DISPOSITIVO Y METODO PARA LA LOCALIZACION DE FALTAS EN LINEAS DE DISTRIBUCION ELECTRICA.
Método de localización de faltas en líneas de distribución eléctrica en donde,
a partir de las medidas de los fasores de corriente, del módulo de las tensiones y del conocimiento de las características de la instalación, el método estima la posición del fallo mediante el análisis de la impedancia, usando esencialmente el primer re-cierre del relé de protección.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001211.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE SEVILLA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: BISCARRI TRIVIÑO,Felix, LEÓN DE MORA,Carlos, GARCÍA DELGADO,Antonio, ELENA ORTEGA,José Manuel, MOLINA CANTERO,Francisco Javier, PERSONAL VÁZQUEZ,Enrique, GUERRERO ALONSO,Juan Ignacio.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01R31/08 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Localización de defectos en los cables, líneas de transmisión o redes.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo y método para la localización de faltas en líneas de distribución eléctrica.
El objeto principal de la presente invención es la localización de faltas en líneas de distribución eléctrica mediante un equipo y un método diseñado a tal efecto para líneas de distribución eléctrica de media tensión y que están basados en un método de análisis de la impedancia y en la estimación del desfase tensión/intensidad (V/I). La presente invención es de aplicación en el campo de la distribución de energía eléctrica.
Estado de la técnica anterior
Es tarea fundamental de las compañías eléctricas garantizar el suministro de energía a los usuarios en condiciones de continuidad y calidad. Así, la localización de faltas en líneas eléctricas se convierte en una tarea prioritaria para la compañía de distribución. Una vez detectada la falta, la posibilidad de estimar con exactitud y de forma automática la posición de dicha falta desde un centro de control, y en un tiempo relativamente pequeño, aporta grandes ventajas desde el punto de vista de la calidad del servicio: la disminución del tiempo de restauración del servicio eléctrico a los usuarios así como la disminución del número de maniobras necesarias para dicha restauración. Esto hace que sea muy atractiva, en términos de calidad y economía, la implantación de sistemas de localización de esta naturaleza.
El desarrollo y aplicación de sistemas basados en microprocesadores en ingeniería eléctrica (IEDs) marca la aparición de las primeras técnicas de localización automática de fallos [1] y [2]. Desde entonces se han desarrollado numerosos métodos de localización automática de fallos que pueden dividirse en tres categorías fundamentales.
La primera de estas categorías es la que incluye los métodos basados en ondas viajeras (travelling waves en terminología anglosajona). Este tipo de métodos analizan las señales de alta frecuencia (>500 KHz), en corrientes o en tensiones, producidas por los impulsos generados al desencadenarse el fallo [3][4]. Estos impulsos viajan a velocidades elevadas a través de las líneas eléctricas, que actúan como guías de ondas. La detección de la llegada del impulso a dos puntos distantes permite estimar la posición del fallo. Estos métodos suelen emplear como herramienta de pre-procesado la transformada wavelet [5][6], aunque en algunos casos se trabaja con medidas en dos terminales [7], o en un solo terminal. Estas técnicas no precisan de un conocimiento completo de las características de las líneas, sin embargo, las altas velocidades no precisan de un conocimiento completo de las características de las líneas, sin embargo, las altas velocidades de las ondas implican grandes errores en la localización de la falta. Por otro lado, las no homogeneidades en las líneas y la existencia de ramas laterales provocan la aparición de ondas reflejadas que, combinadas con la cuestión anterior, limitan estas técnicas a redes geográficamente amplias y de topología simple, en definitiva, a redes de transporte de alta tensión.
Los métodos basados en el uso de componentes de relativa alta frecuencia de tensiones o corrientes forman una segunda categoría. Las medidas obtenidas, con frecuencias relativamente altas (<10 KHz) se analizan utilizando técnicas en el dominio de la frecuencia. Pueden utilizar técnicas clásicas [8], y en otros casos, relacionar la frecuencia natural de oscilación del sistema con la distancia [9], o aplicando técnicas de inteligencia computacional [10].
