El tiempo de arranque es lo que tarda la protección en detectar que la frecuencia cruzó el umbral. El de operación suma el retardo ajustado. El de desenganche es lo que tarda la señal en caer cuando la frecuencia se normaliza. La IEC 60255-181 obliga al fabricante a medirlos con saltos y con rampas de frecuencia y a publicar mínimo, media y máximo.
Los tiempos de una protección de frecuencia
La IEC 60255-181 separa con cuidado cuatro tiempos que en la práctica se confunden. Todos se miden desde un cambio especificado de la señal de entrada.
| Tiempo | Qué mide | Cláusula |
|---|---|---|
| Tiempo de arranque (start time, también llamado pick-up time) | Desde el cambio de la señal hasta que la función arranca | 3.7 |
| Retardo de operación ajustado | Espera intencional definida por el usuario, que se activa con el arranque | 3.9 |
| Tiempo de operación (operate time) | Desde el cambio de la señal hasta que la función opera: arranque más retardo ajustado | 3.8 |
| Tiempo de desenganche (disengaging time) | Desde el cambio de la señal que debe hacer que una función ya operada se desactive, hasta que se desactiva | 3.10 |
El tiempo de reposición (3.11) es una definición aparte, porque las funciones de frecuencia normalmente no tienen un tiempo de reposición intencional. Con ellas solo se declara el tiempo de desenganche (cláusula 4.4.2).
- La frecuencia cruza el umbral. Comienza el tiempo de arranque
- Arranque de la función. Se activa la señal de arranque y empieza el retardo ajustado
- Operación. Termina el retardo y sale la orden de disparo
- La frecuencia se normaliza. Comienza el tiempo de desenganche
- Desenganche. La señal de arranque vuelve a reposo
Tiempo de arranque en baja y sobrefrecuencia
La cláusula 5.4 explica que depende de cuatro factores:
- la frecuencia inicial, que suele estar cerca de la nominal;
- la frecuencia final;
- el tipo de transición entre ambas;
- el método de medición, por ejemplo un promedio en una ventana deslizante.
Por eso la norma no acepta un único número. El fabricante debe publicar el tiempo de arranque como resultado de dos métodos:
- Un cambio brusco (salto) entre la frecuencia inicial y la final.
- Varias rampas de frecuencia con pendientes constantes (df/dt) entre ambos valores.
Para cada método debe entregar el mínimo, la media y el máximo, y una representación gráfica de todos los resultados. Si la ventana de medición es ajustable, el tiempo se declara con el valor por defecto.
La razón del doble método está en la cláusula 6.3.2. Una rampa representa un sistema con inercia electromecánica, que es lo habitual. El salto es el límite superior de esa condición y puede aparecer donde la generación es predominantemente por inversores. En el salto, la frecuencia final se coloca por encima (o por debajo) del ajuste en varios valores. Así se mide el tiempo con distintas relaciones entre el umbral y la señal.
Un detalle de la cláusula 6.3: la medición usa la señal de arranque de la función. Si el equipo no entrega esa salida, se usa la señal de operación con el retardo ajustado en cero.
En el ejemplo de formato de la Tabla 15 de la norma, los tiempos ante saltos pequeños son más largos que ante rampas. Son valores ilustrativos, no requisitos.
Tiempo de arranque de la ROCOF (81R)
Para la 81R (cláusula 5.5) el tiempo se publica a partir de pruebas con pendientes de frecuencia constantes entre un valor inicial y uno final. El fabricante entrega el mínimo, la media y el máximo, y un gráfico con todos los resultados que indica la moda y la mediana. En la presentación de las pruebas, la norma habla de un tiempo de arranque típico y de un histograma con clases de 1 ms (cláusula 6.3.3.4).
La medición empieza cuando la frecuencia comienza a variar y termina cuando se activa la señal de arranque. Si una pendiente exige salir del rango de operación declarado, ese punto se reporta como «no probado». Se prueba entonces con el valor máximo que permite el rango.
