TRANSDUCTORES
Los
transductores constituyen uno de los elementos de mayor relevancia para el
sistema SCADA.
El
correcto dimensionamiento de los transductores y la correcta calibración de
estos con el sistema SCADA, permiten un funcionamiento preciso y óptimo del
sistema al momento de realizarse las acciones de supervisión del sistema de
potencia.
La instrumentación es un área específica de la
ingeniería de automatización y control de procesos la cual comprende la
medición de cantidades físicas asociadas a los mismos.
En toda acción de supervisión y/o control de algún
proceso se requiere el manejo de variables de estado del mismo. Los
instrumentos de campo cumplen con las funciones de convertir una variable
física, comúnmente, en una señal eléctrica, en un rango manejable por el
próximo elemento en la cadena de adquisición de información.
Un instrumento está compuesto por el elemento sensor,
llamado también transductor, que transforma el fenómeno físico que se está
midiendo en una señal eléctrica y, el elemento acondicionador que adecúa el
nivel de tensión o de corriente de la señal de salida del instrumento.
La señal eléctrica de salida de un instrumento puede
ser:
·
Analógica: de 4 a 20 mA, 1 a
5 Vdc, 10 a 50 mV, tales como las mediciones de flujo, presión y temperatura.
·
Digital: 0 a 24 Vdc. Tales
como interruptores de nivel, estado de bombas y compresores.
·
Frecuencia de pulsos: como en
el caso de controladores de flujo.
Actualmente, existen instrumentos de medición de
cantidades analógicas cuyas salidas son digitales, directamente compatibles con
dispositivos microprocesadores.
Las características que definen la calidad de un
instrumento son:
·
Mínima inferencia en el proceso.
·
Exactitud.
·
Linealidad.
·
Rango de operación (entrada,
salida, frecuencia).
·
Estabilidad (susceptibilidad
ante vibración, temperatura, humedad, polvo, etc.)
·
Impedancia de salida.
·
Tiempo de respuesta.
Clasificación
de los transductores de corriente según el Estándar ISA-S50.1
Tres tipos de lazos de control por
corriente están definidos en el estándar ISA-S50.1. Cada uno está compuesto de
una fuente de poder, un transductor y un receptor. Estos sistemas están
designados como tipo 2, 3 o 4 dependiendo del número de conductores que utilice
el transductor.
El sistema tipo 2 utiliza el mismo par de cables para
conducir la potencia que alimenta al transductor y también la señal 4-20mA.
El sistema tipo 3 conduce la potencia para el
transductor por un cable, y utiliza otro para transmitir la señal 4-20mA con un
retorno común a ambos.
El sistema 4 utiliza dos cables para alimentar de
potencia al transductor, y otros dos cables para conducir la señal 4-20mA.
Adicionalmente
a la clasificación por tipos, los transductores pueden ser clasificados según
tres clases (L, H y U). Estas letras son utilizadas como sufijo para definir el
valor de la resistencia de carga externa a la que el transductor es capaz de
entregar la corriente requerida a un mínimo de tensión de la fuente de
alimentación. Como se indica en la figura 2.15a, el receptor contiene una
resistencia que convierte la corriente transmitida en una tensión, en
concordancia con la Ley de Ohm. Por ejemplo, un transductor clase 2L es capaz
de enviar la señal de corriente a través de una resistencia de carga de 300 Ohm
mediante una alimentación mínima de 23V.
La curva de comportamiento de un instrumento (señal de
entrada vs. señal de salida), no siempre es lineal, es más bien una curva. Sin embargo,
para ciertos rangos de operación los valores de la curva se pueden aproximar
con una línea recta.
La selección del tipo de instrumento a usar está
determinada por el proceso o variable física a medir además, normalmente se
establece un compromiso entre la calidad requerida y consideraciones de costo.
Casi toda cantidad física puede ser convertida en una
señal eléctrica con un transductor disponible comercialmente. Los transductores
analógicos más comunes son de temperatura, presión, nivel, flujo, velocidad,
posición, fuerza, humedad, potencia eléctrica, tensión, corriente, factor de
potencia, etc. Entre los detectores discretos existen: Detectores de nivel
alto/bajo, detectores de presión alta/baja y detectores de flujo/no flujo.
En el caso de los
sistemas eléctricos de potencia la capacidad de los transductores se obtiene de
la ecuación:
Ec. 1
donde:
=
Capacidad del Transductor.
= Corriente Secundaria Nominal del
Transformador de Corriente.
= Voltaje Secundario Nominal del Transformador
de Potencial.
Con este valor de referencia ubicamos la capacidad
normalizada del transductor más cercana por exceso y no por defecto para estos
equipos.
COORDINACIÓN
TRANSDUCTOR – UNIDAD MAESTRA
Después del dimensionamiento del equipo, este debe
ser coordinado con el sistema SCADA. La
forma de hacerlo es adjudicando los valores digitales del sistema a las medidas
de potencia del transductor equivalente a 1 mA.
El procedimiento es el siguiente:
1.
Conocidas las
relaciones del CT y PT además de la capacidad del transductor, procedemos a
utilizar la siguiente ecuación:
Ec.
2
donde:
= Relación de Transformación del
Transformador de Corriente.
= Relación de
Transformación del Transformador de Potencial.
= Capacidad
Normalizada del Transductor.
La
ecuación 2 nos lleva a igualar unidades de potencia (KW) con unidades de
corriente lo que parecería incorrecto.
En realidad la ecuación plantea para que valor de potencia el
transductor genere 1 mA en su salida como respuesta a la medición realizada por
el CT y el PT.
- Finalmente se obtienen las denominadas unidades
de ingeniería igualando los topes de escala del transductor con la unidad
de potencia resultante del paso anterior.
Los topes de escala del transductor son los valores digitales
máximos y mínimos que envía el equipo a la unidad terminal cuando la
magnitud de 1 mA.
En la
tabla Nº 1 se muestran los topes de escala de un transductor.
TABLA Nº 1. Topes de Escala de un Transductor
|
VALOR DIGITAL |
TR |
|
32.676 |
1 mA |
|
0 |
0 |
|
- 32.676 |
- 1mA |
Ejemplo:
En
un sistema eléctrico de potencia se encuentra un CT cuya relación de
transformación es 
y un PT con una
relación de 
. Se persigue
establecer la capacidad apropiada del transductor y la coordinación de este con
la unidad maestra.
Solución:
La capacidad del transductor se obtiene utilizando la
ecuación 1:
sustituyendo:
Escogemos
el transductor cuya capacidad sea igual o inmediatamente superior al valor establecido
por 
entonces el valor
normalizado se presenta en:
Para la
coordinación del transductor con la unidad maestra se obtiene como
primer paso la
unidad de potencia para la cual l transductor genera 1 mA, utilizamos la
ecuación 2:
sustituyendo:
resolviendo:
Por ultimo las unidades de ingeniería se establecen igualando
los topes de escala del transductor (véase la tabla Nº 1) con la unidad de
potencia resultante del paso anterior.
|
UNIDADES
DE INGENIERÍA |
|
|
32676 |
13,8 MW |
|
-32676 |
-13,8 MW |
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