RELÉ DE SOBREINTENSIDAD A TIERRA PARA REDES AISLADAS Y COMPENSADAS

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MANUAL

PROTECTION TECHNOLOGYMADE SIMPLE

RELÉ DE SOBREINTENSIDAD A TIERRA PARA REDES AISLADAS Y COMPENSADAS

Professional Line XI1E, XI1ER

2 TB XI1-E/-E-R 02.02 SP

Índice

1. Aplicaciones y características

2. Esquemas y conexiones

3. Funcionamiento3.1 Detección del sentido de la corriente a

tierra (XI1-E-R)3.2 Exigencias a los transformadores

principales de corriente

4. Mandos y ajustes4.1 Ajuste de los microinterruptores DIP4.2 Ajuste de los valores de disparo4.3 Comunicación a través del interface

serie XRS1

5. Carcasa y datos técnicos5.1 Carcasa5.2 Datos técnicos5.3 Márgenes de ajuste del XI1-E5.4 Márgenes de ajuste del XI1-E-R

6. Formulario de pedido

1. Aplicaciones y características

El relé XI1-E de la PROFESSIONAL LINE es un reléuniversal de protección contra corriente a tierra paramáquinas eléctricas, conductores y redes con puntode estrella aislado o compensado. Se utiliza,preferentemente, en redes radiales. Con frecuencia seutiliza también el XI1-E como protección de reserva enel punto central de puesta a tierra de la red. Entonces,el relé registra todas las derivaciones a tierra delsistema de red. En este caso se elige un retardo dedisparo mayor que el tiempo de disparo más largo detodos los demás dispositivos de vigilancia de corrientea tierra conectados en la red.

La variante XI1-E-R con registro del sentido de lacorriente a tierra es una protección selectiva contraderivaciones a tierra y suele utilizarse, por lo general,en redes anulares, en redes con conductores paralelosy en redes con sistemas muy complejos.

Todos los aparatos de la PROFESSIONAL LINE ofrecenla precisión y superioridad de la técnica digital deprotección frente a dispositivos de protecciónconvencionales, y se caracterizan por laspropiedades siguientes:

• Elevada precisión de medida gracias alprocesamiento digital de valores de medida

• Indicación de fallos a través de LEDs• Márgenes extremadamente amplios de la tensión

de alimentación, mediante su etapa de reduniversal

• Márgenes de ajuste muy grandes conescalonamientos de ajuste muy pequeños

• Intercambio de datos con centrales de control yvisualización gracias a un interface serie XRS1,que se puede montar a posteriori

• Filtrado digital de las magnitudes de medida conanálisis de Fourier discreto

• Tiempos de respuesta sumamente rápidos• Forma de ejecución compacta mediante técnica SMD.

Nota: En caso de necesitar un relé de corriente atierra sensible no direccional se disponealternativamente del relé tipo XI1-S.

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2. Esquemas y conexiones

Entradas analógicas

Las señales analógicas de entrada de las corrientes sehacen llegar al aparato a través de las bornasIE1 - IE2.La tensión cero, necesaria para detección del sentidode la corriente, se conecta desde el bobinado entriángulo abierto de los transformadores de tensión alas bornas Ue y Un del relé XI1-E-R.

Tensión auxiliar

El aparato XI1-E/-E-R necesita una fuente separadade tensión auxiliar, para lo que se puede utilizar unatensión alterna o una tensión continua. Para ello elXI1-E/-E-R cuenta con una etapa integrada de reduniversal de amplio margen. A las bornas deconexión A1 - A2 se pueden conectar tensionesauxiliares en un margen comprendido entre19 - 390 V DC ó 36 - 275 V AC.

Figura 2.1: Esquema de conexiones del XI1-E

Figura 2.2: Esquema de conexiones del XI1-E-R

Posición de los contactos (XI1-E)

Figura 2.3: Posiciones de los contactos del XI1-E

Observación:Si se desea que los contactos de disparo de IE> y deIE>> actúen conjuntamente sobre la bobina dedisparo del interruptor de potencia, deberán unirseexternamente.

Posición de los contactos (XI1-E-R)

Figura 2.4: Posiciones de los contactos del XI1-E-R

Observación:Sin sobrepasar el ajuste de tensión a tierra no se realizadisparo del sentido de la derivación a tierra.Alternativamente al registro de la derivación a tierra se puedeconectar un transformador toroidal a las bornas IE1 y IE2.