Tiempo de desenganche
La cláusula 5.7 dice que, en aplicaciones de frecuencia, puede ser importante considerar el desenganche de cada etapa cuando la frecuencia regresa a la normalidad. Esa información influye en:
- la coordinación de tiempos entre etapas de protección;
- la coordinación entre la protección de la red y la protección del generador.
El método (cláusula 6.5) repite el de arranque con menos puntos de prueba:
- En baja y sobrefrecuencia, se parte de una frecuencia anormal que provoca el arranque y se lleva a la nominal con un salto o con rampas. En el salto, el tiempo se mide desde el cambio de frecuencia hasta que la señal de arranque se repone. En las rampas, se mide desde que la señal cruza el valor de reposición.
- En la 81R, se hace una rampa que provoca el arranque y luego la frecuencia se mantiene constante. El tiempo se mide desde que la frecuencia queda constante hasta que se repone la señal.
Se publican el mínimo, la media y el máximo. En la 81R, además, un histograma.
Por qué importan en un deslastre rápido
En un esquema de deslastre de carga por baja frecuencia la frecuencia cae en pocos segundos. Cada etapa debe detectar el cruce, esperar su retardo y disparar antes de que la frecuencia siga cayendo. El tiempo que el relé tarda en detectar se suma al del interruptor. Puede ser la diferencia entre una etapa que detiene la caída y otra que llega tarde.
El desenganche importa cuando la frecuencia se recupera: determina cuánto tarda cada etapa en volver a reposo, como señala la cláusula 5.7.
Para el ajuste, el tiempo de arranque debe sumarse al retardo y a la apertura del interruptor. Si el disparo viaja por GOOSE, se suma también el tiempo de comunicaciones. La norma pide además al fabricante declarar con qué salida se midieron los tiempos (cláusula 6.1): contacto de disparo, salida de estado sólido o mensaje GOOSE.
Qué debe pedir al fabricante
- Tiempos de arranque con salto y con rampas, con mínimo, media y máximo.
- Con qué ventana de medición se obtuvieron.
- La salida con la que se midió el tiempo.
- El tiempo de desenganche y su método.
- Cómo el equipo maneja el tiempo de medida: dentro o además del retardo ajustado.
Si necesita comprobar los tiempos de sus relés de frecuencia en el sitio, realizamos inyección secundaria y registramos el arranque, la operación y la reposición. Si el esquema de deslastre requiere revisión de ajustes, conozca la configuración remota de relés.
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Referencias
- IEC 60255-181:2019, cláusulas 3.7 a 3.11, 4.4.2, 5.4 a 5.7, 6.1, 6.3 y 6.5, Figuras 1, 6, 12 a 21 y Tablas 15, 17 y 23.
- IEC 61850 (todas las partes), mensajes GOOSE como medio de salida.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre tiempo de operación y retardo de operación?
El retardo de operación es la espera intencional que usted ajusta. El tiempo de operación es el total: el tiempo de arranque más ese retardo (IEC 60255-181, cláusulas 3.8 y 3.9). Algunos equipos incluyen el tiempo interno de medida dentro del retardo, y el fabricante debe declarar cómo lo manejan.
¿Por qué se mide el tiempo de arranque con un salto y con una rampa de frecuencia?
Porque son dos formas de comportarse de la red. Una rampa representa un sistema con inercia electromecánica. El salto representa el límite de esa situación, que puede darse donde predomina la generación con inversores. La norma exige publicar ambos resultados para las funciones de baja y sobrefrecuencia.
¿Para qué sirve conocer el tiempo de desenganche?
Para coordinar etapas de protección y para la coordinación entre las protecciones de la red y las del generador, porque determina cuánto tarda cada etapa en reponerse cuando la frecuencia vuelve a la normalidad. Así lo señala la cláusula 5.7.