Protección de fase y conexión a tierra de un sistema de energía eléctrica, usando una característica cuadrilátera adaptable.

Protección de fase y conexión a tierra de un sistema de energía eléctrica,

usando una característica cuadrilátera adaptable.

Un módulo de distancia cuadrilátero puede usarse para detectar fallos en un sistema de energía eléctrica. Una cobertura resistiva del módulo de distancia cuadrilátero puede definirse por una barrera de resistencia adaptable, que puede adaptarse a ciertas condiciones del sistema de energía, como el flujo de carga directo y/o el inverso. Una barrera de resistencia adaptable directa puede usar una magnitud polarizadora adaptada para condiciones de flujo de carga directo y puede calcularse en paralelo con una barrera de resistencia adaptable inversa que puede usar una magnitud polarizadora adaptada para condiciones de flujo de carga inverso. La detección de fallos puede comprender comparar ambas barreras con un estímulo del sistema de energía, y detectar un fallo cuando el estímulo satisface cualquiera de las barreras.

Protección de fase y conexión a tierra de un sistema de energía eléctrica, usando una característica cuadrilátera adaptable

Campo técnico Esta revelación se refiere a la protección de sistemas de energía eléctrica y, más específicamente, a un módulo de distancia cuadrilátera que incorpora una barrera de resistencia adaptable.

Breve descripción de los dibujos Se describen realizaciones no limitadoras y no exhaustivas de la revelación, que incluyen diversas realizaciones de la revelación con referencia a las figuras, en las cuales: la Figura 1 ilustra un sistema de energía eléctrica que comprende un DEI (Dispositivo Electrónico Inteligente) que implementa un módulo de distancia cuadrilátero;

la Figura 2A ilustra un ejemplo de una característica cuadrilátera; la Figura 2B ilustra un ejemplo de un elemento de reactancia adaptable; la Figura 2C ilustra un ejemplo de una barrera de resistencia adaptable; la Figura 2D ilustra un ejemplo de un elemento de reactancia adaptable y de barreras de

resistencia adaptables, en condiciones de flujo de carga directa;

la Figura 2E ilustra un ejemplo de un elemento de reactancia adaptable y de barreras de resistencia adaptables, en condiciones de flujo de carga inversa; la Figura 3A ilustra una realización de un DEI que comprende un módulo de distancia

cuadrilátero; la Figura 3B ilustra una realización de un DEI que comprende un módulo de distancia cuadrilátero;

la Figura 3C ilustra una realización de un módulo de distancia cuadrilátero de fase a tierra;

la Figura 3D ilustra una realización de un módulo de distancia cuadrilátero de fase a fase;

la Figura 4 es un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento para proteger un sistema de energía eléctrica usando un módulo de distancia cuadrilátero que comprende una barrera de resistencia adaptable; y

la Figura 5 es un diagrama en bloques funcionales de una realización de un módulo de distancia cuadrilátero de fase a tierra, de alta velocidad.

En la siguiente descripción, se proporcionan numerosos detalles específicos para una comprensión exhaustiva de las diversas realizaciones reveladas en el presente documento. Sin 15 embargo, los expertos en la técnica apreciarán que los sistemas y procedimientos revelados en el presente documento pueden ponerse en práctica sin uno o más de los detalles específicos, o con otros procedimientos, componentes, materiales, etc. Además, en algunos casos, estructuras, materiales u operaciones bien conocidas pueden no mostrarse o describirse en detalle, a fin de evitar oscurecer aspectos de la revelación. Además, los rasgos, estructuras o características descritos pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones alternativas.

Descripción detallada Un DEI, tal como un relé protector, puede supervisar y proteger un sistema de energía eléctrica en el caso de fallos del sistema de energía. Según se usa en el presente documento, el término DEI puede referirse a cualquier dispositivo que supervisa, controla, automatiza y / o protege el equipo supervisado dentro del sistema de energía. Habitualmente, tales DEI se implementan en, y / o comprenden, un dispositivo informático que incluye a un procesador, memoria, medios de almacenamiento no transitorios legibles por máquina, interfaces de entrada / salida y similares. Los DEI son, por ejemplo, relés diferenciales, relés de distancia, relés direccionales, relés alimentadores, relés de sobrecorriente, controles de regulador de voltaje, relés de voltaje, relés de fallo de interruptor, relés de generador, relés de motor, controladores de automatización, unidades terminales remotas, controladores de compartimento, medidores,

