Controles & Sistemas S.R.L.
SISTEMA DE PROTECCIÓN ELECTRÓNICA PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
Modelo: PEMCC
Rev.: 2.0
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. CONTENIDO:
1.DESCRIPCIÓN GENERAL: ................................................................................................................. 3 2. ALIMENTACIÓN: ................................................................................................................................ 4 3. INSTALACIÓN: .................................................................................................................................... 4 4. MODOS DE OPERACION: .................................................................................................................. 6 5. PUESTA EN MARCHA: ..................................................................................................................... 10 6. FUNCIONAMIENTO:......................................................................................................................... 12 6.1 PANTALLA PRINCIPAL: .................................................................................................................... 12 6.2 NAVEGACIÓN DEL MENÚ Y CONFIGURACIÓN:................................................................................. 12 6.3 PANTALLA DE ESTADO EN MODO M.T.: .......................................................................................... 15 6.4 SETEO DEL TCU EN MODO M.T.: ................................................................................................... 15 7. ALARMAS: .......................................................................................................................................... 17 7.1 PROTECCIÓN INSTANTÁNEA: ........................................................................................................... 17 7.2 PROTECCIÓN TIEMPO DEPENDIENTE:............................................................................................. 18 7.2.1 MODO TI-2 .................................................................................................................................... 18 7.2.1 MODO MT ..................................................................................................................................... 20 8. REGISTRO DE FALLAS: .................................................................................................................. 22 9. ANEXO ................................................................................................................................................. 25
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1. DESCRIPCIÓN GENERAL: El sistema de protección de motores C&S, modelo PEMCC-XXX, evalúa la solicitación del rotor de una máquina de corriente continua a través del sensado de su corriente. Pueden configurarse dos modos de operación diferentes: • Modo TI-2: Esta diseñado para reemplazar a los relés electromecánicos General Electric TI-2 o relés de sobrecorriente en general. Además es posible configurar un disparo instantáneo. • Modo M.T. (Modelo Térmico): Es un modo especial en el cual se pueden introducir parámetros físicos del motor para poder analizar el estado térmico real de la máquina. Por ejemplo en el caso de arranques sucesivos o ciclos alternativos de carga, donde el modo TI-2 no puede contemplar el verdadero calentamiento acumulado debido a estos esfuerzos. También es posible configurar un disparo instantáneo. En caso de excederse el SOAR (área de operación segura) de la armadura de la máquina o el límite de corriente instantánea configurado, el sistema lo informa a través de un contacto seco disponible en bornera. El sistema se presenta en 1 (un) gabinete plástico de medidas 143mm x 91mm x 59 mm dispuesto para montaje sobre riel DIN. Para realizar la interface hombre/máquina, consta de un teclado y un display del tipo LCD de 2 líneas y 16 caracteres por línea con iluminación posterior. El teclado consta de los siguientes pulsadores: -
▲ ▼: Pulsadores de incremento y decremento.
-
◄┘ : Pulsador de validación
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. Para la interconexión de la alimentación al equipo, la salida del relay de alarma, y la interconexión del shunt, se utilizan borneras enchufables debidamente identificadas.
Figura 1. Dimensiones.
2. ALIMENTACIÓN: Para la alimentación de la unidad, se deberán suministrar, según la versión 220Vca ó 110Vca +/-10% en 50Hz ó 60Hz +/-10% de corriente alterna, según se encuentre especificado en la bornera CN3 ubicada en la parte frontal inferior del gabinete (Ver fig. 2). 3. INSTALACIÓN: Para el montaje de la unidad se deberá elegir un lugar donde la temperatura se encuentre en el rango de los + 5°C a los +40°C y la humedad del 5% al 80% no saturable. Página 4 Garibaldi 611 (B2900DOM) San Nicolás B.A. Argentina Tel./Fax: +54-336-4426734
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Una vez seleccionado el lugar de montaje, se deberá proceder a la conexión de la alimentación, el shunt y los contactos del relé, según se muestra en la fig. 2. El shunt a colocar debe ser el correspondiente al modelo de módulo PEMCC a utilizar, y debe ser conectado a los bornes 1 y 2 de la bornera CN1. Los shunts pueden ser de 25, 50, 100, 250, 500, 1000, 2000 o 6000 Amperes y sus tensiones de a fondo de escala deben coincidir con el módulo a utilizar como se indica en la siguiente tabla. MODELO DE MODULO PEMCC
SHUNT A UTILIZAR
PEMCC-60
60mV a fondo de Escala
PEMCC-75
75mV a fondo de Escala
PEMCC-100
100mV a fondo de Escala
La salida de alarma es un contacto seco de relay con capacidad de 1A en 115Vca, carga resistiva. Tanto el contacto normal abierto (NA), como el normal cerrado (NC) de esta salida se encuentran disponibles en la bornera enchufable CN2. Nota: en condiciones de funcionamiento normal, el relé se encuentra activado y cuando la protección está apagada o en condición de disparo el relé se encuentra en su posición normal. La disposición es la siguiente: Terminal 1: NC (Normal cerrado) Terminal 2: NA (Normal abierto) Terminal 3: COMÚN
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. Para cablear estas señales a un PLC, se deberá utilizar cable de sección no inferior a 0.5 mm2.
