ES2577881B2 - Distributed wireless system and procedure for the classification and location of faults in an underground electrical distribution network - Google Patents

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Abstract

Sistema inalámbrico distribuido y procedimiento para la clasificación y localización de faltas en una red de distribución eléctrica subterránea. El sistema comprende dispositivos sensores (3), conformando una red de sensores inalámbricos (2), distribuidos en la red de distribución eléctrica subterránea (1) y acoplados a conductores (7) de la red (1) de forma que todos los tramos de conductores entre bifurcaciones tienen asociados un dispositivo sensor (3). Los dispositivos sensores (3) comprenden medios de medición de la corriente (34) que circula por el conductor (7), estando sincronizados entre sí y configurados para identificar el tipo de falta originada y la localización de la misma mediante el intercambio de mensajes, entre los distintos dispositivos sensores (3), con información de las medidas de corriente sincronizadas y mediante el análisis de la información fasorial de dichas medidas de corriente sincronizadas, teniendo en cuenta la topología de la red.Distributed wireless system and procedure for the classification and location of faults in an underground electrical distribution network. The system comprises sensor devices (3), forming a network of wireless sensors (2), distributed in the underground electrical distribution network (1) and coupled to conductors (7) of the network (1) so that all sections of Drivers between branches have a sensor device (3) associated. The sensor devices (3) comprise means for measuring the current (34) that circulates through the conductor (7), being synchronized with each other and configured to identify the type of fault originated and the location thereof by exchanging messages, between the different sensor devices (3), with information on the synchronized current measurements and through the analysis of the fasorial information of said synchronized current measurements, taking into account the network topology.

Description

Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de los métodos y equipos para la localización de faltas en lineas de distribución eléctricas, y más concretamente en líneas subterráneas de distribución eléctricas de media tensión. Field of the Invention The present invention falls within the field of methods and equipment for locating faults in electrical distribution lines, and more specifically in underground medium-voltage electrical distribution lines.

Antecedentes de la invención Es tarea fundamental de las compañías eléctricas garantizar el suministro de energía a los usuarios en condiciones de continuidad y calidad. Así, la localización de faltas en líneas eléctricas se convierte en una tarea prioritaria para estas compañías. Una vez detectada una falta, estimar automáticamente su posición desde el centro de control aporta grandes ventajas desde el punto de vista de calidad del servicio, ya que disminuye tanto el tiempo de restauración como el número de maniobras necesarias. Por esto es muy atractivo, en términos de calidad y economía, la implantación de sistemas de localización de esta naturaleza. BACKGROUND OF THE INVENTION It is a fundamental task of electricity companies to guarantee the supply of energy to users in conditions of continuity and quality. Thus, the location of faults in power lines becomes a priority task for these companies. Once a fault has been detected, automatically estimating its position from the control center provides great advantages from the point of view of service quality, since both the restoration time and the number of maneuvers required are reduced. For this reason it is very attractive, in terms of quality and economy, the implementation of location systems of this nature.

El desarrollo y aplicación de sistemas basados en microprocesadores en ingeniería eléctrica (lEOs) marca la aparición de las primeras técnicas de localización automática de fallos [1 , 2]. Desde entonces se han desarrollado numerosos métodos de localización automática de fallos que se clasifican en cuatro categorias: The development and application of microprocessor-based systems in electrical engineering (lEOs) marks the emergence of the first automatic fault location techniques [1, 2]. Since then numerous methods of automatic fault location have been developed that are classified into four categories:

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Métodos basados en ondas viajeras ("travelling waves"). Este tipo de métodos analizan las señales de alta frecuencia (>500kHz), en corrientes o tensiones, producidas por los impulsos generados al desencadenarse el fallo [3]. Estos impulsos viajan a velocidades elevadas a través de las líneas eléctricas. La detección de la llegada del impulso a dos puntos distantes permite estimar la posición del fallo. Estas técnicas no precisan de un conocimiento completo de las características de las lineas, sin embargo, las altas velocidades de las ondas ocasionan grandes errores en la localización de la falta. Methods based on traveling waves ("traveling waves"). These types of methods analyze the high frequency signals (> 500kHz), in currents or voltages, produced by the impulses generated when the fault is triggered [3]. These impulses travel at high speeds through the power lines. The detection of the arrival of the impulse at two distant points allows to estimate the position of the fault. These techniques do not require complete knowledge of the characteristics of the lines, however, high wave speeds cause large errors in the location of the fault.