controles de interruptor de cierre, procesadores de comunicaciones, plataformas informáticas, controladores lógicos programables (PLC) , controladores de automatización programables (PAL) , módulos de entrada y salida y similares. El término DEI puede usarse intercambiablemente para describir a un DEI individual o a un sistema que comprende múltiples DEI. La Figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema 100 de energía que comprende un DEI 110, que puede configurarse para supervisar y / o proteger al sistema 100 de energía. Como se ha expuesto anteriormente, el DEI 110 puede comprender y / o implementarse conjuntamente con un dispositivo informático. En consecuencia, el DEI 110 puede incluir un procesador 111, que puede comprender uno o más procesadores de propósito general, procesadores de propósitos especiales, circuitos integrados específicos de la aplicación, elementos lógicos programables (p. ej., FPGA) o similares. El DEI 110 puede comprender adicionalmente medios 112 de almacenamiento no transitorio legibles por máquina, que pueden incluir uno o más discos, almacenamiento de estado sólido (p. ej., memoria Flash) , medios ópticos, o similares. El DEI 110 puede acoplarse comunicativamente con una o más redes 160, usando una o más interfaces 113 de comunicación. Las redes 160 pueden incluir redes de propósito especial para supervisar y / o controlar el sistema 100 de energía eléctrica (p. ej., redes SCADA, o similares) . Las redes 160 pueden incluir adicionalmente redes de comunicación de propósito general, tales como una red de TCP / IP o similares. La interfaz 113 de comunicación puede incluir interfaces de comunicación cableadas y / o inalámbricas (p. ej., puertos en serie, RJ-45, transceptores de red inalámbrica IEEE 802.11, etc.) . En algunas realizaciones, el DEI 110 puede incluir

componentes de interfaz hombre-máquina (HMI) (no mostradas) , tales como un visor, dispositivos de entrada, etc.

Los componentes del DEI 110, tales como el módulo 120 de distancia cuadrilátero, el módulo 130 de reactancia, el módulo 140 de resistencia y / o el módulo direccional 150 (descrito más 25 adelante) pueden implementarse usando componentes del DEI 110. Por ejemplo, los módulos 120, 130, 140 y / o 150 pueden implementarse (en parte) usando instrucciones almacenadas en el medio 112 de almacenamiento no transitorio legible por máquina, que puede ser operable en el procesador 111. Alternativamente, o además, partes de los componentes 120, 130, 140 y / o 150 pueden implementarse usando módulos de hardware dedicados (p. ej., componentes de circuitos) .

El DEI 110 puede acoplarse comunicativamente con el sistema 100 de energía a través de uno o más transformadores de corriente, dispositivos de medición de voltaje, la interfaz 113 de comunicación o similares. El DEI 110 puede recibir un estímulo 122 desde el sistema 100 de energía. El estímulo 122 puede recibirse mediante los dispositivos de medición descritos anteriormente y / o mediante la interfaz 113 de comunicación (p. ej., desde otro DEI u otro dispositivo de supervisión (no mostrado) en el sistema 100 de energía eléctrica) . El estímulo 122 puede incluir, pero no se limita a: mediciones de corriente, mediciones de voltaje y similares. El estímulo 122 puede comprender mediciones de fasor (p. ej., mediciones que comprenden una magnitud y un ángulo) .

El DEI 110 puede comprender y / o implementar un módulo 120 de distancia cuadrilátero configurado para detectar condiciones de fallo usando una función de impedancia (p. ej., comparando los niveles de impedancia del sistema 100 de energía con una característica cuadrilátera) . El módulo 120 de distancia cuadrilátero puede comprender un módulo 130 de reactancia, un módulo 140 de resistencia y / o un módulo direccional 150. El módulo 130 de reactancia y el módulo 140 de resistencia pueden definir una o más características cuadriláteras (p. ej., la característica cuadrilátera 200 de la Figura 2A) , con las cuales puede compararse el estímulo recibido desde el sistema 100 de energía. Cuando los estímulos del sistema 100 de energía satisfacen condiciones operativas del módulo 120 de distancia cuadrilátero (p. ej., caen dentro de una región operativa de una o más de las características cuadriláteras) , el módulo 120 de distancia cuadrilátero (y / o el DEI 110) puede detectar una condición de fallo y puede funcionar (p. ej., disparar uno o más interruptores 102, operar uno o más conmutadores, activar una o más alarmas, emitir una o más notificaciones o similares) .

