CIRCUITO DE EMULACIÓN DE ACOPLO ENTRE FASES PARA REDES ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN Y TRANSPORTE.

Circuito de emulación de acoplo entre fases para redes eléctricas de distribución y transporte.

Un circuito eléctrico para estudiar el acoplamiento entre fases de la red eléctrica trifásica, que está compuesto por tres redes en PI (1, 2, 3) en las que se incluye el acoplamiento entre las tensiones de cada fase, además de los comportamientos inductivos, resistivos y capacitivos, y que están interconectas entre un generador trifásico (7) y un resto de red o una carga (8), que comprenden cada una un núcleo toroidal (1c, 2c, 3c) en el que están bobinados una bobina de fase (1b, 2b, 3b) y una bobina de acoplo (1d, 2d, 3d). Cada una de las bobinas de fase (1b, 2b, 3b) está interconectada entre sendos condensadores (1a- 1a', 2a-2a', 3a-3a') conectados a las respectivas terminales de la bobina de fase (1b, 2b, 3b) y a tierra, mientras que los respectivos terminales de comienzo y los terminales finales de las bobinas de acoplo (1d, 2d, 3d) están conectados entre sí, de manera que las bobinas de fase (1b, 2b, 3b) operan como autoinducciones de línea y las bobinas de acoplo (1d, 2d, 3d) operan como autoinducciones de acoplo.

CIRCUITO DE EMULACIÓN DE ACOPLO ENTRE FASES PARA REDES ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN Y TRANSPORTE

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en el campo técnico del transporte y distribución de energía eléctrica y, particularmente, en el sector de los sistemas y dispositivos para el estudio del efecto que, en el acoplo entre fases, produce sobre una fase, un transitorio o una falta que ocurre

en otra fase.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El acoplamiento inductivo es un terna que preocupa

ampliamente en los sectores electrotécnicos y de

comunicaciones.

Así, por una parte, una de las cuestiones más relevantes se refiere a los distintos apantallamientos que se tienen que poner a los cables. En el caso del acoplo inductivo, se puede encontrar documentación con el título quot;13. 3. EL ACOPLAMIENTO INDUCTIVO EN LOS CABLES APANTALLADOSquot;, publicada en la dirección Web http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/EMC/ trabajos 01 02/blindajes apantallarnientos/Seleccion%20de%20cab les%20apantallados.htrn Por otra parte el acoplo inductivo ha sido preocupación de los diseñadores electrónicos, tal corno se describe en Sánchez Etchegaray: quot;Simulación analógica basada en SPicequot; Aula teórica (Universitat Politécnica de Catalunya) ; 51; ISBN 84-8301-154-9 (1996) , disponible en quot;http://books.google.com/ books?id=R02u2SF4rB8C&pg=PA73&lpg=PA73&dq=ACOPLO+INDUCTIVO&sou rce=bl&ots=NAxrBB2nxv&sig=aCvEcfaNOc OKe7AVNZUZwVSGyM&hl=es&ei =NrnfwSoDuAon7 AbBuoWdBw&sa=X&oi=book result&ct=result&resnurn=3 &ved=OCA4Q6AEwAg#v=onepage&q=ACOPL0%20INDUCTIVO&f=falsequot;. En este libro, se indica cómo se realiza la simulación en Pspice, de un transformador tornando corno base el acoplamiento inductivo.

Además, existen documentos de patente (tales corno, por

ejemplo, el documento ES-A-2212752) que se refieren a modos de transferir energía eléctrica mediante acoplamiento inductivo, y otros que sirven para mejorar las comunicaciones digitales. Los sistemas de estos dos árnbitos no tienen, sin embargo,

relevancia en la emulación del acoplo entre señales trifásicas.

En el ámbito del transporte y la distribución de energía eléctrica se tiene el documento CN-A-101359405. En este documento se plantea el problema seguridad y disponibilidad de las redes eléctricas de transporte y distribución para estudiar fenómenos eléctricos. Corno respuesta a este problema se propone una solución que se encuentra en el campo de la simulación y no de una emulación con circuitos reales. De forma similar, en el documento CN-A-1385708 se describe un método que, si bien se indica que se refiere a la realización de una emulación de la red eléctrica, realmente es un método de simulación en tiempo real mediante la resolución de ecuaciones diferenciales con microprocesadores, ya que una emulación requiere de la existencia de señales eléctricas iguales que las reales pero escaladas y sujetas a fenómenos reales, por lo que el método descrito en este documento no permite el estudio del efecto que produce sobre una fase, un transitorio o una falta que ocurre en otra fase matizados con las condiciones reales de contorno 2 5 En del documento Chen, H. et al. : quot;Modeling of Para sitic Inductive Couplings in a Pi-Shaped Common Mode EMI Filterquot; (quot;Modelado de acoplamientos inductivos parásitos en filtros EMI de configuración PI en modo comúnquot;) , Electrornagnetic Cornpatibility, IEEE Transactions on Electrornagnetic 30 Cornpatibility, vol. 50, n° 1, pp. 71-79; EMC Society (febrero 2008) se describe el resultado de la simulación y medidas prácticas cuando hay interferencias entre los diversos elementos de un filtro para equipos de comunicaciones que, no obstante no contempla el acoplo entre fases en las líneas de