Figura 2. esquema de conexiones. 4. MODOS DE OPERACION: La versión de firmware 2.0 permite dos modos de operación diferentes llamados TI-2 y M.T. (Modelo Térmico) respectivamente. Existen una serie de parámetros configurables que deberán ser introducidos mediante el teclado en el frente del dispositivo. Cabe destacar que el modo TI-2 es más simple en cuanto a su configuración, por lo cual requiere solo algunos de los mencionados parámetros, mientras que el resto ya se encuentran predefinidos y no son accesibles al usuario. Página 6 Garibaldi 611 (B2900DOM) San Nicolás B.A. Argentina Tel./Fax: +54-336-4426734
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. A continuación se da una lista de los parámetros, sus abreviaturas y significados: ABREVIATURA
NOMBRE
RANGO
VALOR POR
SIGNIFICADO
DEFECTO Determina el tiempo en segundos que Tcont
Tiempo de contacto
0-200 [s]
10
permanecerá en condición de disparo el relé de salida luego de que desaparezca la condición de falla.
25-50-100Shunt
Shunt
250-5001000-1500-
Determina la corriente 1000
nominal del shunt utilizado.
2000-6000 Determina el valor de corriente considerado Inom
Corriente nominal
como seguro. Las 0-4xShunt
700
corrientes inferiores a este valor no generan condición de falla ni disparo del sistema.
Imax
Corriente máxima
Hasta 4 veces
Es el valor de corriente de 2800
Shunt 0-200 [ms]
Td
disparo instantáneo
Tiempo de
en
retardo
incrementos
Determina el tiempo de 0
retardo para el disparo instantáneo.
de 20 ms. Es el tiempo en minutos que tarda el motor en calentarse desde la temperatura ambiente T CAL
Tiempo de calentamiento
1-60 [min]
10
hasta su temperatura de trabajo funcionando con la corriente nominal de su placa de características a RPM nominales. (Ver apéndice)
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. Es el tiempo en minutos que tarda el motor en enfriarse desde la temperatura estable de trabajo (a corriente T Enf.
Constante de
1-60 [min]
20
enfriamiento
nominal de placa y RPM nominales) hasta la temperatura de funcionamiento en vacío con corriente de vacío y RPM nominales. (Ver apéndice)
0-60 En C.M.
F. Servicio.
Multiplicador Factor de Servicio
Es la constante de
incrementos
1
de 0.1
CLR
FLA
rotor bloqueado en
disparo térmico. Factor de servicio indicado
0-5
1
en la placa de características del motor.
Tiempo de HLR
modificación de la curva de
Es el tiempo que soporta el 0-60 [s]
5
motor con rotor bloqueado en caliente. (De la hoja de
caliente
características)
Tiempo de
Es el tiempo que soporta el
rotor bloqueado en
0-60 [s]
10
motor con rotor bloqueado frío. (De la hoja de
frío.
características)
Intensidad
Es la corriente nominal de
nominal de placa del
0 - 4xShunt
700
la placa de características del motor.
motor
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. 4.1 Modo TI-2: Este es el modo que viene configurado por defecto al adquirir un sistema PEMCC.