La tercera categoría corresponde a los métodos de impedancia, que usan los componentes fundamentales (fasores) de tensiones e intensidades en puntos terminales de la línea y son los más usados en la localización de faltas en redes de distribución. Consisten en calcular las impedancias de las líneas, tal y como se ven desde los terminales de las mismas, antes y durante la falta. A su vez se dividen dos subcategorías:
- Métodos en dos terminales, aplicados generalmente en líneas de transporte. Las medidas se realizan sobre los fasores (tensiones y corrientes) en los dos extremos de la línea. Pueden requerir medidas sincronizadas [11], usar solo medida de tensiones [12] o usar medidas no sincronizadas [13]. Por otro lado, también usan redes neuronales [14].
- Métodos de un solo terminal, que son los preferidos en las líneas de distribución, la medida de los fasores de tensiones y corrientes se realiza en la subestación. Una buena descripción de los diferentes métodos se encuentra en [15]. Dentro de los métodos podemos distinguir entre los que usan técnicas analíticas, que van evolucionando:
Las patentes registradas hasta la fecha se basan en los métodos arriba descritos y ninguna recoge el uso de corrientes de magnetización para la estimación del desfase tensión/corriente, como propone la presente invención. Patentes de localización de fallos en líneas eléctricas son, a modo de ejemplo:
El documento WO 2007/032697 describe un método para localización de faltas en líneas eléctricas aplicable a líneas de tres terminales o a líneas multiterminales. La esencia de esta invención radica en un método para localizar faltas en líneas eléctricas dividiendo en secciones las líneas de un sistema de transmisión o distribución y asumiendo una hipotética localización en, al menos, una de estas secciones, partiendo de las medidas de las corrientes en las condiciones de fallo y pre-fallo, en todas las estaciones terminales del sistema y, además, de la medida de la fase de la tensión de línea, en las condiciones de fallo y pre-fallo, en una de las estaciones terminales del sistema. Se obtienen con el método las componentes simétricas de las medidas de corriente y tensión, así como la corriente total en el punto de fallo, determinando las distancias a las localizaciones hipotéticas del fallo y la resistencia de fallo. Para ello usa la comparación entre los valores numéricos de las distancias a las hipotéticas localizaciones del fallo y rechaza los valores negativos o mayores de uno, en unidades relativas, y haciendo lo mismo con los valores estimados de la resistencia de fallo.
Un sistema de localización de fallas se describe en el documento US 6 477 475 en donde dicho sistema comprende una pluralidad de subestaciones, que envían información de todas las líneas de transmisión y distribución, así como una estación maestra, que localiza el fallo a partir de la diferencia en los tiempos de detección de las distintas subestaciones. En esta misma línea, el documento AU 2008/200131 expone un sistema de localización del punto de fallo, equipado con varias estaciones esclavas que recogen datos de la situación pre-fallo de la línea de distribución y de una estación maestra para recoger la información de la tensión de los puntos de la línea de distribución proporcionados por las estaciones esclavas, y reduce esta información a la localización de un solo punto de fallo, a partir de los hipotéticos posibles.
Referencias
[1] A. Girgis, C. Fallon y D. Lubkeman, "A fault location technique for rural distribution feeders" Industry Applications, IEEE Transactions on, vol. 29, 1993, págs. 1170-1175.
[2] T. Takagi et al. "Development of a New type fault locator using the one-terminal voltage and current data", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-101, 1982, págs. 2892-2898.
[3] Zeng Xiangjun, K. Li, Liu Zhengyi, y Yin Xianggen, "Fault location using traveling wave for power networks", Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2004 IEEE, 3-7 Oct. 2004, págs. 2426-2429, vol. 4.
[4] Wenjin Dai, Min Fang, y Lizhen Cui, "Traveling Wave Fault Location System", Intelligent Control...