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Métodos que usan componentes de relativa alta frecuencia de tensiones o corrientes. Para estimar la posición del fallo, estos métodos utilizan las medidas obtenidas Methods that use relatively high frequency components of voltages or currents. To estimate the position of the fault, these methods use the measurements obtained

con frecuencias relativamente altas (>10KHz), que se analizan utilizando técnicas basadas en el análisis en el dominio de la frecuencia. with relatively high frequencies (> 10KHz), which are analyzed using techniques based on frequency domain analysis.

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Métodos de impedancia. Estos métodos usan las componentes fundamentales (tasores) de tensiones e intensidades en puntos terminales de la línea. Son los más usados en la localización de faltas en redes de distribución y consisten en calcular las impedancias de las líneas, tal y como se ven desde los terminales de las mismas, antes y durante la falta. Una buena descripción de los diferentes métodos se encuentra en [5] y sus extensiones a distintos casos de falta en [6]. Impedance methods. These methods use the fundamental components (appraisers) of tensions and intensities at endpoints of the line. They are the most used in locating faults in distribution networks and consist in calculating the impedances of the lines, as seen from the terminals of the same, before and during the fault. A good description of the different methods is found in [5] and its extensions to different cases of failure in [6].

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Métodos basados en la detección puntual de sobrecorriente. Estos métodos se basan en el uso de Indicadores de Circuito de Falta (FCI), como se explica por ejemplo en la patente US7023691·B1. Estos elementos son capaces de detectar, de forma local, eventos de sobrecorriente, memorizándolos durante un tiempo o hasta que el dispositivo sea reseteado. En base a esta información, en sistemas con distribución radial, es posible determinar el tramo de línea en el que se originó la falta. Sin embargo, en sistemas con generación distribuida donde el flujo de polencia no es unidireccional, estos sistemas no son capaces de realizar la localización. En estos casos es necesario utilizar FCls direccionales (como se indica por ejemplo en la patente US7969155·B2) los cuales, empleando una medida de la fase de la tensión, son capaces de determinar la dirección del flujo de potencia originado por la falta. Siguiendo estas direcciones es posible determinar el tramo bajo falta, incluso en estas redes con generación distribuida. La información generada por este tipo de dispositivos es habitualmente visual (piloto luminoso o elemento móvil) que permiten al operario conocer, mediante una inspección directa, el estado del dispositivo. Existen en el mercado sistema con comunicación inalámbrica que permiten acceder a la información de forma remota. Estos sistemas están basados en radioenlaces de corta distancia, o en comunicaciones GSM o GPRS. Methods based on punctual overcurrent detection. These methods are based on the use of Fault Circuit Indicators (FCI), as explained for example in US7023691 · B1. These elements are capable of detecting, locally, overcurrent events, memorizing them for a while or until the device is reset. Based on this information, in systems with radial distribution, it is possible to determine the section of line in which the fault originated. However, in systems with distributed generation where the flow of polency is not unidirectional, these systems are not able to perform the location. In these cases it is necessary to use directional FCls (as indicated for example in US7969155 · B2) which, using a measure of the voltage phase, are able to determine the direction of the power flow caused by the fault. Following these directions it is possible to determine the section under fault, even in these networks with distributed generation. The information generated by this type of devices is usually visual (light pilot or mobile element) that allow the operator to know, by direct inspection, the status of the device. There is a system with wireless communication on the market that allows access to information remotely. These systems are based on short distance radio links, or GSM or GPRS communications.

