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IEC 60255-181: qué exige a la protección de frecuencia

ANSI 81IEC 61850: PTUF / PTOF / PFRC

Qué fija la IEC 60255-181 para las funciones 81U, 81O y 81R: requisitos, desempeño, pruebas de tipo y qué debe declarar el fabricante.

Por Shadai García, CEO e ingeniero de protecciones de Tiza Group.

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Función de frecuencia de la IEC 60255-181: medición, umbral Gs y retardo, con salidas de arranque y operación. Ubicación en el sistema y principio de funcionamiento. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

La IEC 60255-181:2019 fija los requisitos mínimos funcionales y de desempeño de la protección de frecuencia (81U, 81O y 81R), el método para probarla y la forma en que el fabricante debe publicar sus resultados. No indica cómo ajustar un relé: indica qué debe declarar y demostrar el equipo.

Qué es la IEC 60255-181

La IEC 60255-181 es la parte 181 de la serie IEC 60255, Measuring relays and protection equipment (relés de medida y equipos de protección). Su edición vigente es la de 2019 y se titula «Functional requirements for frequency protection» (requisitos funcionales de la protección de frecuencia). En Europa se adopta como EN IEC 60255-181.

Según su cláusula 1, la norma hace dos cosas:

  • Especifica los requisitos mínimos para evaluar el funcionamiento y el desempeño de una protección de frecuencia.
  • Define cómo documentar y publicar los resultados de las pruebas de desempeño.

Es una norma para fabricantes, laboratorios de ensayo y compradores técnicos. Permite comparar dos relés con las mismas reglas: lo que un catálogo llama «exactitud» o «tiempo de operación» debe estar medido y presentado de la forma que la norma describe.

Qué funciones cubre

La Tabla 1 de la norma enumera las funciones de frecuencia con su número ANSI/IEEE C37.2 y su nodo lógico de IEC 61850-7-4.

FunciónANSI/IEEE C37.2Nodo lógico IEC 61850Magnitud característica
Baja frecuencia81UPTUFFrecuencia
Sobrefrecuencia81OPTOFFrecuencia
Tasa de cambio de frecuencia (ROCOF)81RPFRCTasa de cambio de frecuencia (df/dt)

La magnitud característica es la cantidad eléctrica sobre la cual se exige exactitud. Para la 81U y la 81O es la frecuencia; para la 81R es su velocidad de cambio, en hercios por segundo (Hz/s). Puede ver cada función por separado en la guía de protección de frecuencia 81 y en la de ROCOF 81R.

A qué equipos aplica y qué deja fuera

La norma se aplica a las funciones de frecuencia dentro de un relé de protección. También aplica a otros dispositivos que las incluyan, como las unidades de disparo de un interruptor de baja tensión o los inversores de sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento.

Deja fuera, de forma expresa:

  • Las funciones de sincronismo y verificación de sincronismo.
  • La descripción funcional de elementos asociados, como el bloqueo por subtensión, la supervisión de df/dt, de corriente o de potencia (función f/P). De ellos solo cubre su influencia sobre la protección de frecuencia.
  • Las salidas de medida de frecuencia y de df/dt que entrega un equipo como valores informativos.
  • Los relés de frecuencia que usan la corriente como entrada. Los principios de la norma pueden servir de guía, pero no se prueban con sus métodos.

Los requisitos generales de cualquier relé de medida, como valores nominales de entradas y salidas, están en la IEC 60255-1. La IEC 60255-181 se apoya en ella.

Cómo se organiza

CláusulaContenido
4. Especificación de la funciónEntradas, lógica funcional, característica de operación y de reposición, condiciones que influyen y señales de salida
5. Especificación de desempeñoRangos, exactitud, tiempos de arranque y de desenganche, histéresis, armónicos y estabilidad ante cambios bruscos de tensión
6. Metodología de pruebaCómo se miden los parámetros de la cláusula 5 y cómo se informan los resultados
7. Requisitos de documentaciónContenido del informe de ensayo de tipo y de la documentación de usuario

Los anexos completan el método:

  • Anexo A (normativo): la ecuación de la señal de prueba con variación constante de frecuencia.
  • Anexo B (normativo): cómo calcular media, mediana y moda de los resultados de tiempo.
  • Anexo C (informativo): ejemplos de algoritmos para medir la frecuencia.
  • Anexo D (informativo): propuesta de prueba con interarmónicos.
  • Anexo E (informativo): cómo generar un cambio brusco de frecuencia sin discontinuidad en la onda de tensión.