Está
diseñado
para
ser
reemplazo
directo
de
los
relés
electromecánicos de sobrecarga General Electric TI-2. En este modo los parámetros a configurar son: • Tcont • Shunt • Inom • Imax • Td Es importante tener en cuenta que en éste modo particular se admite, al igual que en el relé original, una sobrecarga permanente del 15% sobre el valor de Inominal seteado sin producir disparo de la protección. Cuando el sistema se encuentra en éste modo aparecerá en la pantalla principal la leyenda TI-2 4.2 Modo M.T.: Este modo, cuando es correctamente calibrado y si se dispone de todos los parámetros de la máquina, da lugar a una protección de mejores prestaciones ya que es capaz de estimar, mediante un algoritmo matemático, el verdadero estado de calentamiento de la armadura como porcentaje de la máxima temperatura que pueden soportar sus aislantes. A esta medida se la denomina TCU y mide la capacidad térmica del motor. En otras palabras, este modo contempla tanto el calentamiento como el enfriamiento gradual de la máquina, en función de sus características físicas. Así por ejemplo en el caso de arranques o sobrecargas sucesivas, la Página 9 Garibaldi 611 (B2900DOM) San Nicolás B.A. Argentina Tel./Fax: +54-336-4426734
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. protección registra y memoriza estos esfuerzos para tener una verdadera aproximación del estado térmico de la misma. En éste modo los parámetros a configurar son: • Tcont • Shunt • Inom • Imax • Td • Cte Cal. • Cte Enf. • C.M. • F. Servicio. • HLR • CLR • FLA Cuando el sistema se encuentra en éste modo aparecerá en la esquina inferior izquierda de la pantalla principal la leyenda “M.T.” 5. PUESTA EN MARCHA: Realizadas y chequeadas todas las conexiones, se puede energizar la unidad. Sobre el display de la unidad aparecerá la leyenda:
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. Luego ser podrá visualizar la versión de firmware:
Si el sistema se encuentra configurado en modo M.T., el sistema se inicializará en estado de alarma y aparecerá la siguiente pantalla solicitando presionar el pulsador de validación. Si el sistema se encuentra en modo TI-2 entonces el sistema pasará directamente a la pantalla principal.
Luego el sistema comienza a monitorear la corriente media de armadura, mostrándola junto con el estado del sistema en la pantalla principal:
En la línea superior se muestra el valor de corriente medida en amperes. Y en el renglón inferior se observan, a la izquierda el modo de operación (TI-2 o M.T.) y en la parte derecha el estado actual (NORMAL o ALARMA). NOTA: Al borrarse el registro de alarmas se normaliza el estado, mostrando la pantalla la leyenda “NORMAL”.
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6. FUNCIONAMIENTO:
6.1 Pantalla principal:
El equipo permitirá visualizar en todo momento el valor de corriente media de armadura, así como el modo de operación actual (TI-2 o M.T.) y el estado actual del sistema (NORMAL ó ALARMA).
De existir alguna condición de alarma, sea por sobrecorriente instantánea (protección instantánea) o por sobrecarga (protección tiempo dependiente), el contacto de relay será activado y el fondo de pantalla pasará de verde a rojo.
La desactivación se puede llevar a cabo de dos modos distintos, dependiendo de la característica temporal de la condición alarma y del valor del parámetro Tcont elegido.
6.2 Navegación del menú y configuración:
Para la navegación del menú se cuenta con las siguientes teclas ▲ , ▼y ◄┘. Las teclas ▲y▼ se utilizan principalmente para subir o bajar dentro de las pantallas o incrementar y decrementar valores dentro de estas. La tecla ◄┘ valida la opción seleccionada por el cursor “>”.
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. A continuación se observa el diagrama de flujo del menú de configuración: Menú de configuración.
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6.3 Pantalla de estado en modo M.T.:
Al trabajar en modo M.T. es posible acceder a la pantalla de estado que muestra la corriente media en porcentaje del valor de Inom seteado y el valor de TCU% acumulado. Para acceder a esta pantalla, estando situado en la pantalla principal se debe presionar la tecla ▲ y para retornar se debe volver a presionar ▲
6.4 Seteo del TCU en modo M.T.: Si el sistema es instalado en un motor que se encuentra detenido desde hace varias horas y por lo tanto se encuentra a temperatura ambiente, entonces se puede saltar este paso. Si en cambio, el motor para el cual se instala esta protección se encontraba funcionando previo a la instalación y por lo tanto no está completamente frío, será necesario entonces configurar en la protección el valor del nuevo TCU que se calcula como:
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Donde: I: Corriente a la que está funcionando en motor en el momento del ajuste. Inominal: Corriente nominal calibrada en la protección. Fservicio: Factor de servicio del motor Iplaca: Corriente nominal indicada en la placa de características del motor. HLR: Tiempo de rotor bloqueado en caliente. CLR: Tiempo de rotor bloqueado en frío. Para ingresar a la pantalla de seteo de TCU (estando posicionado en la pantalla principal) se deben presionar simultáneamente los pulsadores ▲ y ▼. Una vez situados en la panatalla de seteo de TCU utilizando los pulsadores ▲ y ▼ se configura el nuevo valor deseado y se presiona ◄┘ para volver a la pantalla principal.