Hasta la fecha existen numerosos documentos de patente relativos a sistemas de localización de faltas en líneas eléctricas: To date there are numerous patent documents related to fault location systems in power lines:

. W02007032697·A1 presenta un método para localizar faltas dividiendo en secciones las líneas de un sistema de transmisión o distribución y asumiendo una hipotética localización en al menos una de estas secciones, partiendo de las medidas de las corrientes, en las condiciones de fallo y también en pre·fallo, en todas las estaciones . W02007032697 · A1 presents a method for locating faults by dividing the lines of a transmission or distribution system into sections and assuming a hypothetical location in at least one of these sections, based on the measurements of the currents, in the fault conditions and also in pre · failure, in all seasons

terminales del sistema, y además, de la medida de la fase del voltaje de línea, en las condiciones de fallo y pre-fallo, en una de las estaciones terminales del sistema. system terminals, and also the measurement of the line voltage phase, in the fault and pre-fault conditions, in one of the system's terminal stations.

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AU2008200131-A1 describe un sistema de localización del punto de fallo, utilizando varias estaciones esclavas que recogen datos de la situación pre-fallo de la línea de distribución y de una estación maestra, donde se recibe y procesa toda esta información, deduciéndose un único punto de fallo, a partir de un conjunto mayor de posibilidades compatibles con las mediciones. AU2008200131-A1 describes a system for locating the point of failure, using several slave stations that collect data on the pre-failure situation of the distribution line and a master station, where all this information is received and processed, deducting a single point of failure, from a greater set of possibilities compatible with the measurements.

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W02013091028-A1 plantea un despliegue de un sistema de sensores para el registro de parámetros eléctricos, en redes de baja tensión. Estos elementos de medida utilizan un sistema de GPS para su sincronización e irán conectados en los extremos de las líneas de distribución (uno por línea) y se comunicarán con la estación base a través de una conexión de banda ancha. W02013091028-A1 proposes a deployment of a sensor system for the registration of electrical parameters, in low voltage networks. These measuring elements use a GPS system for synchronization and will be connected at the ends of the distribution lines (one per line) and will communicate with the base station through a broadband connection.

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US20130205900-A 1 plantea un sistema de gestión de redes de distribución eléctrica, basado en un despliegue de sensores en redes de distribución eléctrica aéreas, registrando información de naturaleza eléctrica y mecánica. Cada uno de estos sensores, se comunica directamente con una estación receptora, que registra y procesa la información de los nodos, tratando de determinar las características de la instalación, facilitando las opresiones de mantenimiento. US20130205900-A 1 proposes an electrical distribution network management system, based on a deployment of sensors in aerial electrical distribution networks, recording information of an electrical and mechanical nature. Each of these sensors, communicates directly with a receiving station, which registers and processes the information of the nodes, trying to determine the characteristics of the installation, facilitating maintenance oppressions.

En la presente invención se plantea el uso de un sistema distribuido no intrusivo basado en redes de sensores inalámbricos (WSN) como alternativa para realizar la localización de faltas en redes eléctricas de distribución subterráneas. Una red de sensores inalámbricos está formada por una serie de pequeños dispositivos de bajo consumo (nodos), con capacidad de comunicación inalámbrica entre ellos y que colaboran para analizar un fenómeno en común. In the present invention, the use of a non-intrusive distributed system based on wireless sensor networks (WSN) is proposed as an alternative to locate faults in underground electrical distribution networks. A network of wireless sensors is made up of a series of small, low-power devices (nodes), capable of wireless communication between them and that collaborate to analyze a common phenomenon.

