y 0 x yr

9 , 1B x y 0 x yr A x B x y 0

3A

= 9'689 *

2 x A x B x y 0 x y r 2 X B x y o x yr

1"A2 2A x B x yfl

_ 3 12 = 2 x B x y 0 x y r x 2 x A x B x

p Q fiDQ v 1fl5R = -%- + R2 = o + 4.717 x 105 = 9.5617 x 105

= ^.7172x10^

NL = / L x R = /12.8 x 10"3 H x 9.5617 x 105

¡

NL = 110.63 espiras.

Se necesitan 111 espiras para modelar la inductancia de 12.8 mH reque^

rida para las l ineas .

Puede de igual forma determinarse el número de espiras requeridas para

la construcción de la inductancia de 15.57 mH que modelará a los tran¿

181

formadores:

* AL x R = / 15~57~x" IQ-'-'H x 9.5617 x 105

NT = 122.01 espiras.

A P É N D I C E C

182

DIAGRAMAS DE INTERCONEXIÓN

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