Aparato sin tensión, ófuncionamiento sin avería

Contactos tras haberseproducido un disparo porcorriente a tierra

Contactos tras haberseproducido un disparorápido por cortocircuito atierra

Aparato sin tensión ófuncionamiento sin avería

Aviso de corriente a tierra(Disparo por tensiónhomopolar)

Contactos tras haberseproducido un disparo porsentido de la corriente atierra

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3. Funcionamiento

Las corrientes alternas características procedentes delos transformadores principales de corriente setransforman en la etapa analógica, a través detransmisores de entrada y resistencias Shunt, entensiones separadas galvánicamente. A continuaciónunos filtros analógicos RC suprimen la influencia deperturbaciones acopladas.La tensión de medida se hace llegar a las entradasanalógicas (Transformador Analógico/Digital) delmicroprocesador, y a continuación se transforma enseñales digitales a través de circuitos Sample y Hold.Todo el procesamiento posterior se efectúa con estosvalores digitalizados. El registro de los valores tienelugar con una frecuencia de exploración de 800 Hz(960 Hz) de manera que, cada 1,25 ms (1,04 ms) auna frecuencia de 50 Hz, (60 Hz) se registran losvalores momentáneos de las magnitudes de medida.Cuando se excitan los circuitos de medida, parpadeael LED correspondiente. Una vez transcurrido el tiempode retardo ajustado, el parpadeo intermitente pasa aluz continua.

3.1 Detención del sentido de lacorriente a tierra (XI1-E-R)

La determinación del sentido de la corriente a tierra sebasa en el registro del sentido de la potencia en elsistema cero. Para ello se valora la tensión homopolary la corriente de suma de los conductores querepresentan un fallo.La tensión homopolar, necesaria para la detección delsentido, se mide a través de los bobinados entriángulo abierto de los transformadores de tensión.(Conexión a las bornas Ue y Un: Ver figura 2.2).

La corriente suma puede medirse, o bien conectandoel aparato a un transformador toroidal, o altransformador de corriente en circuito Holmgreen. Lasensibilidad máxima se consigue cuando se conectael aparato de protección a un transformador toroidal.

En redes aisladas o compensadas, es determinante lamedición de la potencia reactiva o respectivamentede la potencia efectiva para el registro de la corrientea tierra. Por ello, el XI1-E-R tiene que estar ajustado aprocedimiento de medida de seno de phi o decoseno de phi, dependiendo del tratamiento del puntode estrella (Ver tabla 4.1).

(a) Conductor sin corriente a tierra (b) Conductor con corriente a tierra (c) Margen de respuesta / bloqueo

Figura 3.1: Diferencia entre fases de la tensión homopolar y de las corrientes de suma de redes aisladas al producirse una corriente a tierra (seno phi)

UE Tensión homopolar

IE Corriente de suma

IC Componente capacitivo de la corriente desuma

IW Componente óhmico de la corriente desuma

Mediante la determinación de la componente decorriente reactiva a través del ajuste de seno phi ycon ayuda de la posterior comparación con latensión homopolar UE , el XI1-E-R decide entoncessi el cable que se ha de proteger tiene unacorriente a tierra.En caso de conductores sin derivaciones a tierra, elcomponente capacitivo IC (a) de la corriente desuma está desplazado en 90° sobre la tensiónhomopolar. Cuando un conductor tiene unacorriente a tierra, la corriente capacitiva presentaun retraso de 90° respecto a la tensión homopolar.

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(a) Conductores sin corriente a tierra (b) Conductores con corriente a tierra (c) Margen de respuesta / bloqueo

Figura 3.2: Diferencia entre fases de la tensión homopolar y de las corrientes de suma en redes compensadas, en caso de corriente a tierra (Cos, phi)

UE Tensión homopolar IE Corriente de suma IL Componente inductivo de la cooriente de

suma IC Componente capacitivo de la corriente de

suma IW Componente óhmico de la corriente de

suma

En las redes compensadas, no puede obtenerse ninguna conclusión definitiva sobre el sentido de la corriente a tierra en base al componente de corriente reactiva, ya que el componente reactivo de la corriente a tierra depende del grado de compensación de la red. Para determinación del sentido de la corriente a tierra se recurre al componente óhmico de la corriente de suma (Ajuste cos. Phi).