Las redes de sensores poseen muchas aplicaciones [71, siendo una de las principales la monitorización ubicua y pervasiva de un entorno. La aplicación de la tecnología de redes de sensores inalámbricos en el campo de las redes de distribución eléctricas es una alternativa emergente, con numerosas aportaciones en los últimos años, tanto de carácter general [8, 9], como de aplicación en aspectos específicos, como: vigilancia de líneas aéreas [10]; monitorización de sistemas de generación distribuida [11], o gestión de sistemas de carga de vehículos eléctricos híbridos, etc. Sin embargo, en ningún caso se ha aplicado las redes Sensor networks have many applications [71, the ubiquitous and pervasive monitoring of an environment being one of the main ones. The application of wireless sensor network technology in the field of electrical distribution networks is an emerging alternative, with numerous contributions in recent years, both of a general nature [8, 9], and of application in specific aspects, such as : airline surveillance [10]; monitoring of distributed generation systems [11], or management of charging systems for hybrid electric vehicles, etc. However, in no case has the networks been applied

de sensores inalámbricas a la localización de faltas en líneas eléctricas subterráneas, lo cual constituye una de las novedades de la presente invención. from wireless sensors to the location of faults in underground power lines, which constitutes one of the novelties of the present invention.

Precisamente, es este hecho uno de los puntos donde se plantea una importante innovación con respecto a los dispositivos de localización de falta actuales. Hasta ahora, existen sólo dos variantes para estos sistemas de localización: los que utilizan un procesado local y aislado (basado exclusivamente en información local) y los que utilizan un procesado centralizado (en los que toda la información se concentra y procesa en un único nodo). La presente invención, por el contrario, se basa en un procesado colaborativo entre nodos, que dotan al sistema de la capacidad de detectar, localizar y clasificar las faltas en sistemas con generación distribuida, basándose únicamente en la información de corriente, no requiriendo una medida de la fase de la tensión (al contrario de los FCls direccionales que sí la necesitan), medida que es inaccesible en cables apantallados (habituales en las líneas de distribución subterráneas). Este hecho pone de manifiesto la capacidad del sistema colaborativo de la presente invención, gracias a la cual se puede localizar una falta debida a un fallo en el aislamiento interno (en la que el retorno de la corriente de falta se realiza por la malla), y que resuelven los sistemas actuales tipo FCI. Precisely, this is one of the points where there is an important innovation regarding the current fault location devices. So far, there are only two variants for these location systems: those that use local and isolated processing (based exclusively on local information) and those that use centralized processing (in which all information is concentrated and processed on a single node ). The present invention, on the other hand, is based on a collaborative processing between nodes, which gives the system the ability to detect, locate and classify faults in systems with distributed generation, based solely on current information, not requiring a measure of the phase of the tension (unlike the directional FCls that do need it), a measure that is inaccessible in shielded cables (customary in underground distribution lines). This fact shows the capacity of the collaborative system of the present invention, thanks to which a fault due to a fault in the internal insulation can be located (in which the return of the fault current is carried out by the mesh), and that solve the current FCI type systems.

Referencias bibliográficas Bibliographic references

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Descripción de la invención La presente invención se refiere a un sistema y un método para la localización de faltas en líneas subterráneas de distribución eléctricas de media tensión. En concreto, se presenta un sistema diseñado como una red de sensores inalámbricos con múltiples sensores de corriente no inlrusivos, que permite la detección, clasificación y localización de las faltas. DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a system and method for locating faults in medium voltage electrical distribution underground lines. Specifically, it presents a system designed as a wireless sensor network with multiple non-embedded current sensors, which allows the detection, classification and location of faults.

El sistema inalámbrico distribuido para la clasificación y localización de faltas en una red de distribución eléctrica subterránea comprende una red de sensores inalámbricos distribuidos en una red de distribución eléctrica subterránea. La red de sensores inalámbricos está formada por una pluralidad de dispositivos sensores que constituyen los nodos sensores de la red. Cada dispositivo sensor está acoplado magnéticamente a un conductor de la red de distribución eléctrica subterránea a monitorizar, estando los dispositivos sensores de la red distribuidos de forma que todos los tramos de conductores entre bifurcaciones tienen acoplados al menos un dispositivo sensor. The distributed wireless system for the classification and location of faults in an underground electrical distribution network comprises a network of wireless sensors distributed in an underground electrical distribution network. The wireless sensor network is formed by a plurality of sensor devices that constitute the sensor nodes of the network. Each sensor device is magnetically coupled to a conductor of the underground electrical distribution network to be monitored, the sensor devices of the network being distributed so that all sections of conductors between branches have at least one sensor device coupled.

