Aprovechamiento de la redundancia inherente en un IED multifunción.

Aprovechamiento de la redundancia inherente en un IED multifunción.

Se divulgan en el presente documento sistemas y procedimientos para aprovechar la redundancia inherente de entradas de medición eléctricas disponibles en dispositivos electrónicos inteligentes (IED) basados en microprocesadores. Específicamente, un IED puede recibir una pluralidad de mediciones eléctricas asociadas con un sistema de suministro de energía eléctrica, tal como mediciones asociadas con un generador. Un primer módulo de protección puede estar configurado para detectar un primer tipo de perturbación eléctrica usando un primer subconjunto de la pluralidad de mediciones eléctricas. Un segundo módulo de protección puede estar configurado para detectar un segundo tipo de perturbación eléctrica usando un segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones eléctricas. Un primer módulo de protección redundante puede estar configurado para verificar la detección del primer tipo de perturbación eléctrica usando al menos una porción del segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones eléctricas.

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Aprovechamiento de la redundancia inherente en un IED multifunción Campo técnico La presente divulgación se refiere a dispositivos de protección multifunción. Más particularmente, la presente divulgación se refiere al uso de los datos redundantes proporcionados a un dispositivo electrónico inteligente para verificar la detección de perturbaciones eléctricas.

Breve descripción de los dibujos Se describen realizaciones no limitativas y no exhaustivas de la divulgación, incluyendo 15 varias realizaciones de la divulgación con referencia a las figuras, en las que:

La figura 1 ilustra un diagrama unifilar simplificado de un sistema de suministro de energía eléctrica monitorizada por múltiples dispositivos electrónicos inteligentes (IED) .

La figura 2 ilustra un diagrama unifilar simplificado de un sistema de suministro de energía eléctrica monitorizada por múltiples elementos de protección, discretos, recibiendo cada elemento de protección entradas desde los sensores de corriente y/o tensión.

La figura 3A ilustra un diagrama unifilar simplificado de un sistema de suministro de energía 25 eléctrica monitorizado por un IED en base a un microprocesador.

La figura 3B ilustra un diagrama unifilar simplificado de un sistema de suministro de energía eléctrica monitorizado por un IED configurado con módulos de protección redundantes.

La figura 4 ilustra un diagrama de bloques funcional de un sistema de ordenador que actúa como un IED con al menos dos módulos de protección y al menos un módulo de protección redundante.

La figura 5 ilustra un módulo de protección redundante configurado para verificar una 35 perturbación eléctrica detectada por un elemento protector diferencial.

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La figura 6 ilustra un módulo de protección redundante configurado para verificar una perturbación eléctrica detectada por un elemento de equilibrio entre fases.

La figura 7 muestra un módulo de protección redundante configurado para verificar una 5 perturbación eléctrica detectada por un elemento de energía direccional.

La figura 8 ilustra un módulo de protección redundante configurado para verificar una perturbación eléctrica detectada por un elemento de voltios por hertzios.

La figura 9 ilustra un módulo protección redundante configurado para verificar una perturbación eléctrica detectada por uno o más de un elemento de sobrecorriente, un elemento de baja corriente, un elemento de sobretensión, y un elemento de baja tensión.

La figura 10 muestra un módulo de protección redundante configurado para verificar una 15 perturbación eléctrica detectada por un elemento de campo (sobre/bajo de excitación) .

La figura 11 ilustra un módulo de protección redundante configurado para verificar una perturbación eléctrica detectada por un elemento de distancia.

La figura 12 ilustra un diagrama lógico de un módulo configurado para detectar un transformador de corriente abierto.

La figura 13 ilustra un módulo de protección redundante configurado para verificar una perturbación eléctrica detectada por un elemento de sobrecorriente instantánea usando la 25 salida desde el módulo de transformador de corriente abierto de la figura 12.

La figura 14 ilustra un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento para verificar la detección de una perturbación eléctrica por un primer módulo de protección utilizando un módulo de protección redundante configurado para utilizar mediciones eléctricas disponibles de forma redundante.

