Sistema y método para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas.

Sistema para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas que comprende

módulos de monitorización (7) instalados en respectivos conjuntos de vanos (14),

una unidad remota (16) que recibe y procesa conjuntos de datos medidos (13) recibidos de los módulos;

estando cada disposición de sensores está asignada a un conjunto de vanos (14), y comprendiendo cada una

un medidor de tracción (6),

un medidor de intensidad eléctrica (8),

un sensor de temperatura ambiente (9)

un sensor de radiación solar (10),

la unidad de proceso de datos (16b) calcula la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14), a partir de cada conjunto de valores medidos (13) recibidos y una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT), la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conductor (2) para cada conjunto de vanos (14), a partir de cada conjunto de valores medidos (13).

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA MONITORIZACIÓN DE AMPACIDADES EN LÍNEAS ELÉCTRICAS AÉREAS

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en el campo técnico de la ingeniería eléctrica, concretamente en el sector de la producción y distribución de energía eléctrica y particularmente en el área de los sistemas para la monitorización de la intensidad máxima admisible en líneas eléctricas aéreas, también denominada ampacidad, para poder establecer el grado de carga de una línea eléctrica aérea y determinar Sl su nivel de explotación puede ser incrementado o no, lo que mejora sus prestaciones y fiabilidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Generalmente el propósito de la monitorización de una línea eléctrica no se limita a visualizar la situación de dicha línea, Slno que tiene como objeto cuantificar el valor de la ampacidad. Es decir, no se limita a verificar que la flecha o la temperatura del conductor están por debaj o del límite de seguridad, slno que determina el valor de la corriente que haría que la flecha o la temperatura estuviera en su valor límite. La ampacidad es la máxima intensidad de corriente que puede circular de manera continua por un conductor eléctrico sin que éste sufra daños, y es uno de los valores más interesantes desde el punto de vista de la compañía eléctrica que opera la línea.

Existen varias opciones de implantación de sistemas de monitorización, que se detallan a continuación.

La opción más sencilla es la monitorización de las condiciones meteorológicas. Es el sistema más sencillo y menos invasivo debido a que el sistema de medida no tiene porqué colocarse físicamente en la línea sino que basta con que esté cerca de ella, pudiéndose aprovechar las estaciones meteorológicas ya instaladas en las subestaciones o en las proximidades de las líneas. En este sistema, mediante cálculo,

Para mitigar la incertidumbre en la estimación de la

temperatura de los métodos anteriores, se plantea como alternativa monitorizar directamente la temperatura

superficial del conductor, generalmente mediante un sensor que va instalado en el conductor y que mide la temperatura superficial del mlsmo. si bien esta técnica reduce la incertidumbre en la determinación de la temperatura del conductor no la elimina, ya que la medida de temperatura realizada por el sensor es puntual y es posible que otros puntos de la línea tengan valores de temperatura diferentes, debido a posibles diferentes condiciones meteorológicas

(fundamentalmente viento) a lo largo del conductor o a la existencia de un gradiente radial de temperatura en el conductor.

Por otra parte, la medida de la temperatura del conductor por sí sola no permite determinar la ampacidad. Es necesarlO contar con los datos meteorológicos [S.D. Foss, S.H. Lin, R.A. Fernandes, "Dynamic thermal line ratings. Part 1. Dynamic ampacity rating algorithm", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 102, No. 6, pp. 1858-64, 1983J,

[M. W. Davis, "A new thermal rating approach: The real time thermal rating system for strategic overhead transmission lines, Part 1, General description and justification of the real time thermal rating system", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 96, No. 3, pp. 803-09, 1977J, pues la misma temperatura del conductor se puede alcanzar un día de lnVlerno con un valor alto de corriente que un día de verano con un valor pequeño de corriente y, evidentemente, la ampacidad no es la misma en ambos casos. No obstante, no es necesarlO conocer todos los datos meteorológicos puesto que, supuesto conocido el valor de la corriente, si uno de ellos es incógnita se puede deducir de la temperatura del conductor que se está monitorizando. Generalmente se monitoriza la temperatura ambiente y la radiación solar, bien en una estación meteorológica cercana o bien mediante sensores

instalados en un punto lo más cercano posible al sensor de temperatura, y se calcula la velocidad de viento que incide sobre el conductor [J.S. ENGELHAROT, S.P. BASU, "OESIGN,