Cada dispositivo sensor dispone de un módulo de comunicación inalámbrico para la comunicación con otros dispositivos sensores de la red ubicados dentro de su alcance, medios de procesamiento de datos y medios de medición de la corriente que circula por el conductor al que está asociado. Each sensor device has a wireless communication module for communication with other network sensing devices located within its reach, data processing means and means for measuring the current flowing through the conductor with which it is associated.

Los dispositivos sensores están sincronizados entre si y configurados para, una vez detectado un evento de falta, identificar el tipo de falta originada y el punto de la red de distribución eléctrica subterránea donde se ha producido la falta mediante el intercambio de mensajes, entre los distintos dispositivos sensores, con información de las medidas de corriente sincronizadas y mediante el análisis de la información fasorial de dichas medidas de corriente sincronizadas, teniendo en cuenta la topología de la red. The sensor devices are synchronized with each other and configured to, once a fault event is detected, identify the type of fault originated and the point of the underground electrical distribution network where the fault has occurred through the exchange of messages, between the different sensor devices, with information on synchronized current measurements and by analyzing the fasorial information of said synchronized current measurements, taking into account the network topology.

Para realizar la localización de la falta los dispositivos sensores están preferentemente configurados para: To perform the fault location, the sensor devices are preferably configured to:

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determinar el segmento de línea en el que se encuentra la falta mediante la comparación de las corrientes de entrada y de salida de los distintos segmentos que componen la red de distribución eléctrica subterránea, determine the line segment in which the fault is found by comparing the input and output currents of the different segments that make up the underground electrical distribution network,

--
clasificar el tipo de falta en el segmento afectado, determinando la línea o líneas del segmento sometidas a falta y el tipo de fallo de aislamiento producido, y en particular si el fallo se produce por una derivación a tierra o por una pérdida de aislamiento en el interior del cable; classify the type of fault in the affected segment, determining the line or lines of the segment subject to failure and the type of insulation failure produced, and in particular if the fault is caused by a grounding or a loss of insulation in the cable inside;

--
estimar la localización de la falta dentro del segmento en el que se ha producido la falta teniendo en cuenta la clasificación de la misma. estimate the location of the fault within the segment in which the fault occurred taking into account its classification.

Los dispositivos sensores están preferentemente configurados para realizar la sincronización conjunta empleando la detección de paso por cero de las medidas de corriente de los nodos sensores, y teniendo en cuenta la situación de los nodos sensores dentro de la red de distribución eléctrica subterránea a monitorizar y que el sumatorio fasarial de las corrientes en todos los nodos es igual a cero. The sensor devices are preferably configured to perform the synchronization jointly using the zero-pass detection of the current measurements of the sensor nodes, and taking into account the situation of the sensor nodes within the underground electrical distribution network to be monitored and which The fasarial sum of currents in all nodes is equal to zero.

En una realización preferida los dispositivos sensores disponen de una bobina de alimentación que rodea al conductor y a través de la cual recibe la energía de alimentación. In a preferred embodiment the sensor devices have a power coil that surrounds the conductor and through which it receives the power supply.

Los medios de medición de la corriente de los dispositivos sensores comprenden preferiblemente al menos una bobina de Rogowski. The current measuring means of the sensor devices preferably comprise at least one Rogowski coil.

Los dispositivos sensores pueden estar ubicados en arquetas de la red de distribución The sensor devices may be located in distribution network boxes

, ,

eléctrica subterránea, de forma tal que permiten monitorizar todo el flujo de potencia de la red de distribución eléctrica subterránea. underground electricity, in such a way that they allow monitoring all the power flow of the underground electrical distribution network.