La figura 15 ilustra un diagrama de flujo de un ejemplo específico de un procedimiento para verificar la detección de una perturbación eléctrica por un primer módulo de protección utilizando mediciones eléctricas disponibles de forma redundante.

En la siguiente descripción se proporcionan numerosos detalles específicos para un

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conocimiento profundo de las diversas realizaciones divulgadas en el presente documento. Los sistemas y procedimientos divulgados 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 no pueden ser mostrados o descritos en detalle con el fin de evitar el oscurecimiento de los aspectos de la divulgación. Además, las funciones, estructuras o características descritas pueden ser combinadas de cualquier forma adecuada en una o más formas de realización alternativas.

Descripción detallada Los sistemas de suministro de energía eléctrica (transmisión, distribución, y similares) están sujetos a fallos, que pueden incluir una o más fases conectadas eléctricamente entre sí y/o tierra. La protección de los sistemas de suministro de energía eléctrica puede requerir una determinación de que fase o fases están implicadas en el fallo. Ciertas condiciones de fallo, por ejemplo, fallos de alta resistivas, pueden complicar la determinación de fallos adecuada. La generación de energía eléctrica, sistemas de transmisión, y entrega podrán utilizar dispositivos electrónicos inteligentes (IED) para monitorizar los fallos en los equipos eléctricos, tales como líneas de transmisión, líneas de distribución, buses, transformadores, baterías de condensadores, generadores, conmutadores de tomas, reguladores de tensión, o similares. Los IED pueden estar configurados además para emitir instrucciones de control a los equipos tras la detección de un fallo.

Un IED, tal como un relé de protección, puede monitorizar y proteger el sistema de alimentación eléctrica en caso de fallo del sistema eléctrico. En respuesta a la detección de una condición de fallo, el IED puede tomar una o más medidas de protección (por ejemplo, disyuntores de desconexión) , que pueden causar alteraciones en el servicio dentro del sistema de energía eléctrica, como la pérdida de potencia de la zona de servicio del sistema de energía eléctrica, condiciones de baja tensión (por ejemplo, bajada de tensión) , el aumento de la carga de las otras partes del sistema de energía, y así sucesivamente. En consecuencia, los costos asociados con el mal funcionamiento de los IED (falsa desconexión) pueden ser significativos. Algunos IED pueden ser dispositivos complejos que operan en una red interconectada. Con la creciente complejidad de los IED viene un aumento del riesgo de error de operación. Se ha observado una mala operación del IED puede ocurrir por cualquier número de razones, incluyendo, pero no limitado a: fallos en componentes del IED, tales como procesador (es) , memoria, medios legibles por ordenador,

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interconexiones eléctricas, interfaces de comunicación, y similares; fallos en los componentes eléctricos, tales como amplificadores operacionales, convertidores analógicodigital (ADC) , condensadores, inductores, y similares; errores leves debido al software y/o fallos de firmware, errores del compilador, errores del procesador, y similares.

Algunos indicadores IED pueden incorporar autodiagnóstico y/o componentes de autovalidación, tales como organismos de control del procesador, para ayudar a prevenir el mal funcionamiento. Sin embargo, estos componentes pueden presentar fallos al igual que los otros componentes del IED. Además, dado que los dispositivos de vigilancia se incorporan normalmente en el IED, una falla dentro del IED puede también provocar un fallo en el (los) componente (s) de monitorizacion. En otro enfoque, un sistema de energía eléctrica puede ser monitoreado por dos IED redundantes, las salidas de los cuales pueden ser validadas de forma cruzada para asegurar que ambos funcionen correctamente. Esta configuración, sin embargo, pueden aumentar la probabilidad de fracaso del IED dado que la combinación de un sistema que es más o menos el doble de compleja que un IED único (la tasa de fallos puede ser aproximadamente el doble que la de un solo IED) . Además, puesto que un fallo en cualquier IED puede causar una alarma de autodiagnóstico y dejar a los IED fuera de servicio, es probable que la disponibilidad se reduzca de manera significativa.