Reivindicaciones:
1. Método de localización de faltas en líneas de distribución eléctrica en donde, a partir de las medidas de los fasores de corriente, del módulo de las tensiones y del conocimiento de las características de la instalación, el método estima la posición del fallo; estando el método caracterizado porque comprende, al menos, las siguientes etapas:
(i) una primera etapa de estimación de las fases de las tensiones aplicadas al transformador de la carga, en donde a partir de las corrientes durante el primer re-cierre o corrientes de choque, se calculan las fases de las tensiones aplicadas en bornas o fases de los transformadores;
(ii) una segunda etapa de estimación de las fases de las tensiones en la subestación, en donde una vez estimadas las fases de las tensiones en el transformador de acoplamiento de carga, se calculan las fases de las tensiones en la subestación eléctrica, línea a línea y línea-neutro, usando los valores instantáneos de las corrientes de fase; y
(iii) una tercera etapa de localización de la falta en donde una vez estimadas las fases de las tensiones en la subestación, y conocidos los fasores de las corrientes durante la falta, se calcula la posición de la falta, mediante el análisis de la impedancia.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la estimación de las fases de las tensiones aplicadas al transformador de la carga comprende, al menos, los siguientes pasos: (i) una primer paso de determinación de las corrientes de régimen permanente; (ii) un segundo paso de determinación de las corrientes de magnetización de línea; (iii) un tercer paso de identificación de la corriente de magnetización de línea que contiene la información de desacoplada de dos corrientes de magnetización de fase; (iv) un cuarto paso de extracción de la componente de magnetización de dos corrientes de fase presentes en la corriente determinada en el tercer paso; (v) un quinto paso de determinación de la componente de magnetización de la tercera corriente de fase; y (vi) un sexto paso de determinación de la fase de la tensión de cada una de las fases del transformador, en donde una vez determinadas las corrientes de magnetización de las tres corrientes de fase, coincidiendo con cada uno de los máximos, se pueden determinar los pasos por cero de sus correspondientes tensiones de fase, es decir, las fases de la tensión en cada una de las fases o bornas del transformador.
3. Método de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 que se caracteriza porque la segunda etapa consiste en la realización de un análisis de las mallas de un circuito con un fallo dado, evaluando los valores en el instante de paso por cero de las tensiones de fase.
4. Dispositivo de localización de faltas en líneas de distribución eléctrica que comprende medios para implementar el método de las reivindicaciones 1 a 3 y que se caracteriza además porque está configurado para la estimación de la posición de la falta partiendo de los valores instantáneos de corriente de cada línea IA, IB e IC medidos durante las situaciones de pre-falta, falta y primer re-cierre o choque; suponiendo conocido el módulo de las tensiones de fase, o bien el valor eficaz (RMS) de las tensiones de fase, conocida su frecuencia.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 que se caracteriza porque los valores instantáneos de corriente de cada línea son adquiridos directamente mediante un equipo situado físicamente en la subestación y que comprende, al menos,
un primer módulo sensor de corriente; y
un segundo módulo de conversión analógico-digital configurado para obtener los valores instantáneos de corriente de cada línea a partir de los valores de salida de los transformadores de medida de corrientes usados por los relés de protección;
y en donde dicho segundo módulo comprende una entrada analógica para la medida del valor eficaz de la tensión, generado por un equipo independiente en la subestación, y una entrada digital que, conectada al relé de protección, le indicará la detección de una falta.
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 que se caracteriza porque los valores instantáneos de corriente de cada línea son adquiridas a partir de otros equipos mediante un canal de comunicaciones digital, en donde las medias y registro de corrientes es realizada por otro equipo que se encarga de almacenarlas, accediéndose desde el centro de control al fichero de medidas.
7. Uso del método de la reivindicación 1 para la localización de faltas tipo simple fase-tierra en sistemas trifásicos equilibrados.
8. Uso del dispositivo de la reivindicación 4 para la localización de faltas tipo simple fase-tierra en sistemas trifásicos equilibrados.
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