El módulo 130 de reactancia puede determinar una cobertura de impedancia del módulo 120 de distancia cuadrilátera, mientras que el módulo 140 de resistencia puede determinar la cobertura resistiva (p. ej., la cobertura de resistencia puede determinar la resistencia Rf al fallo que puede detectarse) . El módulo 130 de reactancia puede ser adaptable para abordar el rebasamiento debido a la resistencia al fallo (Rf) y / o las condiciones del flujo...

1. Un aparato para proteger un sistema de energía eléctrica, caracterizado porque comprende:

un módulo de distancia cuadrilátero configurado para detectar fallos en un sistema de energía eléctrica usando una característica cuadrilátera, comprendiendo el módulo de distancia cuadrilátero:

un módulo de reactancia para definir un elemento de reactancia adaptable de la característica cuadrilátera; y

un módulo de resistencia para definir una barrera de resistencia adaptable de la característica cuadrilátera, estando la barrera de resistencia adaptable adaptada por una magnitud polarizadora;

en donde el módulo de distancia cuadrilátero está configurado para detectar un fallo en el sistema de energía eléctrica usando la característica cuadrilátera y un estímulo obtenido del sistema de energía eléctrica.

2. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque la barrera de resistencia adaptable comprende polarización de secuencia negativa.

3. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque la barrera de resistencia adaptable comprende una barrera de resistencia adaptable directa, adaptada para condiciones de flujo de carga directo, y una barrera de resistencia adaptable inversa, adaptada para condiciones de flujo de carga inverso.

4. El aparato de la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento de resistencia adaptable calcula la barrera de resistencia adaptable directa en paralelo con la barrera de resistencia adaptable inversa.

5. El aparato de la reivindicación 3, caracterizado porque la característica cuadrilátera está configurada para detectar un fallo en el sistema de energía eléctrica cuando los estímulos obtenidos del sistema de energía eléctrica satisfacen a una entre la barrera de resistencia adaptable directa y la barrera de resistencia adaptable inversa.

6. El aparato de la reivindicación 3, caracterizado porque la barrera de resistencia adaptable

directa comprende polarización de secuencia negativa, y en el cual la barrera de resistencia adaptable inversa comprende una entre la polarización I1+I2 y la polarización de secuencia positiva.

7. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de distancia cuadrilátero comprende:

módulos de distancia cuadriláteros de fase a tierra, que comprenden un módulo de distancia cuadrilátero de fase A a tierra, un módulo de distancia cuadrilátero de fase B a tierra y un módulo de distancia cuadrilátero de fase C a tierra; y

módulos de distancia cuadriláteros de fase a fase, que comprenden un módulo de distancia cuadrilátero de fase A a fase B, un módulo de distancia cuadrilátero de fase B a fase C y un módulo de distancia cuadrilátero de fase C a fase A,

y en el cual el módulo de distancia cuadrilátero detecta un fallo si uno cualquiera de los módulos de distancia cuadriláteros de fase a tierra y los módulos de distancia cuadriláteros de fase a fase detecta un fallo.

8. El aparato de la reivindicación 7, caracterizado porque cada uno de los módulos de distancia cuadriláteros de fase a tierra comprende una barrera de resistencia directa de fase a tierra, adaptada para condiciones de flujo de carga directo y una barrera de resistencia inversa de fase a tierra, adaptada para condiciones de flujo de carga inverso, y en el cual se detecta un fallo cuando el estímulo satisface bien a una barrera de resistencia directa de fase a tierra o bien a una barrera de resistencia inversa de fase a tierra, de un respectivo módulo de distancia cuadrilátero de fase a tierra.

9. El aparato de la reivindicación 7, caracterizado porque cada uno de los módulos de distancia cuadriláteros de fase a fase comprende una barrera de resistencia directa de fase a fase,

adaptada para condiciones de flujo directo, y una barrera de resistencia inversa de fase a fase, adaptada para condiciones de flujo de carga inverso, y en el cual se detecta un fallo cuando el estímulo satisface bien a la barrera de resistencia directa de fase a fase o bien a una barrera de resistencia inversa de fase a fase de un respectivo módulo de distancia cuadrilátero de fase a fase.