El sistema puede comprender adicionalmente una unidad de control y una pasarela con capacidad de comunicación inalámbrica configurada para recoger información de la red de sensores inalámbricos y transmitírsela a la unidad de control. The system may additionally comprise a control unit and a gateway with wireless communication capability configured to collect information from the wireless sensor network and transmit it to the control unit.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de clasificación y localización de faltas en una red de distribución eléctrica subterránea. El procedimiento comprende: Another aspect of the present invention relates to a method of classifying and locating faults in an underground electrical distribution network. The procedure includes:

--
establecer una red de sensores inalámbricos en una red de distribución eléctrica subterránea, dicha red de sensores inalámbricos estando formada por una pluralidad de dispositivos sensores sincronizados entre sí y que constituyen los nodos sensores de la red; donde cada dispositivo sensor está asociado a un conductor de la red de distribución eléctrica subterránea a monitorizar, estando los dispositivos sensores de la red distribuidos de forma que todos los tramos de conductores entre bifurcaciones tienen asociados al menos un dispositivo sensor; establishing a wireless sensor network in an underground electrical distribution network, said wireless sensor network being formed by a plurality of sensor devices synchronized with each other and constituting the sensor nodes of the network; where each sensor device is associated with a conductor of the underground electrical distribution network to be monitored, the sensor devices of the network being distributed so that all sections of conductors between branches have at least one sensor device associated;

--
medir, por parte de cada dispositivo sensor, la corriente que circula por el conductor al que está asociado; measure, by each sensor device, the current flowing through the conductor to which it is associated;

--
ante la detección de un evento de falta, identificar el tipo de falta originada y la localización de la falta mediante el intercambio de mensajes, entre los distintos dispositivos sensores, con información de las medidas de corriente sincronizadas y mediante el análisis de la infonnación fasorial de dichas medidas de corriente sincronizadas, teniendo en cuenta la topología de la red. before the detection of a fault event, identify the type of fault originated and the location of the fault by exchanging messages, between the different sensor devices, with information on the synchronized current measurements and by analyzing the fasorial infonation of said synchronized current measurements, taking into account the network topology.

Para lograr la detección y localización de faltas, además de la medida en si de la corriente que circula por las líneas, es necesario que la red de sensores provea de dos servicios básicos: un método de formación y encaminamiento de los mensajes, y un mecanismo de sincronización de tiempo que permita compartir un reloj global entre todos los dispositivos. Ambos son problemas clásicos de las redes de sensores, para lo que se han propuesto múltiples soluciones [12, 13, 14], pero aún hoy en día no es una línea de investigación cerrada, puesto que no existen algoritmos óptimos para todas las aplicaciones. To achieve the detection and location of faults, in addition to the measurement of the current flowing through the lines, it is necessary that the sensor network provide two basic services: a method of training and routing of messages, and a mechanism of time synchronization that allows to share a global clock between all the devices. Both are classic problems of sensor networks, for which multiple solutions have been proposed [12, 13, 14], but even today it is not a closed line of research, since there are no optimal algorithms for all applications.

Con el fin de sincronizar los nodos, la presente invención incluye un método de sincronización global de tiempo que usa el propio sistema distribuido de medidas de la corriente de la red de sensores. Gracias a estas medidas distribuidas y mediante un método colaborativo, se puede estimar y calibrar un reloj global para la red de sensores que da soporte, entre otras cosas, a la implementación de métodos de encaminamiento de la información que minimizan el consumo de energía eléctrica. In order to synchronize the nodes, the present invention includes a method of global time synchronization using the distributed system of current measurements of the sensor network. Thanks to these distributed measures and through a collaborative method, a global clock can be estimated and calibrated for the sensor network that supports, among other things, the implementation of information routing methods that minimize the consumption of electrical energy.