Antes de la introducción de los IED basados en microprocesador, los sistemas de suministro de energía eléctrica se controlaron mediante elementos de protección analógicos discretos. Cada elemento de protección puede estar configurado para supervisar un solo componente o punto en el sistema de suministro de energía eléctrica. Cada elemento de protección puede recibir entradas de los dispositivos de medición independientes, tales como transformadores de corriente (CT) , transformadores de tensión (VT)...

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1. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) para detectar una perturbación eléctrica en un sistema de suministro de energía eléctrica, que comprende:

un módulo de entrada configurado para obtener una pluralidad de mediciones asociadas con un sistema de suministro de energía eléctrica, proporcionando la pluralidad de mediciones información suficiente al IED para detectar al menos dos tipos de perturbaciones eléctricas; lógica de protección configurada para detectar una perturbación eléctrica en el sistema de suministro de energía eléctrica, que comprende:

un primer módulo de protección configurado para detectar un primer tipo de perturbación eléctrica usando un primer subconjunto de la pluralidad de mediciones; un segundo módulo de protección configurado para detectar un segundo tipo de perturbación eléctrica usando un segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones; y un primer módulo de protección redundante configurado para verificar la detección del primer tipo de perturbación eléctrica usando al menos una parte del segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones; y un módulo de salida configurado para indicar selectivamente que existe una perturbación eléctrica en base a la salida de la lógica de protección.

2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un segundo módulo de protección redundante configurado para detectar el segundo tipo de perturbación eléctrica usando al menos una parte del primer subconjunto de la pluralidad de mediciones.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando al menos uno del primer módulo de protección, el segundo módulo de protección, y el primer módulo de protección redundante detectan una perturbación eléctrica.

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que el módulo de salida está configurado para generar una salida de desconexión para hacer que un disyuntor se desconecte en base a la salida de la lógica de protección.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de mediciones comprende una medición de corriente.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de mediciones

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comprende una medición de tensión.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que al menos una de la pluralidad de mediciones comprende una de una medición de temperatura y una medición de detección de arco 5 eléctrico.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de medidas se asocian con uno de un generador, un transformador, una línea de transmisión, y una línea de distribución en el sistema de suministro de energía eléctrica.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sistema de suministro de energía eléctrica comprende un sistema de suministro de energía eléctrica trifásico con tres líneas de fase, y en el que la pluralidad de mediciones comprende al menos una medición para cada una de las tres líneas de fase.

10. El sistema de la reivindicación 9, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento diferencial de corriente configurado para determinar cuándo un diferencial de corriente entre una primera línea de fase y una segunda línea de fase es mayor que un umbral predeterminado, en el que el primer módulo de protección redundante está

configurado para determinar cuándo un diferencial de corriente entre la tercera línea de fase y una de las primera y segunda líneas de fase es mayor que el umbral predeterminado, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando tanto el elemento diferencial de corriente y el primer módulo de protección redundante detectan un diferencial de corriente mayor que el umbral predeterminado.

11. El sistema de la reivindicación 9, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de corriente de equilibrio de fases, y en el que el primer módulo de protección redundante está configurado determinar una diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en una línea de neutro, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el elemento de equilibrio de fases detecta una perturbación eléctrica y cuando la diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en la línea de neutro es mayor que un umbral predeterminado.

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12. El sistema de la reivindicación 9, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento direccional de energía, en el que el primer módulo de protección redundante está configurado para determinar una diferencia entre la energía por fase entre una primera fase y una segunda fase, y la energía por fase entre la segunda fase y una tercera fase, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el elemento de energía direccional detecta una perturbación eléctrica, cuando la diferencia en la energía por fase entre la primera fase y la segunda fase es superior a un umbral predeterminado, y cuando la diferencia en la energía por fase entre la segunda fase y la tercera fase es superior a un umbral predeterminado.