En conductores libres de corriente a tierra, la corriente efectiva y la tensión homopolar presentan coincidencia de fases, mientras que el componente óhmico se encuentra en contrafase respecto a la tensión homopolar cuando el conductor presenta una corriente a tierra.

Con un filtrado digital eficaz, se consiguen eliminar todos los armónicos. De este modo los armónicos impares, que se producen en caso de un fallo de arco voltaico, no interfieren sobre la función de protección.

Si la tensión homopolar medida es mayor que el valor de ajuste UE>, se produce el disparo del relé UE>, una vez transcurrido el tiempo de retardo de disparo previamente ajustado tUE>. Al mismo tiempo que se produce la excitación del relé UE> tiene lugar el cálculo del sentido de la corriente a tierra, a través del procedimiento de seno phi, o respectivamente de cos. Phi.

Si el componente óhmico (procedimiento de medida de cos. phi) o respectivamente el componente capacitivo (procedimiento de medida de seno phi) de la corriente de suma se encuentra por encima del valor de ajuste IE>, tiene lugar el disparo del relé IE> una vez transcurrido el retardo del tiempo de disparo, previamente ajustado tIE>.

3.2 Exigencias a los transformadores principales de corriente

Los transformadores de corriente deben dimensionarse de tal modo que, no lleguen a saturarse con las corrientes siguientes: Etapa independiente de corriente a tierra y tiempo K1 = 2. Disparo rápido por corriente a tierra K1 = 1,2 – 1,5.

Siendo: K1 = Factor de corriente referido al valor de ajuste, con el que el transformador de corriente no funciona aún en el margen de saturación.

Además, los transformadores tienen que dimensionarse de acuerdo con las corrientes máximas de cortocircuito que puedan producirse en la red, o respectivamente en el objeto a proteger. En el dimensionado de los transformadores de corriente repercute de forma muy positiva la reducida potencia absorbida por el XI1-E/-E-R, que es tan sólo de <0,1 VA. Puede asimismo tomarse en consideración para la elección del aparato, la carga mínima de los transformadores, debido a la relación directa que tiene este hecho con la clase de protección.

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4. Mandos y ajustes

En la placa frontal del XI1-E/-E-R se encuentrantodos los mandos necesarios para el parametradodel aparato, así como todos los elementos deindicación.De esta manera es posible efectuar los ajustes delaparato sin necesidad de desmontarlo de la barrade fijación.

Figura 4.1: Placa frontal del XI1-E

Figura 4.2: Placa frontal del XI1-E-R

Para ajustar el aparato hay que quitarcuidadosamente la cubierta transparente delaparato y abrir éste, como se indica en la figura.¡No forzar el aparato!.En la cubierta transparente hay dos zonas paraintroducir rótulos de identificación.

Figura 4.3: Apertura de la tapa del aparato

LEDs

El LED "ON" sirve para indicar la disponibilidad delaparato para el servicio (estando aplicada latensión auxiliar Uv). Los LED´s IE> e IE>>, (IE> yUE> en el aparato XI1-E-R) indican la excitación(luz intermitente) o respectivamente el disparo (elLED está encendido con luz continua) de lascorrespondientes funciones.

Tecla de prueba

Esta tecla sirve para disparo de prueba delaparato. Tras haber pulsado la tecla durante 5segundos, tiene lugar la comprobación delHardware, en cuyo caso los relés de salida pasana posición de disparo y se encienden todos losLEDs de disparo.

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4.1 Ajuste de los microinterruptores DIP

El bloque de microinterruptores DIP, situado en laplaca frontal del aparato sirve para ajustar losmárgenes nominales y para parametrar lasfunciones del aparato:

Tipo XI1-E:Microinterruptor DIP OFF ON Función

1 Sin función2 Sin función3 Sin función4 Sin función5 no bloqueado bloqueado Bloqueo de la etapa IE>>6 50 Hz 60 Hz Ajuste de la frecuencia nominal

7* x1 s x 10 s Factor de tiempo para tIE>8* x1 s x 100 s Factor de tiempo para tIE>

Tabla 4.1: Funciones de los microinterruptores DIP en el aparato XI1-E

*De los microinterruptores DIP 7 - 8 solamente uno de ellos puede estar es posición �ON�.

