Detector de corriente de entrada de un transformador.

Un sistema de protección (100) para un transformador de potencia (110) que comprende:

Una primera bobina Rogowski (130A) p 5 osicionada para detectar una corriente principal asociada con un principal (110A) del transformador de potencia (110) y enviar una señal principal indicativa de la corriente principal;

Una segunda bobina Rogowski (130B) posicionada para detectar una corriente secundaria asociada con un secundario (110B) del transformador de potencia (110) y enviar una señal indicativa de la corriente secundaria;

Un relé de protección (150) configurado para aislar el transformador de potencia cuando se activa el relé de protección; y

Un controlador (150) operativo para activar el relé de protección, caracterizado por el hecho de que el controlador además es operativo para comparar la salida de la primera bobina Rogowski (130A) y la salida de la segunda bobina Rogowski (130B) para obtener una primera derivada temporal diferencial de corriente, para muestrear la primera derivada temporal diferencial de corriente basada en una relación de muestreo, para detectar una condición de corriente de entrada cuando un número predeterminado de muestras secuenciales de la primera derivada temporal diferencial de corriente están dentro de una relación predeterminada, y para evitar la activación del relé de protección en respuesta a la detección de la condición de corriente de entrada.

Detector de corriente de entrada de un transformador CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de protección diferencial para transformadores de potencia y más concretamente a un sistema de protección para un transformador de potencia que utiliza bobinas Rogowski para detectar corriente y para detectar corriente de entrada del transformador de potencia.

ANTECEDENTES

Un transformador de potencia se utiliza para intensificar o reducir un voltaje. Es decir, el voltaje de salida es el voltaje de entrada por un factor de incremento. Este factor de incremento se denomina generalmente relación de transformación y también se conoce como relación de vueltas. Esta relación se define como la relación de los voltajes del primario y el secundario para un transformador de dos devanados. En general, un transformador que incrementa el voltaje bajará la corriente mientras que un transformador que disminuye el voltaje elevará la corriente. Dado que la potencia es igual al voltaje por la corriente, la potencia es la misma en ambos lados del transformador, ignorando pérdidas del transformador. Además de multiplicarse por la relación de transformación, la corriente que entra en un transformador de potencia, debe ser igual a la corriente que sale del transformador de potencia. Una diferencia entre la corriente que sale del transformador puede indicar un fallo en el transformador en lugar de pasar a través del transformador.

La protección diferencial de los transformadores de potencia es una técnica que compara la corriente que entra en el transformador con la corriente que sale del transformador. Un lado de un transformador es el primario mientras que el otro lado es el secundario. Habitualmente, el lado donde entra la energía es el primario. Un sistema de protección diferencial detecta la corriente en el lado primario y también detecta la corriente en el lado secundario. El área entre los detectores de corriente se denomina zona de protección. El sistema de protección diferencial determina si existe una diferencia excesiva, además del factor de escalamiento, entre los dos detectores de corriente. Si la diferencia supera el valor del relé (umbral diferencial), es posible que tenga lugar un fallo en la zona de protección, y un relé de protección inicia la operación de un disyuntor u otro dispositivo para aislar el transformador de potencia.

La diferencia entre la corriente principal y la corriente secundaria que se requiere para disparar el sistema de protección diferencial y provocar que el relé de protección actúe se puede denominar umbral diferencial del sistema de protección diferencial. Un sistema de protección diferencial con un menor umbral diferencial puede ser más sensible, pero puede dispararse por error por motivos que no impliquen un fallo.

En general, los transformadores de corriente se usan en un sistema de protección diferencial para detectar la corriente del primario y la corriente del secundario. Los transformadores de corriente habitualmente tienen núcleos de hierro y pueden saturarse. La saturación del núcleo del transformador tiene lugar cuando se induce más flujo magnético en el transformador del que puede manejarse por el núcleo. Cuando se satura un núcleo del transformador, éste puede perder sus características inductivas permitiendo que las corrientes en los devanados del transformador provoquen temporalmente corrientes de fuga hasta niveles extremadamente altos. La saturación desigual entre el transformador de corriente que detecta la corriente del primario y el transformador de corriente que detecta la corriente del secundario es un ejemplo de un caso de un disparo por error ya que no hay ningún fallo.