10. Un procedimiento para detectar fallos en un sistema de energía eléctrica, caracterizado porque comprende:

recibir en un Dispositivo Electrónico Inteligente (DEI) un estímulo obtenido usando dispositivos de medición en comunicación eléctrica con un sistema de energía eléctrica;

calcular una barrera de resistencia adaptable usando el estímulo, comprendiendo la barrera de resistencia adaptable una magnitud polarizadoraobtenida de un componente secuencial del estímulo; detectar un fallo en el sistema de energía eléctrica cuando el estímulo satisface la barrera de resistencia adaptable.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, caracterizado porque el cálculo de la barrera de resistencia adaptable comprende calcular una barrera de resistencia adaptable directa, adaptada para condiciones de flujo de carga directo, y una barrera de resistencia adaptable inversa, adaptada para condiciones de flujo de carga inverso, comprendiendo adicionalmente el procedimiento:

definir un módulo de distancia cuadrilátero que comprende un elemento de reactancia adaptable, la barrera de resistencia adaptable directa y la barrera de resistencia adaptable inversa,

en donde un fallo en el sistema de energía eléctrica se detecta cuando el estímulo satisface el elemento de reactancia adaptable y una entre la barrera de resistencia adaptable directa y la barrera de resistencia adaptable inversa.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque la barrera de resistencia directa comprende una entre la polarización de secuencia negativa y la polarización de secuencia cero, y en el cual la barrera de resistencia inversa comprende una entre una magnitud polarizadora obtenida de una suma de componentes de secuencia positiva y negativa del estímulo, y una polarización de secuencia positiva.

13. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque la barrera de resistencia adaptable directa comprende una barrera de resistencia adaptable directa de fase a tierra y una barrera de resistencia adaptable directa de fase a fase, y la barrera de resistencia adaptable

inversa comprende una barrera de resistencia adaptable inversa de fase a tierra y una barrera de resistencia adaptable de fase a fase, y

en el cual un fallo en el sistema de energía eléctrica se detecta cuando el estímulo satisface una entre la barrera de resistencia adaptable directa de fase a tierra, la barrera de resistencia adaptable directa de fase a fase, la barrera de resistencia adaptable inversa de fase a tierra y la barrera de resistencia adaptable de fase a fase.

Sistema 100 de energía

Módulo dereactancia Módulo deresistencia Figura 1

Eje jX

Región

202 Elemento Elemento de reactancia Elemento de Eje jX adaptable, reactancia no 202 Pivote Carga inversaadaptable 210

Barrera derecha no

Elemento de Polarización Polarización

reactancia I1+I2 Elemento de Polarización I2

Figura 2D Figura 2E

Figura 3A

DEI 310

Estímulo 322

Figura 3B

Módulo (s) de distancia cuadrilátero de fase a tierra

324 Estímulo 322

Elemento de reactancia adaptable SX1_AG

Comparador de fase de SX2_AG (XPOL) 90º 360

Barrera de resistencia adaptable (Flujo de carga directo)

SR1_AG

Comparador de fase de

Salida de módulo

SR2_AGF (XPOL) 90º

de distancia 362

cuadrilátero de fase a tierra, fase A

(Quad_AG)

Salida de módulo de distancia cuadrilátero de fase SR1_AG

a fase

Comparador

de fase de SR2_AGR (XPOL) 90º 364

Barrera de resistencia adaptable (Flujo de carga inverso)

SRL1_AG

Comparador de fase de SRL2_AG 90º

Rizquierda Quad_BG Quad_CG

Módulo direccional 368

Figura 3C

Módulo (s) de distancia cuadrilátero de fase a fase

326 Estímulo 322

Elemento de reactancia adaptable SX1_ABP

Comparador de fase de SX2_ABP 90º 380

Barrera de resistencia adaptable (Flujo de carga directo)

SR1_ABP

Comparador de fase de

Salida de módulo SR2_ABPF 90º

de distancia 382

cuadrilátero de fase a fase, fase AB

Salida de

(Quad_AB)

módulo de distancia cuadrilátero de fase a fase

SR1_ABP

Comparador

327 de fase de SR2_ABPR 90º 384

Barrera de resistencia adaptable (Flujo de carga inverso)

SRL1_ABP

Comparador de fase de

Quad_BC

SRL2_ABP 90º

Rizquierda Módulo direccional 388

Figura 3D

Figura 4

Elemento de distancia cuadrilátero de fase a tierra de alta velocidad

524 Estímulo de filtro de ciclo completo 522 Elemento de reactancia