Por otra parte, en el artículo de Ogashara, Y. et al.: quot;Measurement and Analysis of Inductive Coupling Noise in 90 nm Global Interconnectsquot; (quot;Medida y análisis del ruido por acoplo inductivo en interconectados globales de 90nmquot;) , IEEE Journal 5 of Solid-State Circuits, vol. 43, n° 3, pp. 718-728 (2008) se describe una aplicación que se ocupa del acoplamiento del ruido en nanotecnología y el circuito propuesto se ocupa de la emulación de sistemas que trabajan a escalas muy superiores (Mega y Giga Watios (voltamperios) ) a las líneas de transporte y distribución de energía eléctrica. En los documentos del estado de la técnica anteriormente citados, se habla de apantallamientos, transmisión de energía, simulaciones del acoplamiento o del sistema de transporte o distribución de energía eléctrica, simulaciones de acoplos en entornos específicos, pero en ninguna de las referencias localizadas se encuentra la aplicación de emular el acoplo interfases en líneas de transporte o de distribución de energía eléctrica. Existen en el mercado múltiples programas de software que realizan la simulación de líneas eléctricas de transporte y de distribución acopladas: MATLAB, ATP, y otros, pero no hay ningún equipo que permite el estudio del efecto que produce sobre una fase, un transitorio o una falta que ocurre en otra fase matizados con las condiciones reales de contorno. Dentro 2 5 de la simulación, incluyen el acoplamiento entre líneas. Las soluciones que se obtienen son simuladas y presentan el inconveniente de que, cuando se quiere hacer una prueba real, hay que desconectar un tramo de la red de transporte y distribución para validar los resultactos de la simulación.

Desconectar un tramo de red supone dejar a usuarios sin energía eléctrica por lo que raramente se hace. Era, por tanto, deseable encontrar un sistema de evaluación del acoplo entre fases para redes eléctricas de distribución y transporte que permitiera emular el acoplo que

transporte o de distribución y que se pudiera utilizar para

reproducir el acoplo equivalente de las tensiones de la red

eléctrica y, con ello, estudiar los efectos transitorios o

permanentes que produce una falta sobre la fase, o las fases

5 sin falta, y todo ello sin poner en riesgo la integridad de

los operarios ni monopolizar las líneas eléctricas para

ensayos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto superar los

10 inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados,

mediante un circuito de emulación de acoplo entre fases para

redes eléctricas de distribución y transporte que comprende

tres redes en PI interconectadas cada una entre una fase

eléctrica de un generador de corriente trifásica y una carga,

15 comprendiendo cada red dos condensadores respectivamente

conectados a un elemento de una autoinducción en forma de

bobina de fase, y comprendiendo cada bobina de fase un

terminal de entrada conectado a una fase eléctrica y un

terminal de salida conectado a una carga, estando el circuito

20 caracterizado porque

las bobinas de fase están bobinadas en sendos núcleos

toroidales;

el terminal de entrada de cada bobina de fase está

conectado a la entrada de un primer condensador y el terminal

2 5 de salida de cada bobina de fase está conectado a la entrada

de un segundo condensador;

la salida de cada condensador está conectada a tierra;

en cada núcleo toroidal está bobinada además una bobina

de acoplo;

3 O los terminales de comienzo y los terminales finales de

las bobinas de acoplo están respectivarnente conectados entre

sí.

Corno se puede observar, en este circuito las bobinas de

fase operan corno autoinducciones de línea y las bobinas de

35

En la emulación, la propia resistencia del propio cable

de la bobina de fase actúa corno resistencia de la fase

correspondiente o al menos corno parte de tal fase. En caso

necesario, cuando la resistencia del cable no es suficiente,

5 se puede integrar en al menos una de las redes PI

correspondiente una resistencia serie complementaria.

Mediante esta disposición, cuando se unen entre ellos

los bobinados de acoplo, se produce el traspaso de energía de

acoplo entre las fases que emula el acoplo interfases de una

1 O red de transporte o distribución real. El número de vueltas

del bobinado de acoplo se puede realizar con varios valores.

El circuito conforme a la invención se puede utilizar para la

emulación de cualquier tipo de cable de transporte o

distribución eléctrico. Una vez definidos estos tres aspectos,

15 las tablas de los cables...

l. Circuito de emulación de acoplo entre fases para redes

eléctricas de distribución y transporte que comprende tres

5 redes en PI (1, 2, 3) interconectadas cada una entre una fase

eléctrica (4, 5, 6) de un generador de corriente trifásica (7)

y una carga (8) , comprendiendo cada red (1, 2, 3) dos

condensadores (la-la'.

2. 2a'.

3. 3a') respectivamente

conectados a un elemento de una autoinducción en forma de

1 O bobina de fase (lb, 2b, 3b) , y comprendiendo cada bobina de

fase (lb, 2b, 3b) un terminal de entrada conectado a una fase

eléctrica (4, 5, 6) y un terminal de salida conectado a una

carga (8) , caracterizado porque

las bobinas de fase (lb, 2b, 3b) están bobinadas en

15 sendos núcleos toroidales (le, 2c, 3c) ;

el terminal de entrada de cada bobina de fase (lb, 2b,

3b) está conectado a la entrada de un primer condensador (la,

2a, 3a) y el terminal de salida de cada bobina de fase (lb,

2b, 3b) está conectado a la entrada de un segundo condensador

20 (la', 2a', 3a') ;

la salida de cada condensador (la-la'.

2. 2a'.

3. 3a')

está conectada a tierra;

en cada núcleo toroidal (le, 2c, 3c) está bobinada

además una bobina de acoplo (ld, 2d, 3d) ;

2 5 los terminales de comienzo y los terminales finales de

las bobinas de acoplo (ld, 2d, 3d) están respectivamente

conectados entre sí.

2. Circuito de acoplo según la reivindicación 1,

30 caracterizado porque al menos una de las redes en PI (1, 2 3)

comprende además una resistencia serie complementaria.