Con el fin de detectar por error condiciones de fallo por razones tales como saturación del sensor de corriente, el umbral diferencial del sistema de protección puede establecerse como un porcentaje de la corriente que pasa a través del transformador. Este valor de umbral diferencial se proporciona generalmente añadiendo componentes de restricción que estabilizan el relé de protección. La estabilización del relé mejora el desempeño dado que altas corrientes de paso necesitarán un mayor diferencial de corriente para operar el relé. Esta cualidad generalmente se caracteriza por la pendiente del relé. La pendiente se da mediante una línea con pendiente que relaciona la corriente que atraviesa el transformador con el valor de umbral diferencial. La línea tiene una pendiente ya que una mayor corriente de paso implica establecer un mayor umbral diferencial. Dicha relación puede ¡lustrarse utilizando una línea con pendiente ascendente cuando se traza sobre un gráfico con la corriente que pasa en el eje horizontal y el umbral de corriente diferencial en el eje vertical. Los sistemas donde el relé está digitalmente controlado, pueden utilizarse múltiples pendientes para evitar la operación inapropiada del relé de protección en condiciones que implican una gran saturación del transformador de corriente ocasionada por altas corrientes de fallo.

La corriente de entrada es la corriente de alimentación atraída por un dispositivo cuando se aplica ¡nicialmente energía al dispositivo. La corriente de entrada es un fenómeno transitorio de arranque. Cuando un transformador de potencia se alimenta por primera vez, una corriente de entrada mucho mayor que la corriente nominal del transformador puede circular hasta por décimas de segundo. Es decir, cuando un transformador se enciende por primera vez, debe circular una corriente mayor hacia el transformador para establecer los campos magnéticos en el núcleo del transformador. La corriente de entrada fluye en el lado de energización del transformador, mientras que en el otro lado del transformador puede haber muy poco o no haber flujo de corriente. En una aplicación en red, el

lado de energización del transformador puede ser el lado primarlo o el lado secundarlo. Dado que la corriente de entrada generalmente fluye solo en un lado del transformador, el diferencial de corriente entre los lados primarlo y secundarlo del transformador puede superar fácilmente el umbral diferencial del sistema de protección diferencial y puede hacer que el relé de protección aísle al transformador de potencia Incluso a pesar de que no exista un fallo real.

El aislamiento Innecesario de un transformador de potencia durante una condición de corriente de entrada puede mitigarse detectando la corriente de entrada y, como respuesta, bloquear el elemento de protección diferencial dentro del relé de protección. De forma tradicional, la corriente de entrada es detectada mediante la extracción del segundo componente armónico de la corriente de entrada utilizando algoritmos matemáticos. Esta técnica Involucra habltualmente la aplicación de filtros en las mediciones de corriente para aislar el segundo componente armónico que es una reglón de la señal de corriente de aproximadamente el doble de la frecuencia de funcionamiento del sistema de energía. Se han desarrollado diversos diseños de filtros, con distintas complejidades, para extraer esta información del segundo armónico. Cuando se modifican las características de respuesta en este segundo armónico para diferentes transformadores, así como la complejidad de los diseños de filtros relacionados, a menudo dificultan dichos enfoques tradicionales.

En consecuencia, existe en la técnica una necesidad de un sistema de protección diferencial de transformadores de potencia para detectar con mayor precisión la corriente de entrada y reducir el aislamiento innecesario del transformador de potencia durante una condición de corriente de entrada.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La patente americana US 2004/027748 describe un sistema de protección para un transformador de potencia, que comprende: una primera bobina Rogowski posicionada para detectar una corriente principal asociada con un primario del transformador de potencia y enviar una señal primaria indicativa de la corriente principal; una segunda bobina Rogowski posicionada para detectar una corriente secundaria asociada con un secundario del transformador de potencia y enviar una señal indicativa de la corriente secundaria; un relé de protección configurado para aislar el transformador de potencia cuando el relé de protección está activado; y un controlador que puede funcionar para activar el relé de protección.

Dicho sistema se caracteriza por el hecho de que el controlador además puede funcionar para comparar la salida de la primera bobina Rogowski y la salida de la segunda bobina Rogowski para obtener una primera derivada temporal diferencial de corriente, para muestrear la primera derivada temporal diferencial de corriente basada en una relación de muestreo, para detectar... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de protección (100) para un transformador de potencia (110) que comprende:

Una primera bobina Rogowski (130A) posicionada para detectar una corriente principal asociada con un principal (110A) del transformador de potencia (110) y enviar una señal principal indicativa de la corriente principal;

Una segunda bobina Rogowski (130B) posicionada para detectar una corriente secundaria asociada con un secundario (110B) del transformador de potencia (110) y enviar una señal indicativa de la corriente secundaria;