El novedoso sistema de localización de faltas en lineas de distribución eléctricas subterráneas está basado por tanto en el análisis colaborativo de los flujos netos de corrientes adquiridos mediante el empleo de una red de sensores no intrusivos que se comunican de forma inalámbrica, formando una red de sensores inalámbrica (WSN). La ventaja de este planteamiento con red de sensores, es que éste no requiere ningún tipo información de modulo y/o fase de la tensión, parámetros no accesibles sin perforación en los cables apantallados presentes habitualmente en las líneas subterráneas de distribución eléctrica. El sistema únicamente requiere las medidas de corriente adquiridas directamente por los nodos, los cuales al intercambiar información, son capaces de detectar, clasificar y localizar las faltas, tanto en sistemas de distribución tradicionales (con flujos unidireccionales de corriente), como en sistemas con generación distribuida, donde el flujo de potencia puede cambiar de sentido. Ésta es otra ventaja e innovación del presente método y sistema con respecto a sus predecesores. The new system of location of faults in underground electrical distribution lines is therefore based on the collaborative analysis of the net flows of currents acquired through the use of a network of non-intrusive sensors that communicate wirelessly, forming a network of sensors wireless (WSN). The advantage of this approach with a sensor network is that it does not require any type of module and / or voltage phase information, parameters not accessible without drilling in the shielded cables usually present in the underground power distribution lines. The system only requires the current measurements acquired directly by the nodes, which, when exchanging information, are capable of detecting, classifying and locating faults, both in traditional distribution systems (with unidirectional current flows), and in systems with generation distributed, where the power flow can change direction. This is another advantage and innovation of the present method and system with respect to its predecessors.

Como ventaja adicional, no se requiere otro sistema para la extracción de la información de la red, es decir, el sistema aprovecha su propia estructura de comunicación inalámbrica, para informar al centro de control (bajo demanda) de los distintos parámetros de la red. No obstante, el uso de esta tecnología ha obligado a adaptar distintos aspectos del encaminamiento y la sincronización de las comunicaciones, a las características del As an additional advantage, no other system is required for the extraction of information from the network, that is, the system takes advantage of its own wireless communication structure, to inform the control center (on demand) of the different parameters of the network. However, the use of this technology has forced different aspects of the routing and synchronization of communications to be adapted to the characteristics of the

problema a resolver. En la presente invención se definen técnicas basadas en el uso de problem to solve. In the present invention, techniques based on the use of

información implícita a la propia red eléctrica a monitorizar para la obtención de las tablas de rutas y de la sincronización de tiempo, lo que resulta un enfoque novedoso en comparación con los sistemas existentes en la literatura, que fundamentalmente emplean tan solo información obtenida a partir del intercambio de mensajes. implicit information to the electricity network itself to be monitored to obtain the route tables and time synchronization, which is a novel approach compared to the existing systems in the literature, which basically use only information obtained from the message exchange

El método de la presente invención permite, por tanto, la monitorización de una red eléctrica subterránea de media tensión mediante el empleo de una red de sensores inalámbricos que con un procedimiento no intrusivo permiten la medida de las corrientes que circulan por la red a monitorizar. Usando dichas medidas de corriente y el intercambio de mensajes, la red es capaz de monitorizar el estado de las lineas, así como de clasificar y localizar los posibles fallos que se puedan producir en las mismas. The method of the present invention therefore allows the monitoring of a medium voltage underground electrical network by means of the use of a wireless sensor network that, with a non-intrusive procedure, allows the measurement of the currents that circulate through the network to be monitored. Using these measures of current and the exchange of messages, the network is able to monitor the status of the lines, as well as classify and locate the possible failures that may occur in them.

El sistema está compuesto por un despliegue de nodos sensores, distribuidos de tal forma que se tiene que garantizar que todos los tramos de cables entre bifurcaciones tengan acoplados al menos un medidor de corriente. La estructura de comunicaciones se forma automáticamente mediante el intercambio de mensajes, a partir del conocimiento previo de la estructura de la red eléctrica. The system is made up of a deployment of sensor nodes, distributed in such a way that it is necessary to ensure that all sections of cables between branches have at least one current meter attached. The communications structure is automatically formed by exchanging messages, based on prior knowledge of the structure of the electricity grid.