Tipo XI1-E-R:Microinterruptor DIP OFF ON Función

1 Sin función2 Sin función3 Sin función4 Sin función5 seno coseno Procedimiento de cálculo para redes

aisladas/compensadas6 50 Hz 60 Hz Ajuste de la frecuencia nominal

7* x1 s x 10 s Factor de tiempo para tIE>8* x1 s x 100 s Factor de tiempo para tIE>

Tabla 4.2: Funciones de los microinterruptores DIP en el aparato XI1-E-R

*De los microinterruptores DIP 7 - 8 solamente uno de ellos puede estar es posición �ON�.

Bloqueo de la etapa de disparo rápido porcorriente a tierra XI1-E (IE>>)

Si el microinterruptor DIP 5 se encuentra en posición�ON�, entonces está bloqueada la etapa dedisparo rápido por corriente a tierra del relé XI1-E.

Procedimiento de cálculo para redes aisladas/compensadas (XI1-E-R)

Dependiendo del tratamiento del punto de estrella dela red que se desea proteger, en el aparato XI1-E-Rhay que ajustar el elemento de medición del sentidopara el circuito de corriente de tierra medición de senophi (redes aisladas � Microinterruptor DIP 5 enoposición �OFF�), o respectivamente a medición decoseno phi (redes compensadas - Microinterruptor DIP5 en posición �ON�).

Frecuencia nominal

El XI1-E/-E-R puede ajustarse con ayuda delmicrtointerruptor DIP 6, a 50 ó 60 Hz, dependiendode las características dadas de la red.

Conmutación de márgenes de tiempo

Con ayuda del microinterruptor DIP 7 se multiplica eltiempo de disparo tIE> por el factor 10.Con el microinterruptor DIP 8 se puede multiplicar eltiempo de disparo tIE> pór el factor 100.

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4.2 Ajuste de los valores de disparo

Los aparatos de la PROFESSIONAL LINE disponen deuna posibilidad de ajuste con un porcentaje deexactitud único. Para ello se utilizan dospotenciómetros. Un potenciómetro de ajuste bastopuede ajustarse, con valores discretos, igual que uninterruptor escalonado y de este modo se prefija elvalor de disparo en etapas de 0,05 x In. Un segundopotenciómetro para ajuste fino es ajustable de formacontinua para el valor correspondiente. Sumando losvalores se obtiene un valor de disparo ajustable deforma extraordinariamente precisa.

Ajuste de la etapa de corriente a tierra

La etapa de corriente a tierra IE> puede ajustarsecon ayuda de los potenciómetros que se indican enla figura siguiente en un margen entre 0 - 0,3 x In.(Valor límite mínimo 0,001 x In).

Ejemplo:Se desea ajustar un tiempo de disparo IE> de 0,18x In. El valor de ajuste del potenciómetro de laderecha se suma sencillamente al valor de ajuste delpotenciómetro del ajuste basto.

Figura 4.4: Ejemplo de ajuste

Retardo de disparo para el disparo por corriente atierra

El tiempo de respuesta para disparo por corriente atierra tIE> es ajustable en un margen comprendidoentre 0 - 100 segundos.

Disparo rápido por corriente a tierra (XI1-E)

El disparo rápido por corriente a tierra IE>> puedeajustarse dentro de un margen comprendido entre0 -1,5 x In (valor límite mínimo 0,001 x In). El ajustese efectúa de manera similar a la etapa desobrecorriente.

Retardo de disparo para la etapa de disparorápido por corriente a tierra (XI1-E)

El tiempo de respuesta tIE>> para el disparo rápidopor corriente a tierra es ajustable continuamente enel margen de 0 - 1,25 segundos.

Disparo por tensión homopolar (XI1-E-R)

El disparo por tensión homopolar UE> puede ajustarse enel margen de 10 - 120 V. El ajuste se efectúa de maneraanáloga al ajuste de la etapa por sobreintensidad.

