La interfaz de medición del valor real de CA UNS 0862 es un dispositivo de adquisición de señales frontal crucial en los sistemas de excitación de la serie ABB UNITROL® F. Su misión principal es adquirir de forma precisa y segura los parámetros del estado operativo de las máquinas síncronas (es decir, el voltaje de la máquina trifásica y la corriente monofásica) y convertirlos en señales estandarizadas de bajo voltaje que puedan ser procesadas por el sistema de control electrónico posterior.
En un sistema de excitación, el regulador automático de voltaje (AVR) requiere acceso preciso y en tiempo real al voltaje terminal del generador y a la corriente de carga para tomar decisiones de control correctas, mantener la estabilidad del voltaje de la red y distribuir razonablemente la potencia reactiva. El UNS 0862 es el enlace clave que permite esta función de 'detección'. Como punto de partida de la cadena de señales, la precisión y confiabilidad de su medición impactan directamente en el funcionamiento estable de todo el sistema de excitación, e incluso del generador y la red eléctrica.
Este módulo está diseñado como una tarjeta de placa independiente y está estrechamente conectado a la interfaz de E/S UNS 0863 mediante cables planos prefabricados, formando juntos una interfaz estandarizada de alta impedancia entre el sistema de excitación y los transformadores externos de voltaje y corriente.
2. Características clave
La funcionalidad del UNS 0862 es altamente especializada y se materializa principalmente en los dos aspectos siguientes:
2.1. Medición de voltaje de máquina trifásica
Número de Canales: 3 fases (UR, US, UT).
Aislamiento galvánico: se logra a través de dos transformadores de medición internos dedicados (conectados en una conexión en V), que brindan un aislamiento galvánico completo entre el lado de alto voltaje (secundario del transformador) y el lado de bajo voltaje (electrónica del sistema de control). Esta es una medida de seguridad vital, que evita que altos voltajes del sistema de energía ingresen a los circuitos de control de bajo voltaje, lo que podría dañar costosos equipos de control y poner en peligro al personal.
Transformación de señal: reduce con precisión los voltajes secundarios estándar de los transformadores de voltaje (VT) (generalmente 100 V, 110 V o 120 V) a un nivel seguro adecuado para circuitos electrónicos: 5 V CA RMS.
Alta linealidad: Mantiene excelentes características lineales hasta el 130 % del valor nominal, con una capacidad de sobrecarga instantánea del 150 %, lo que garantiza señales sin distorsiones incluso durante transitorios del sistema.
2.2. Medición de corriente de máquina monofásica
Número de canales: 1 fase (normalmente mide la corriente IR de la fase R).
Aislamiento galvánico: se logra de manera similar a través de un transformador de medición de corriente dedicado.
Transformación y conversión de señal: Convierte la corriente secundaria estándar de los transformadores de corriente (CT) (1A o 5A) en una señal de voltaje proporcional. En la configuración estándar, la corriente nominal de entrada corresponde a una tensión de salida de 3 V CA RMS. Esto se logra conectando una resistencia de carga de precisión a través del secundario del transformador.
2.3. Distribución de señal e interfaz
3. Principio de funcionamiento y mecanismo de procesamiento de señales
El principio de funcionamiento del UNS 0862 se basa en la inducción electromagnética clásica y la ley de Ohm. Su flujo de procesamiento de señales interno es claro y preciso. Los siguientes apartados profundizan en su mecanismo operativo.
3.1. Principio de medición del voltaje de la máquina
a. Entrada y aislamiento:
Los voltajes secundarios trifásicos de los transformadores de voltaje de los terminales de la máquina (por ejemplo, 110 V CA) se conectan a los terminales de entrada del UNS 0862. Estos voltajes trifásicos se alimentan inmediatamente a dos transformadores de medición de alta precisión especialmente diseñados. Este método de conexión en V (o conexión en 'triángulo abierto') mide eficazmente los voltajes trifásicos utilizando la cantidad mínima de componentes.
b. Transformación de relación:
la relación de transformación de estos transformadores está cuidadosamente diseñada. Por ejemplo, con una entrada primaria de 110 V, la secundaria emitirá con precisión 5 V. Este proceso logra dos objetivos centrales:
Conversión de nivel de voltaje: reduce la señal de alto voltaje a una señal segura de bajo voltaje.
Aislamiento galvánico: Establece una barrera de seguridad, aislando la tierra del sistema de control de la tierra del sistema de energía, suprimiendo efectivamente la interferencia del bucle de tierra y el ruido de modo común.
do. Unidad de salida:
Las señales de bajo voltaje transformadas (UR, US, UT, cada 5 V RMS) se envían directamente a los conectores de salida X11 y X12. Estas señales son señales de CA no rectificadas, que preservan la información de fase y frecuencia del voltaje, lo cual es crucial para los cálculos posteriores de frecuencia, potencia activa y potencia reactiva en el dispositivo de procesamiento de señales UNS 1860.