Un relé de protección (150) configurado para aislar el transformador de potencia cuando se activa el relé de protección; y

Un controlador (150) operativo para activar el relé de protección, caracterizado por el hecho de que el controlador además es operativo para comparar la salida de la primera bobina Rogowski (130A) y la salida de la segunda bobina Rogowski (130B) para obtener una primera derivada temporal diferencial de corriente, para muestrear la primera derivada temporal diferencial de corriente basada en una relación de muestreo, para detectar una condición de corriente de entrada cuando un número predeterminado de muestras secuenciales de la primera derivada temporal diferencial de corriente están dentro de una relación predeterminada, y para evitar la activación del relé de protección en respuesta a la detección de la condición de corriente de entrada.

2. El sistema (100) de la reivindicación 1, en el que el controlador (150) evita la activación del relé de protección (150) al retrasar la activación del relé de protección durante un número predeterminado de ciclos después de la detección de la condición de corriente de entrada.

3. El sistema (100) de la reivindicación 1, en el que el número predeterminado de muestras secuenciales se basa en un porcentaje del número de muestras en un ciclo según la relación de muestreo.

4. El sistema (100) de la reivindicación 1, en el que el número predeterminado de muestras secuenciales es un cuarto del número de muestras en un ciclo según la relación de muestreo.

5. El sistema (100) de la reivindicación 1, en el que el número predeterminado de muestras secuenciales es al menos un quinta parte del número de muestras en un ciclo según la relación de muestreo.

6. El sistema (100) de la reivindicación 1, en el que el controlador (150) puede además actuar para determinar que la activación del relé de protección (150) está justificado en respuesta a una determinación que una diferencia entre la corriente principal y un valor ajustado de la corriente secundaria supera un límite específico, y en el que el controlador evita la activación justificada del relé de protección en respuesta a la detección de la condición de entrada.

7. Un método para detectar la corriente de entrada de un transformador de potencia (110), que comprende las etapas de:

Detectar una primera derivada temporal de corriente principal utilizando una primera bobina Rogowski (130A);

Detectar una primera derivada temporal de corriente secundaria utilizando una segunda bobina Rogowski (130B); caracterizado por

Comparar la primera derivada temporal de corriente principal y la primera derivada temporal de corriente secundaria para determinar una primera derivada temporal diferencial de corriente;

Muestrear la primera derivada temporal diferencial de corriente basado en una relación de muestreo; y Determinar la existencia de una condición de entrada de corriente en respuesta a la primera derivada temporal diferencial de corriente muestreada cuando un número predeterminado de muestras secuenciales de la primera derivada temporal diferencial de corriente están dentro de una relación predeterminada.

8. El método de la reivindicación 7, que comprende además la etapa de bloquear el funcionamiento de un relé de protección (150) en respuesta a una determinación de la existencia de una condición de corriente de entrada.

9. El método de la reivindicación 7, en el que la etapa de determinar la existencia de una condición de corriente de entrada comprende especificar una relación predeterminada para la primera derivada temporal diferencial de corriente e identificar un número predeterminado de muestras secuenciales de la primera derivada temporal diferencial de corriente dentro de la relación concreta predeterminada.

10. El método de la reivindicación 7, en el que la etapa de determinar la existencia de una condición de corriente de entrada comprende identificar un cuarto de muestras por ciclo de energía para estar de forma secuencia! dentro de una relación concreta para la primera derivada temporal diferencial de corriente.

11. El método de la reivindicación 7, en el que la etapa de determinar la existencia de una condición de corriente de entrada comprende Identificar al menos una quinta parte de muestras por ciclo de energía para estar de forma secuenclal dentro de una relación concreta para la primera derivada temporal diferencial de corriente.

5 12. El sistema (100) de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 7, en el que la relación de muestreo se

realiza dieciséis veces por ciclo, sesenta y cuatro veces por ciclo, y 256 veces por ciclo.

13. El sistema (100) de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 9, en el que la relación predeterminada se basa en un porcentaje de al menos una corriente de pico, una corriente de entrada, y una corriente nominal.

14. El sistema o método de la reivindicación 13, en el que el porcentaje es más o menos un 5%, 10%, 20%, 25% y 30%.

15. El sistema (100) de la reivindicación 1 o el método de la reivindicación 9, en el que la relación de muestreo es 15 dieciséis muestras por ciclo, y en el que el número predeterminado de muestras secuenciales es de tres muestras o

bien de cuatro muestras.