Retardo de disparo de la etapa de tensiónhomopolar (XI1-E-R)

El tiempo de disparo tUE > para la etapa de latensión homopolar puede ajustarse continuamente enun margen comprendido entre 0 - 10 s.

4.3 Comunicación a través deinterface serie XRS1

Figura 4.5: Principio de la conmutación

Para la comunicación de los aparatos con un nivelsuperior de control, se dispone del adaptador deinterface serie XRS1, para transmisión de datos,junto con todo el Software necesario para ello. Eladaptador, se monta lateralmente e instalaposteriormente de forma muy sencilla.Mediante transmisión óptica permite la separacióngalvánica del relé. De esta manera se puedenseleccionar los valores de medida, se puedeparametrar el relé y se pueden asimismo configurarlas funciones de protección del relé de salida.Para más detalles sobre el funcionamiento del XRS1ver la descripción específica de este aparato.

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5 Carcasa y datos técnicos

5.1 Carcasa

El XI1-E/-E-R, al igual que todos los aparatos de la PROFESSIONAL LINE, está preparado para montaje sobrecarril de fijación DIN EN 50022.

La placa frontal del aparato está protegida mediante una tapa transparente precintable (IP 40).

Figura 5.1: Esquema de dimensiones

Bornas de conexión

Las bornas de conexión del aparato permiten la conexión de conductores con sección máxima de 2 x 2,5 mm2.Para efectuar las conexiones hay que quitar la tapa transparente del aparato (Ver capítulo 4).

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5.2 Datos técnicos

Entrada de medida

Frecuencia nominal fn: 50 / 60 Hz

Carga termica de los circuitosde corriente: Corriente de choque (una semionda) 250 x IN

Durante 1 s 100 x INDurante 10 s 30 x INDe forma permanente 4 x IN

Potencia absorbida en circuito de corriente: con In = 1 A 0,1 VAcon In = 5 A 0,1 VA

Potencia absorbida en el circuito de tensión: con Un = 100 V 0,1 VA

Tensión auxiliar

Tensión auxiliar nominal UV/Potencia absorbida: 19 - 390 V DC ó 36 - 275 V AC (f = 40 - 70 Hz)

4W (Bornas A1 - A2)

Datos comunes

Relación de desexcitación: > 97%Tiempo de reposición de la excitación: < 50 msTiempo de desexcitación después de un disparo: 200 msTiempo mínimo de respuesta al conectarsela tensión de alimentación: 100 msTiempo mínimo de respuesta estando aplicadala tensión de alimentación: < 50 ms

Relés de salida

Número de relés: 2Contactos: Cada uno con un contacto conmutado por relé de disparoPotencia máx. de conmutación: óhmica 1250 VA / AC, ó respectivamente 120 W / DC

Inductiva 500 VA / AC ó respectivamente 75 W / DCTensión máx. de conexión: 250 V AC

220 V DC carga óhmica Imax. = 0,2 Acarga inductiva Imax. = 0,1 A con L / R < 50 ms

24 V DC carga inductiva Imax. = 5 ACarga mínima: 1 W / 1 VA con Umin > 10 VCorriente nominal máxima: 5 ACorriente de conexión (16 ms) 20 ADuración de los contactos: 105 Conmutaciones con tensión de conmutación máximaMaterial de los contactos: AgCdO

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Datos de sistema

Normas: VDE 0435, parte 303; VDE 0843, parte 1 - 4; VDE 0160;IEC 255 - 4; BS142; VDE 0871

Margen de temperaturadurante el almacenamiento y servicio: -25° C hasta + 70° CResistencia a condiciones climáticas clase Fsegún DIN 40040 y DIN IEC 68, parte 2 - 3: Más de 56 días a 40° C y 95% de humedad relativa del aire

Pruebas de alta tensión según VDE 0435,parte 303;Prueba de tensión: 2,5 kV (efectivos) 50 Hz, 1 minutoPrueba de tensión de choque: 5 kV; 1,2 / 50 ms, 0,5 JPrueba de alta frecuencia: 2,5 kV / 1 MHz

Resistencia a perturbaciones por descargade electricidad estática (EDS) segúnVDE 0843, parte 2: 8 kV

Resistencia a perturbaciones por camposelectomagnéticos según VDE 0843, parte 3: 10 V / m