3.2. Principio de medición de corriente de la máquina
a. Entrada y aislamiento:
la corriente secundaria del transformador de corriente (1A o 5A) fluye hacia el canal de medición de corriente del UNS 0862. Esta corriente pasa a través del lado primario de un transformador de medición de corriente de alta precisión.
b. Conversión de corriente a voltaje:
este es el paso clave en la medición de corriente. Una red de carga de precisión, que consta de una resistencia fija R1001 (configurada de fábrica en 330 Ω) y una resistencia paralela soldada permanentemente de 3,3 kΩ, está conectada a través del secundario del transformador. Según la ley de Ohm (V = I × R), la corriente que fluye a través de esta resistencia de carga produce una caída de voltaje proporcional.
Cálculo de carga total: en la configuración estándar, la resistencia de carga total R_load = 1 / (1/3300 + 1/330) ≈ 300Ω.
Salida nominal: el objetivo del diseño es que la corriente de entrada nominal (1 A o 5 A) produzca un voltaje de 3 V CA RMS a través de la resistencia de carga. Esto significa que la relación de vueltas del transformador y la resistencia de carga están codiseñadas. Por ejemplo, para una entrada de 5 A, el transformador podría tener una relación más alta, lo que resultaría en una corriente secundaria más pequeña que aún produce 3 V en la carga de 300 Ω.
do. Flexibilidad de salida y configuración:
la señal de voltaje RMS de 3 V resultante se envía a los conectores de salida. Este diseño permite la adaptación a diferentes escenarios de aplicación o requisitos de amplitud de señal personalizados reemplazando o ajustando la resistencia de carga R1001, lo que ofrece una buena flexibilidad de ingeniería.
3.3. Diseño de precisión y confiabilidad
Linealidad: Todos los transformadores utilizan núcleos y técnicas de bobinado de alta calidad para garantizar una buena linealidad en un amplio rango de cero a 150 % del valor nominal, evitando la distorsión de la señal.
Bajo consumo de energía: cada canal de voltaje consume menos de 0,5 VA y el canal de corriente también consume menos de 0,5 VA. Esto reduce la carga sobre los transformadores de tensión y corriente, lo que ayuda a mantener una alta precisión en todo el sistema de medición.
Confiabilidad de la conexión: El lado de entrada utiliza terminales de abrazadera de resorte doble de 4 mm², lo que permite la conexión de dos conductores (alambre o hilo), lo que garantiza conexiones seguras y confiables, lo cual es particularmente importante para evitar circuitos abiertos en bucles de corriente.
4. Integración y configuración del sistema
4.1. Instalación Mecánica y Eléctrica
El módulo se fija en su lugar mediante pernos de montaje.
Las señales de entrada de voltaje y corriente se conectan a través de terminales de abrazadera de resorte doble de 4 mm², lo que proporciona conexiones robustas adecuadas para entornos de aplicaciones de energía.
4.2. Conexión a otras partes del sistema
A UNS 0863: Conectado mediante un cable plano de 10 pines (suministrado con UNS 0862, por ejemplo, tipo HIEE 405181 P1) a los puertos X11 y/o X12 de la interfaz de E/S UNS 0863.
Ruta de la señal: Las señales de voltaje y corriente adquiridas se envían a través del UNS 0863 al dispositivo de procesamiento de señales UNS 1860, donde se someten a procesamiento adicional como rectificación, filtrado y cálculo (por ejemplo, potencia, frecuencia), en última instancia para uso del microprocesador en el tablero de control SDCS-CON-2.
4.3. Configuración y ajuste
Ajuste de la resistencia de carga: aunque R1001 está configurado en 330 Ω de fábrica, se puede reemplazar si es necesario para cambiar la sensibilidad de medición de corriente o adaptarse a CT especiales, según la fórmula V_out = I_primary * (Resistencia total de la red de carga). La resistencia de repuesto debe cumplir con la norma ABB XN 400323 y no debe exceder una disipación de potencia máxima de 0,33W.
Configuración del sistema de doble canal: en los sistemas AFT de doble canal que requieren la mayor confiabilidad, si están equipados dos conjuntos independientes de transformadores de corriente y voltaje de la máquina, entonces se necesitan dos dispositivos UNS 0862. El X11 de un dispositivo se conecta al X11 (Canal I) de UNS 0863 y el X11 (o X12) del otro dispositivo se conecta al X12 (Canal II) de UNS 0863. En este caso, el puente TWIN del UNS 0863 debe estar configurado en 'Y' para informar al sistema de la presencia de dos fuentes de medición independientes.
5. Escenarios de aplicación
El UNS 0862 es un componente estándar del sistema de excitación UNITROL® F, ampliamente utilizado en todas las aplicaciones que emplean esta serie:
Grandes centrales térmicas: para monitorear el voltaje terminal y la corriente de turbogeneradores, proporcionando señales de retroalimentación central para el AVR.
Centrales Hidroeléctricas: Para el control de excitación de hidrogeneradores, adaptándose a cambios potencialmente más frecuentes en las condiciones de operación.
Accionamientos industriales y motores síncronos grandes: en aplicaciones de accionamiento, como compresores y bombas, garantizan un funcionamiento estable del motor y una corrección del factor de potencia.
Marine Power Systems: Proporciona mediciones confiables para el control de excitación de generadores marinos.
Cualquier sistema de generación de energía conectado a la red o aislado con altos requisitos de estabilidad de la red.