INSTALLATION, ANO FIELO EXPERIENCE WITH AN OVERHEAO TRANSMISSION OYNAMIC LINE RATING SYSTEM" , IEEE PES

TRANSMISSION ANO OISTRIBUTION CONFERENCE, PP. 366-370, LOS

El primer sistema comercial de monitorización basado en la medida de la temperatura del conductor es el denominado "Power Oonut" que fue desarrollado a principio de los 80. Este sistema y algunos de sus desarrollos se describen en los documentos de patente US-4384289, US-4714893, US-4794327, US-47 99005, US-5341088 , solicitudes de patente EP-0125 05 O-Al, WO-2006 /014691-A1, WO-2006/050156-A1, US-2007/0200556-A1, WO-2007/134022-A2; s.o. así como en Foss, S.H. Lin, H.R. Stillwell, R.A. Fernandes, "Oynamic thermal line ratings. Part

11. Conductor temperature sensor and laborator y field test evaluation", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 102, No. 6, pp. 1865-76, 1983; J.S. ENGELHAROT, S.P. BASU, "OESIGN, INSTALLATION, ANO FIELO EXPERIENCE WITH AN OVERHEAO TRANSMISSION OYNAMIC LINE RATING SYSTEM", IEEE PES TRANSMISSION ANO OISTRIBUTION CONFERENCE, PP. 366-370, LOS ANGELES-USA, 1996. El "Power Oonut" es un toroide que se acopla alrededor del conductor. contiene un núcleo magnético de forma que se autoalimenta mediante la tensión inducida por el campo magnético variable asociado a la intensidad que pasa por el conductor. Puede medir temperaturas del conductor de hasta 250°C. Los datos se transmiten de forma remota mediante GSM/GPRS. Además de temperatura mide también intensidad de corriente. Para determinar la ampacidad precisa de los valores de temperatura ambiente y radiación solar. Estos valores se

1. sistema para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas que comprende

una pluralidad de módulos de monitorización (7 ) instalados en respectivos conj untos de vanos (14, 14A... 14N) entre dos cadenas de amarre (4, 4') , estando cada conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) constituido por una pluralidad de torres de alta tensión (lA ... 1N) , entre las que está tendido un conductor (2) , de modo que ambos extremos del conj unto de vanos (14, 14A... 14N) están delimitados por la conexión del conductor (2) a las torres (lA... 1N) a través de sendas cadenas de amarre (4, 4') Y estando sujeto dicho conductor (2) a lo largo del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) por torres

(lB, le) y cadenas de suspensión (5) , estando colocado al menos en uno de los extremos del conductor (2) uno de los módulos de monitorización (7 ) que está conectado a una disposición de sensores, y comprendiendo cada módulo de monitorización (7 ) al menos una unidad de registro y transmisión de datos (11) para recoger y transmitir datos medidos por la disposición de sensores a la que está conectado;

al menos una unidad remota (16) que comprende medios transceptores (16a) para recibir los datos medidos desde las unidades de registro y transmisión de datos (11) de cada módulo de monitorización (7) y una unidad de proceso de datos

(16b) para procesar los datos medidos;

caracterizado porque

cada disposición de sensores está asignada a un conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) , Y comprende

un dispositivo medidor de tracción (6) instalado entre la torre (1) Y el elemento aislador de al menos una de las cadenas de amarre (4) , para medir fuerzas de tracción mecánica (FT) ejercidas por el conductor (2) en el punto en el que está instalado el dispositivo medidor de tracción (6) ,

un dispositivo medidor de intensidad eléctrica (8) para medir intensidades de corriente eléctricas (rC) en el conductor (2) , dispuesto en un punto de la instalación a través del cual se pueda acceder a la medida de intensidad,

un sensor de temperatura ambiente (9) para medir valores de las temperaturas ambiente (TA) y un sensor de radiación solar (10) para medir radiaciones solares

(RS) , estando dispuestos dichos sensores (9, 10) en la proximidad del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) en el que está instalado el dispositivo medidor de tracción

(6) ;

cada unidad de registro y transmisión de datos (11) está diseñada para recoger los datos medidos comprendidos en respectivos conjuntos de datos (13, 13A ... 13N) que comprenden cada uno valores de la fuerza de tracción (FT) , de la intensidad de corriente (rC) , de la temperatura ambiente (TA) y de la radiación solar (RS) medidos en cada momento por la disposición de sensores (6, 8, 9, 10) con respecto al conj unto de vanos (14, 14A 14N) Y una identificación del módulo de monitorización (7 ) al que están asignados; la unidad de proceso de datos (16b) está diseñada para calcular la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14, 14A... 14N) , a partir de cada conjunto de datos (13, 13A... 13N) recibidos, determinando

