Fallas, confiabilidad y temperatura de un LPIT

Respuesta corta

Un transformador de instrumento de baja potencia (LPIT) tiene electrónica y alimentación propias. Puede fallar, perder la alimentación o calentarse más de lo previsto. La protección que lo usa necesita saber cuándo su medida deja de ser confiable.

IEC 61869-6, edición de 2016, pide tres cosas. Primero, que la falla detectada se vea en la salida: cero en la analógica, dato inválido en la digital. Segundo, que el fabricante declare su confiabilidad y cuáles piezas se cambian sin recalibrar. Tercero, que la exactitud se compruebe también con la temperatura y con la frecuencia.

Qué debe pasar cuando el LPIT detecta una falla

La cláusula 6.604 trata la detección de fallas y el aviso de mantenimiento. Sus reglas son estas:

• Una falla detectada automáticamente debe dar una salida analógica en cero o activar la bandera de dato inválido en la salida digital.
• Como mínimo, la falla del sistema de transmisión debe detectarse automáticamente, o ese sistema debe permitir que el relé lo supervise.
• Si la salida cesa porque se interrumpe la alimentación, la salida debe ser cero en tensión analógica e inactiva en la digital.
• Cuando vuelve la alimentación, y hasta que el LPIT se estabilice, la salida analógica sigue en cero y toda salida digital se marca como inválida.
• Cuando el LPIT se estabiliza, debe volver a su operación normal de forma automática.
• Una necesidad de mantenimiento detectada debe anunciarse. En una salida digital, eso activa los bits de calidad correspondientes en el flujo de datos.

Para el relé que recibe la señal, la diferencia es grande. Un cero con la bandera correcta permite bloquear una función. Un cero sin bandera se confunde con una corriente nula, y una protección puede quedar ciega sin avisar. Cómo viaja esa marca en la salida digital se explica en la guía de calidad de las muestras de IEC 61850.

Confiabilidad que el fabricante debe declarar

La cláusula 6.606 pide al fabricante información de confiabilidad según normas como IEC 60812 e IEC 61025. Eso incluye:

• el tiempo medio hasta la falla (MTTF);
• el tiempo medio entre fallas (MTBF);
• un análisis de modos de falla y sus efectos (FMEA) de las partes principales que reciben mantenimiento;
• un diagrama de bloques que muestre cómo se relacionan las partes y cómo se maneja la redundancia, si existe;
• la identificación de las piezas que reciben mantenimiento y de sus procedimientos.

La norma anota que una solución para mejorar la confiabilidad es una redundancia adecuada. También pide al fabricante procurar los controles necesarios para evitar una operación espuria por pérdida o insuficiencia de alimentación, por pérdida de un componente interno o por mal funcionamiento de un componente.

Una idea de fondo: la confiabilidad de un LPIT debe tratarse como la de los componentes eléctricos de la subestación. No se evalúa como la de un accesorio.

La cláusula 6.605 añade una regla de operación. Las partes a las que hay que acceder, como interruptores, tomas, fusibles, entradas y salidas, deben quedar en posiciones accesibles.

Piezas reemplazables sin recalibrar

La norma restringe qué se puede cambiar en campo. Los componentes que se pueden reemplazar sin calibrar deben llevar una marca apropiada, y el fabricante debe demostrarlo con un ensayo o con documentación. Ningún otro componente se puede cambiar sin recalibrar el LPIT completo.

Para demostrarlo existe el ensayo de la cláusula 7.2.6.605. Se prueba la exactitud a temperatura ambiente, frecuencia asignada, señal de entrada asignada y carga asignada, si corresponde, con los componentes ya reemplazados. El LPIT debe seguir cumpliendo su clase.

En la práctica, esto afecta a su plan de mantenimiento. Si un repuesto no está marcado como reemplazable, cambiarlo significa recalibrar todo el conjunto, con la salida de servicio que eso implica.

Ensayos de exactitud

Los ensayos de exactitud de la cláusula 7.2.6 se aplican a los LPIT de medida y de protección. Son cuatro:

1. Exactitud básica. En medida, se prueba en cada valor de entrada de la norma de producto, a frecuencia asignada, con la carga asignada si corresponde y a temperatura ambiente. En protección, se prueba con la señal asignada. Un LPIT multipropósito pasa ambos.
2. Ciclo de temperatura. Se repite la exactitud mientras el equipo recorre su rango de temperatura.
3. Exactitud contra frecuencia. Se prueba en los dos extremos del rango de frecuencia asignada.
4. Reemplazo de componentes. El ensayo ya descrito.

Para protección, las normas de producto añaden ensayos propios, como los transitorios.

El ciclo de temperatura

La cláusula 7.2.6.603 describe el ciclo. La señal primaria asignada se aplica de forma continua a temperatura máxima y a temperatura ambiente, y no se aplica a temperatura mínima. El LPIT trabaja con su carga asignada, si corresponde, y sus partes de interior y de exterior se exponen a sus temperaturas ambiente máxima y mínima.

La variación de temperatura es de al menos 5 K por hora. Puede ser mayor solo si el fabricante lo permite. El fabricante declara la constante de tiempo térmica, que se escribe con la letra griega tau. Cada escalón dura al menos tres veces esa constante, y la exactitud se mide en los instantes marcados en la figura 608 de la norma.

Cuando el LPIT está en parte en interior y en parte en exterior, se prueban ambas partes en los dos extremos, con estas reglas:

• ambas partes sufren la temperatura del aire ambiente;
• la parte interior está a su máximo cuando la exterior está en su máximo;
• la parte interior está a su mínimo cuando la exterior está en su mínimo.

En condiciones normales de servicio, el error medido en cada punto debe quedar dentro de los límites de la clase.

Qué no hacer

• No acepte un LPIT sin las cifras de MTTF y MTBF ni el análisis de modos de falla.
• No programe su protección para tomar un cero como corriente real si el equipo tiene salida con bandera de dato inválido.
• No cambie una pieza que no esté marcada como reemplazable y espere conservar la clase de exactitud.
• No compare la confiabilidad de dos equipos sin saber qué partes cubre cada cifra.

Temas relacionados

Las fallas y la temperatura afectan la calidad de las muestras y se relacionan con el aislamiento y la alimentación, con la inmunidad electromagnética y con la sincronización. La visión general está en merging unit y transformadores de medida no convencionales.

Cuándo llamarnos

En Tiza Group revisamos cómo reacciona su protección cuando un LPIT falla o se reinicia, y comprobamos la salida digital con la configuración real de su sistema. Ofrecemos ingeniería IEC 61850 y pruebas a transformadores de corriente y tensión. Si ya tuvo un disparo o un bloqueo extraño, le cotizamos el análisis del disparo.

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Referencias

• IEC 61869-6, Instrument transformers - Part 6: Additional general requirements for low-power instrument transformers, edición 1.0 de 2016, cláusulas 6.604 a 6.606 y 7.2.6.601 a 7.2.6.606 (figura 608).
• IEC 60812 e IEC 61025, a las que remite la cláusula 6.606.

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