13. El sistema de la reivindicación 9, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un primer elemento de voltios por hertzios configurado para supervisar una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de voltios por hertzios configurado para supervisar una segunda línea de fase, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el primer elemento de voltios por hertzios detecta una perturbación eléctrica y el segundo elemento de voltios por hertzios detecta una perturbación eléctrica.

14. El sistema de la reivindicación 9, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de sobrecarga de tensión configurado para detectar una sobretensión en una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de sobretensión configurado para detectar una sobretensión en una segunda línea de fase, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una sobretensión en la primera línea de fase y el primer módulo de protección redundante detecta una sobretensión en la segunda línea de fase.

15. El sistema de la reivindicación 9, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de sobreintensidad de corriente configurado para detectar una sobrecorriente en una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de

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sobrecorriente configurado para detectar una sobrecorriente en una segunda línea de fase, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una sobrecorriente en la primera línea de fase y el primer módulo de protección redundante detecta una sobrecorriente en la segunda línea de fase.

16. El sistema de la reivindicación 9, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de pérdida de excitación, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un detector de tensión de secuencia negativa y un detector de corriente de secuencia negativa, y en el que la lógica de protección está configurada para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una pérdida de excitación, el detector de tensión de secuencia negativa tiene un valor de cero, y el detector de corriente de secuencia negativa tiene un valor de cero.

17. El sistema de la reivindicación 9, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de distancia, en el que el primer módulo de protección redundante está configurado determinar una diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en una línea de neutro, y en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el elemento de distancia detecta una perturbación eléctrica y cuando la diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en la línea de neutro es mayor que un umbral predeterminado.

18. El sistema de la reivindicación 9, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de sobrecorriente, en el que el primer módulo de protección redundante está configurado para determinar un aumento en una corriente diferencial y determinar una disminución en una corriente de restricción, de tal manera que el primer módulo de protección redundante detecta un transformador de corriente abierto cuando el aumento de la corriente diferencial y la disminución de la corriente de restricción son aproximadamente equivalentes, y los valores determinados para la corriente diferencial y la corriente de restricción están por encima de un umbral predeterminado, y

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en el que el módulo de salida está configurado para indicar que existe una perturbación eléctrica cuando el elemento de sobrecorriente detecta una perturbación eléctrica y cuando el primer módulo de protección redundante no detecta un transformador de corriente abierto.

19. Un procedimiento de detección de una perturbación eléctrica en un sistema de suministro de energía eléctrica, que comprende: en un primer dispositivo electrónico inteligente (IED) , recibir una pluralidad de mediciones asociadas con un sistema de suministro de energía eléctrica, proporcionando la pluralidad de mediciones información suficiente al IED para detectar al menos dos tipos de perturbaciones eléctricas; un primer módulo de protección que detecta un primer tipo de perturbación eléctrica usando un primer subconjunto de la pluralidad de mediciones; un segundo módulo de protección que detecta un segundo tipo de perturbación eléctrica usando un segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones; un primer módulo de protección redundante que verifica la detección del primer tipo de perturbación eléctrica usando al menos una parte del segundo subconjunto de la pluralidad de mediciones; e indicando que existe una perturbación eléctrica en base a la detección del primer tipo de perturbación eléctrica y la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, que comprende además un segundo módulo de protección redundante que verifica la detección del segundo tipo de perturbación eléctrica usando al menos una parte del primer subconjunto de la pluralidad de mediciones.

21. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica se realiza cuando al menos uno del primer módulo de protección, el segundo módulo de protección, y el primer módulo de protección redundante detectan una perturbación eléctrica.

22. El procedimiento de la reivindicación 19, que comprende además generar una salida de desconexión para hacer que un disyuntor se desconecte en base a la salida de al menos uno del primer módulo de protección, el segundo módulo de protección, y el primer módulo de protección redundante.

23. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que al menos una de la pluralidad de

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mediciones comprende una medición de la corriente.

24. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que al menos una de la pluralidad de mediciones comprende una medición de tensión.

25. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que al menos una de la pluralidad de mediciones comprende una de una medición de la temperatura y una medida de detección de arco eléctrico.

26. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con uno de un generador, un transformador, una línea de transmisión, y una línea de distribución en el sistema de suministro de energía eléctrica.

27. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que el sistema de suministro de energía eléctrica comprende un sistema de suministro de energía eléctrica trifásico con tres líneas de fase, y en el que la pluralidad de mediciones comprende al menos una medición para cada una de las tres líneas de fase.

28. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que la detección de un primer tipo de perturbación eléctrica comprende determinar cuándo un diferencial de corriente de una primera línea de fase y una segunda línea de fase es mayor que un umbral predeterminado, en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende determinar cuándo un diferencial de corriente entre la tercera línea de fase y una de las primera y segunda líneas de fase es mayor que el umbral predeterminado, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando tanto el primer módulo de protección y el primer módulo de protección redundante detectan una perturbación eléctrica.

29. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de corriente de equilibrio entre fases, y en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende determinar una diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en una línea de neutro, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando tanto el primer módulo de protección y el primer módulo de protección redundante detectan una perturbación eléctrica.

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30. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de energía direccional, en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende la determinación de una diferencia entre la energía por fase entre una primera fase y una segunda fase, y la energía por fase entre la segunda fase y una tercera fase, y en el la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando tanto el primer módulo de protección y el primer módulo de protección redundante detectan una perturbación eléctrica.

31. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un primer elemento de voltios por hertzios configurado para supervisar una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de voltios por hertzios configurado para supervisar una segunda línea de fase, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando tanto el primer elemento de voltios por hertzios detecta una perturbación eléctrica y el segundo elemento de voltios por hertzios detecta una perturbación eléctrica.

32. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de protección de sobrecarga de tensión y en el que la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende detectar una sobretensión en una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de sobretensión y en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende detectar una sobretensión en una segunda línea de fase, y en el que la indicación de que existe una alteración eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una sobretensión en la primera línea de fase y el primer módulo de protección redundante detecta una sobretensión en la segunda línea de fase.

33. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de sobreintensidad de corriente y en el que la detección del primer

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tipo de perturbación eléctrica comprende detectar una sobrecorriente en una primera línea de fase, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un segundo elemento de sobrecorriente y en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende detectar una sobrecorriente en una segunda línea de fase, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una sobrecorriente en la primera línea de fase y el primer módulo de protección redundante detecta una sobrecorriente en la segunda línea de fase.

34. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de pérdida de excitación, en el que el primer módulo de protección redundante comprende un detector de tensión de secuencia negativa y un detector de corriente de secuencia negativa, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando el primer módulo de protección detecta una pérdida de excitación, el detector de tensión de secuencia negativa tiene un valor de cero, y el detector de corriente de secuencia negativa tiene un valor de cero.

35. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que la pluralidad de mediciones se asocian con un generador, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de distancia, en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende determinar una diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en una línea de neutro, y en el que la indicación de que existe una perturbación eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando el elemento de distancia detecta una perturbación eléctrica y cuando la diferencia entre la corriente de secuencia negativa en las líneas de fase y la corriente de secuencia negativa en la línea de neutro es mayor que un umbral predeterminado.

36. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que el primer módulo de protección comprende un elemento de sobrecorriente, en el que la verificación de la detección del primer tipo de perturbación eléctrica comprende que el primer módulo de protección redundante detecte un transformador de corriente

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abierto cuando el aumento en la corriente diferencial y la disminución en una corriente de restricción sean valores aproximadamente equivalentes y determinados para la corriente diferencial y la corriente de restricción y estén por encima de un umbral predeterminado, y en el que la indicación de que existe una alteración eléctrica comprende indicar una perturbación eléctrica cuando el elemento de sobrecorriente detecta una perturbación eléctrica y cuando el primer módulo de protección redundante no detecta un transformador de corriente abierto.