en un primer paso, un valor calculado de la

temperatura (TC) del conductor (2) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) , las características (CC) del conjunto de vanos (14, 14A 14N) , la longitud del vano equivalente (V) abarcada por el conductor (2) , una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) y la deformación por fluencia (DF) ;

en un segundo paso, mediante ecuaclones de equilibrio térmico y donde la dirección del viento se supone que tiene un determinado valor de forma que la única incógnita es la velocidad del viento (VV) equivalente en la dirección definida, la velocidad del viento (VV) a partir del valor calculado de la temperatura del conductor (TC) , los valores medidos de la temperatura ambiente (TA) , los valores medidos de la intensidad de corriente (rC) y los valores medidos de la radiación solar (RS) ;

en un tercer paso, la ampacidad (AC) de cada conjunto de vanos (14, 14A... 14N) a partir de una temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) , la temperatura ambiente (TA) , la radiación solar (RS) y la velocidad del viento calculada

(VV) , mediante ecuaciones de equilibrio térmico donde la única incógnita es la intensidad de corriente correspondiente al valor de la ampacidad (AC) , la unidad de proceso de datos -16b-está diseñada además

para calcular la referencia de tracción-temperatura de

conductor (Ref-TT) , la deformación por fluencia (DF) y la

temperatura máxima admisible (Tmax) del conductor (2) para

cada conjunto de vanos (14, 14A... 14N) , a partir de cada

conjunto de datos (13, 13A ... 13N) , determinando en un primer paso, un valor calculado de la temperatura del conductor en la calibración (TC-cal) a partir de los valores medidos de la temperatura ambiente (TA) , los valores medidos de la intensidad de corriente (rC) y los valores medidos de la radiación solar (RS) , en un segundo paso, la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) Y el valor calculado de la temperatura del conductor en la calibración (TC-cal) , en un tercer paso, la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) a partir de las características

(CC) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) , la longitud del vano equivalente (V) del conjunto de vanos (14, 14A. .. 14N) , la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) y el límite de flecha (LF) .

2. sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor de temperatura (9) Y el sensor de radiación solar

(10) están montados en el módulo de monitorización (7)

3. sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la unidad de proceso de datos (16b) está diseñada para determinar, en un cuarto paso, el conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) con la ampacidad más baja entre los conjuntos de vanos (14, 14A... 14N) correspondientes a una mlsma línea

eléctrica aérea completa, correspondiendo la ampacidad más baj a a la intensidad de corriente máxima admisible en dicha línea eléctrica aérea completa.

4. sistema según una de las reivindicaciones precedentes, 20 caracterizada porque la unidad de proceso de datos (16b) está

diseñada para determinar la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) de cada conjunto de vanos (14, 14A... 14N) en una calibración en la que la unidad de proceso de datos (16b) periódicamente examlna en cada conjunto de datos (13,

13A... 13N) recibido de uno de los módulos de monitorización

(7) Sl durante un periodo de tiempo (t) predeterminado se cumplen condiciones de calibración que comprenden que los valores de la intensidad de corriente (rC) sean inferiores a un determinado valor umbral de intensidad de corriente (x A) y 3 O los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) no sean inferiores a un intervalo (DFT) definido por una desviación de tracción predeterminada (xkg) y, cuando se cumplen estas condiciones, para calcular los valores medios (0) respectivamente de los valores medidos de la radiación solar

(RS) , la intensidad de corriente (rC) , la fuerza de tracción

(FT) y la temperatura ambiente (TA) , y para calcular la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) del conductor (2) en base a estos valores medios -de radiación solar (0RS) , intensidad de corriente (0IC) , fuerza de tracción (0FT) y temperatura ambiente (0TA)

5. sistema según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unidad de proceso de datos (16b) está diseñada para determinar la temperatura máxima admisible

(Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) en una calibración en base a la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) , a la deformación por fluencia (DF) del conductor (2) y, posteriormente, en base a la deformación por fluencia (DF) y a un límite de flecha (LF) resultante de la deformación por fluencia (DF) .