Las guías siguientes de esta serie recorren cada parte con más detalle.

Qué debe declarar el fabricante

La norma usa la palabra «deberá» (shall) para obligar al fabricante a publicar, entre otros datos:

  • El diagrama de bloques funcional de su implementación (cláusula 4.1).
  • Las magnitudes de entrada y la magnitud característica que usa la función, y si algún ajuste de usuario cambia la medición (4.2).
  • La curva de operación y, de preferencia, su ecuación (4.4.1).
  • Los rangos efectivo y de operación (5.2).
  • La exactitud de la frecuencia o de la df/dt, y la del retardo de operación (5.3 y 5.6).
  • Los tiempos de arranque y de desenganche (5.4, 5.5 y 5.7).
  • La histéresis o la relación de reposición (5.8).
  • Los elementos de bloqueo y su exactitud (5.9).
  • El desempeño con armónicos y la estabilidad ante saltos de fase y de magnitud de la tensión (5.10 y 5.11).
  • El tipo de transformadores de tensión necesarios para mantener el desempeño declarado (5.12).

Qué significa para quien compra, ajusta o prueba

  • Al comprar un relé o un inversor: pida la documentación de la cláusula 7 y compare los datos con la necesidad de la planta. Una exactitud sin condiciones de medición no es comparable con otra.
  • Al ajustar: el diagrama de bloques y la curva declarada explican qué hace realmente el equipo con el umbral y el retardo que usted programa. El ajuste en sí sigue siendo trabajo de ingeniería con estudios de la red.
  • Al probar: los tiempos del fabricante se midieron con una señal continua y sin saltos de fase. Si su prueba usa otra señal, los resultados no se pueden comparar sin más.

Para el deslastre de carga y la protección de generadores, además de esta norma se aplican las reglas del operador del sistema. Los casos de Colombia están en deslastre de carga por baja frecuencia y en los requisitos de protección para generación distribuida.

Si necesita verificar que la función de frecuencia de su relé responde como declara el fabricante, realizamos la inyección secundaria con un equipo de prueba de protecciones. Para los ajustes del relé, conozca la configuración remota de relés o escríbanos.

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Referencias

  • IEC 60255-181:2019 (EN IEC 60255-181:2019), Measuring relays and protection equipment – Part 181: Functional requirements for frequency protection, cláusulas 1, 4, 5, 6 y 7, Tabla 1 y anexos A a E.
  • IEC 60255-1, Measuring relays and protection equipment – Part 1: Common requirements.
  • IEC 61850-7-4, modelos de nodos lógicos (PTUF, PTOF, PFRC).
  • IEEE C37.2, números de función de dispositivos.

Preguntas frecuentes

¿La IEC 60255-181 dice cómo ajustar un relé de frecuencia?

No. La norma define qué debe declarar el fabricante, con qué exactitud y cómo se mide. Los valores de ajuste de una instalación dependen de la red, del generador o de la carga protegida y de la regulación aplicable.

¿Las pruebas de la norma sirven para la puesta en servicio?

Son pruebas de tipo del fabricante. La cláusula 6.1 aclara que no están pensadas para la puesta en servicio ni para las pruebas de rutina, donde rigen las instrucciones del fabricante, aunque algunos métodos pueden reutilizarse en mantenimiento.

¿La norma aplica a un inversor o a la unidad de disparo de un interruptor de baja tensión?

Sí. El alcance incluye las funciones de frecuencia integradas en un relé y también las de otros equipos que las traen, como las unidades de disparo de interruptores de baja tensión y los inversores asociados a sistemas fotovoltaicos o de almacenamiento.

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