Resistencia a perturbaciones por magnitudesde perturbación transitorias rápidas (Burst)según VDE 0843, parte 4: 4 kV / 2,5 kHz, 15 ms

Prueba de supresión de interferencias segúnDIN 57 871 y VDE 0871: Valor límite clase A

Exactitud de repetición: 1%Exactitud fundamental del retardo de tiempo: 0,5% ó + 25 msExactitud del valor nominal de magnitudescaracterísticas: + 2% de IE ó + 0,002 x IN

+ 1% de Ue ó + 0,5 VInfluencia de corrientes superpuestas: < 5 %Influencia de la temperatura: 0,08 % por KInfluencia de la frecuencia: 1% por Hz de desviación del valor nominal en el rango

de + 10% de fn (50 Hz ó 60 Hz)

Exactitud de la determinación del sentido de la derivación a tierra (XI1-E-R)Medición de la componente decorriente activa en redes compensadas: I E x coseno phiMedición de la componente decorriente reactiva en redes aisladas: I E x seno phiExactitud de medida del ángulo con Ue> 20 V: + 6° con IE = 0,002 x IN

+ 3° con IE = 0,005 x IN+ 2° con IE = 0,010 x IN+ 1° con IE > 0,015 x IN

Esfuerzos mecánicos:Choques: Clase 1 según DIN IEC 255 - 21 - 2Vibraciones: Clase 1 según DIN IEC 255 - 21 - 1

Clase de protección frontal del aparato: IP 40 con tapa del frontal cerradaPeso: aprox. 0,7 KgPosición de montaje: cualquieraMaterial de la carcasa: auto-extinguible

12 TB XI1-E/-E-R 02.02 SP

5.3 Márgenes de ajuste del relé XI1-E

Parámetro Margen de ajuste EscalonamientoIE> 0 - 0,3 x In (Valor límite

mínimo 0,001 x In)continuo

IE>> 0 - 1,5 x In (Valor límitemínimo 0,001 x In)

continuo

tIE> 0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s continuotIE>> 0 - 1,25 s continuo

Tabla 5.1: Márgenes de ajuste y escalonamientos

5.4 Márgenes de ajuste del relé XI1-E-R

Parámetro Margen de ajuste EscalonamientoIE> 0 - 0,3 x In (Valor límite

mínimo 0,001 x In)continuo

tIE> 0 - 1 s / 0 - 10 s / 0 - 100 s continuoUE> 10 - 120 V continuotUE> 0 - 10 s continuo

Tabla 5.2: Márgenes de ajuste y escalonamientos

6. Formulario de pedido

Relé de sobreintensidad a tierra XI1 - EPara redes aisladas / compensadasCon detección del sentido de la corriente a tierra RCorriente nominal: 1 A

5 A15

Reservado el derecho a introducir modificaciones técnicas.

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Lista de ajustes del XI1-E/-E-R

Proyecto: _________________________________ Nº Com. SEG: __________________________________

Grupo de funciones: =______ Localidad: + ____ Identificación del aparato: __________________________

Funciones de los relés: ______________________ Fecha: _________________________________________

Ajuste de los parámetros

Función UnidadAjuste defábrica Ajuste actual

IE> Disparo por cortocircuito a tierra x In 0,001IE>> Disparo rápido por cortocircuito a tierra x In 0,001tIE> Retardo de tiempo para disparo por cortocircuito a

tierra (XI1-E)s 0

tIE>> Retardo de tiempo para disparo rápido porcortocircuito a tierra (XI1-E)

s 0

UE> Disparo por tensión homopolar (XI1-E-R) V 1tUE> Retardo de tiempo para el disparo de tensión

homopolar (XI1-E-R)s 0

Ajuste de los microinterruptores DIP

Microinterruptor DIP Función Ajuste defábrica

Ajuste actual

1 Sin función2 Sin función3 Sin función4 Sin función5 Bloqueado de IE>> Etapa (XI1-E) ó

Procedimiento de cálculo para redesaisladas/compensadas (XI1-E-R)

no bloqueado /sin

6 Ajuste de la frecuencia nominal 50 Hz7* Factor de tiempo para tIE> x1 s8* Factor de tiempo para tIE> x1 s

* Únicamente uno de los microinterruptores 7 - 8 puede estar en posición �ON�.

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