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. Luego presionando la tecla ▲ puede verificarse que en la pantalla de estado el TCU% sea igual al recientemente seleccionado. 7. ALARMAS: Las alarmas pueden darse debido a la acción de la protección instantánea o la protección tiempo dependiente. El accionamiento de una alarma conlleva al accionamiento del relay de salida y a la memorización de la situación en el registro de falla para su posterior consulta. La desactivación del relay de salida se puede llevar a cabo de dos modos distintos dependiendo de la característica temporal de la condición de alarma y del valor del parámetro Tcont elegido. En el caso de que la condición de falla tenga una duración temporal inferior al valor del parámetro Tcont elegido, el contacto del relay de salida permanecerá actuado durante un tiempo igual al valor de Tcont. La otra alternativa es que la condición de falla tenga una duración temporal superior al valor del parámetro Tcont elegido. En éste modo el contacto del relay de salida permanecerá actuado durante todo el tiempo que se mantenga la condición de falla. Una vez que tal situación desaparezca el contacto de relay retornará a su condición normal en ese momento. Por lo tanto el tiempo mínimo durante el cual el contacto del relay de salida permanecerá actuado ante una falla será igual al valor del parámetro Tcont elegido. El resgistro de fallas se sobre escribe con cada disparo de la protección por lo cual siempre está disponible en memoria la última condición de disparo.
7.1 Protección instantánea: La protección instantánea es accionada cuando la corriente media supera la máxima permitida Imax y el tiempo de retardo configurado mediante el parámetro Td es excedido.
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. La indicación de estado pasará de Normal a Alarma y en el registro de fallas se grabará la pantalla Imedia > Imax. El contacto del relay de salida se activa.
7.2 Protección tiempo dependiente: El accionamiento de la protección tiempo dependiente se produce cuando el motor opera fuera del área de operación segura, según las siguientes ecuaciones y gráficos mostrados en los apartados siguientes. La indicación de estado pasará de Normal a Alarma, en el registro de fallas se grabará la pantalla “TRIP SOBRECARGA” y el valor de corriente para el cual se produjo el disparo. El contacto del relay de salida se activa. 7.2.1 Modo TI-2
Donde: t : tiempo de actuación. Imedia: corriente media. Inom: corriente nominal.
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. 7.2.1 Modo MT
Donde: t : tiempo de actuación. Imedia: corriente media. Inom: corriente nominal. CM: multiplicador. A continuación se muestran las curvas en frío para diferentes valores de CM. Las curvas en caliente no se muestran pues dependen de los valores de HLR y HCR configurados.
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8. REGISTRO DE FALLAS: Al darse una alarma, la condición que dio origen a la misma es memorizada en un registro de falla para su posterior interpretación. Para visualizar el mismo se debe acceder a la pantalla que se muestra a continuación. (ver punto 5.2).
Con el cursor en “> Reg. de falla”, pulsar la tecla de validación “◄┘”. Y se podrá ver una de las siguientes pantallas según si la alarma se produjo por sobrecorriente instantánea o por sobrecarga (tiempo dependiente) respectivamente.
Luego se debe pulsar el pulsador de validación y seleccionar entre las opciones SALIR o BORRAR REGISTRO mediante la tecla ▼ y luego pulsar la tecla de validación ◄┘. De optar por borrarlo, se observara la siguiente pantalla y luego el sistema retornará a la pantalla principal. Página 22 Garibaldi 611 (B2900DOM) San Nicolás B.A. Argentina Tel./Fax: +54-336-4426734
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El diagrama del menú de falla se muestra en la página siguiente:
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. 9. ANEXO 9.1 Cálculo del tiempo de calentamiento: Se calcula el tiempo de calentamiento como cinco veces la constante de calentamiento de la máquina (obtenida de su catálogo) o cinco veces el tiempo que le toma al motor alcanzar la temperatura
funcionando a corriente
nominal y RPM nominales e iniciando el ensayo con el motor completamente frío. se calcula como sigue:
+ Donde: : Es la temperatura final en el punto más caliente de la armadura cuando el motor funciona a corriente nominal. : Es la temperatura ambiente en el momento de realizar el ensayo
9.1 Cálculo del tiempo de enfriamiento: Se calcula el tiempo de enfriamiento como cinco veces la constante de enfriamiento de la máquina (obtenida de su catálogo) o cinco veces el tiempo que le toma al motor alcanzar la temperatura
funcionando en vacio e
iniciando el ensayo con el motor a la temperatura estable correspondiente a corriente nominal y RPM nominales. se calcula como sigue:
+ Donde:
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CONTROLES & SISTEMAS S.R.L. : Es la temperatura final en el punto mรกs caliente de la armadura cuando el motor funciona a corriente nominal. : Es la temperatura de funcionamiento del motor en vacio a RPM nominales. Nota: el tiempo de enfriamiento se duplica automรกticamente cuando el motor opera por debajo del 5% de su corriente nominal para tener en cuenta posibles disminuciones en el rendimiento de la ventilaciรณn forzada.
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