6. Un método para monitorizar ampacidades en líneas eléctricas aéreas mediante

una pluralidad de módulos de monitorización (7 ) instalados en respectivos conjuntos de vanos (14, 14A... 14N) entre sendas cadenas de amarre (4, 4') , estando cada conjunto de vanos (14, 14A, 14B ... 14N) constituido por una pluralidad de torres de alta tensión (lA ... 1N) , entre las que está tendido un conductor (2) , de modo que ambos extremos del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) están delimitados por la conexión del conductor (2) a las torres (lA... 1N) a través de sendas cadenas de amarre ( 4 , 4') Y estando sujeto dicho conductor (2) a las torres a lo largo del conj unto de vanos

(14, 14A... 14N) por cadenas de suspensión (5) , estando colocado en al menos uno de los extremos del conductor (2) uno de los módulos de monitorización (7 ) conectado a una disposición de sensores, y comprendiendo cada módulo (7) al menos una unidad de registro y transmisión de datos (11) para recoger y transmitir datos medidos a partir de valores medidos por la disposición de sensores a la que está conectado;

la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14, 14A .. . 14N) ,

a partir de cada conjunto de datos (13, 13A .. . 13N) , mediante

un proceso que comprende determinar en un primer paso, un valor calculado de la temperatura (TC) del conductor (2) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) a partir del valor medido de la fuerza de tracción (FT) , las características (CC) del conductor (2) , la longitud del vano equivalente (V) abarcado por el conductor (2) , una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) y la deformación por fluencia (DF) ; en un segundo paso, mediante ecuaclones de equilibrio térmico y donde la dirección del viento se supone que tiene un determinado valor de forma que la única incógnita es la velocidad del viento (VV) equivalente en la dirección definida, la velocidad del viento (VV) a partir del valor calculado de la temperatura del conductor (TC) , los valores medidos de la temperatura ambiente (TA) , los valores medidos de la intensidad de corriente (rC) y los valores medidos de la radiación solar (RS) ; en un tercer paso, la ampacidad (AC) de cada conjunto de vanos (14, 14A... 14N) a partir de una temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) , la temperatura ambiente (TA) , la radiación solar (RS) y la velocidad del viento calculada (VV) , mediante ecuaciones de equilibrio térmico donde la única incógnita es la intensidad de corriente correspondiente al valor de la ampacidad (AC) . calcular también, mediante la unidad de proceso de datos (16b) , la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) , la deformación por fluencia (DF) y la temperatura

máxima admisible (Tmax) del conductor para cada conjunto de

vanos (14, 14A... 14N) , a partir de cada conjunto de datos (13, 13A .. . 13N) , determinando

en un primer paso, un valor calculado de la temperatura del conductor en la calibración (TC-cal) a partir de los valores medidos de la temperatura ambiente

(TA) , los valores medidos de la intensidad de corriente (rC) y los valores medidos de la radiación solar (RS) ,

en un segundo paso, la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) Y el valor calculado de la temperatura del conductor en la calibración (TC-cal) ,

en un tercer paso, la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A... 14N) a partir de las características

(CC) del conductor (2) , la longitud del vano equivalente

(V) abarcado por el conductor (2) , la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) y el límite de flecha (LF) .

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende un cuarto paso en el que se determina, mediante la unidad de proceso de datos (16b) , el conjunto de vanos (14, 14A... 14N) con la ampacidad más baja entre los conjuntos de vanos (14, 14A... 14N) correspondientes a una mlsma línea eléctrica aérea completa, correspondiendo la ampacidad más baj a a la intensidad de corriente máxima admisible en dicha línea eléctrica aérea completa.

8. Método según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) de cada conj unto de vanos (14, 14A... 14N) se determina en una calibración en la que la unidad de proceso de datos (16b) periódicamente examina, en cada conjunto de datos (13, 13A... 13N) recibido de uno de los módulos de monitorización (7) , Sl durante un periodo de tiempo (t) predeterminado se cumplen condiciones de calibración que comprenden que los valores de la intensidad de

corriente (lC) sean inferiores a un determinado valor umbral de intensidad de corriente (xA) y los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) no sean inferiores a un intervalo (DFT) definido por una desviación de tracción predeterminada 5 (xkg) y, cuando se cumplen estas condiciones, calcula los valores medios (0 ) respectivamente de los valores medidos de la radiación solar (RS) , de la intensidad de corriente (lC) , de la fuerza de tracción (FT) Y de la temperatura ambiente

(TA) , y calcula la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) 10 del conductor (2) en base a estos valores medios de radiación intensidad de corriente (0lC) , fuerza de tracción ambiente (0TA) .

9. Método según una de las reivindicaciones 8 a 10,

caracterizado porque la temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) se determina en una calibración en la que la unidad de proceso de datos (16b) determina, en base a la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) , la deformación por fluencia (DF) del conductor (2)

y, posteriormente, en base a la deformación por fluencia (DF) y a un límite de flecha (LF) resultante de la deformación por fluencia (DF) .