El método de sincronización de los nodos sensores aprovecha el conocimiento previo de la topología de la red eléctrica y de la situación de los nodos sensores para sincronizar, con alta precisión, un reloj global común entre todos los nodos de la red de monitorización. Esta sincronización de tiempo es necesaria para poder detectar y localizar las posibles faltas o defectos que se puedan producir sobre la red eléctrica subterránea monitorizada. Para realizar la sincronización , el sistema utiliza el conocimiento de que el sumatorio fasorial de las corrientes en todos los nodos es igual a cero. A partir de ello y suponiendo, en una primera aproximación, que el desfase de tiempo en la recepción de los mensajes es despreciable entre todos los nodos de la bifurcación, se establece un modelo matemático que utiliza los pasos por cero de la señal de la corriente para calibrar, con alta precisión, los relojes de cada uno de los nodos. El método completo de sincronización se describe posteriormente de forma detallada. The synchronization method of the sensor nodes takes advantage of the previous knowledge of the topology of the electrical network and the situation of the sensor nodes to synchronize, with high precision, a common global clock between all the nodes of the monitoring network. This time synchronization is necessary to be able to detect and locate possible faults or defects that may occur on the monitored underground power grid. To perform the synchronization, the system uses the knowledge that the phasor sum of the currents in all nodes is equal to zero. From this and assuming, in a first approximation, that the time lag in the reception of the messages is negligible among all the nodes of the fork, a mathematical model is established that uses the zero crossings of the current signal to calibrate, with high precision, the clocks of each of the nodes. The complete synchronization method is described in detail later.

El método para la clasificación y localización de faltas en lineas de distribución eléctricas subterráneas permite efectuar la localización de la falta una vez ésta ha sido detectada (mediante el relé de protección , ubicado en la cabecera de la línea), basándose en el análisis de la información fasorial de corriente registradas por los distintos nodos sensores y The method for the classification and location of faults in underground electrical distribution lines allows to locate the fault once it has been detected (by means of the protection relay, located at the head of the line), based on the analysis of the phasor current information recorded by the different sensor nodes and

conocida la topología de la red de distribución, incluida la ubicación de cada nodo dentro de known the topology of the distribution network, including the location of each node within

la misma. El método de localización basado en esta información se estructura en tres fases: determinación del tramo de línea entre dos centros de trasformación en el que se encuentra la falta, clasificación del tipo de falta y, finalmente, la estimación del punto concreto de ese tramo, en el que se ha originó la falta. El conocimiento de esta posición permite realizar el aislamiento de la falta y el restablecimiento del suministro eléctrico de forma más rápida y precisa, mejorándose considerablemente la continuidad del suministro. the same. The location method based on this information is structured in three phases: determination of the line section between two transformation centers where the fault is found, classification of the type of fault and, finally, the estimation of the specific point of that section, in which the fault originated. The knowledge of this position allows the isolation of the fault and the restoration of the electricity supply to be carried out more quickly and accurately, considerably improving the continuity of the supply.

Breve descripción de los dibuios A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Next, a series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention that is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly.

La Figura 1 representa la estructura general de una red de sensores inalámbrica. Figure 1 represents the general structure of a wireless sensor network.

La Figura 2 muestra la conexión de un nodo sensor al conductor a monitorizar. Figure 2 shows the connection of a sensor node to the conductor to be monitored.

La Figura 3 muestra la estructura interna de un nodo sensor. Figure 3 shows the internal structure of a sensor node.

La Figura 4 muestra la estructura de una red de sensores para la monitorización de la red eléctrica subterránea, donde cada arqueta puede tener uno o varios nodos sensores. Figure 4 shows the structure of a sensor network for monitoring the underground electrical network, where each cabinet can have one or more sensor nodes.

Las Figuras 5A, 5B Y 5C representan un modelo de la red de distribución subterránea simple sobre la que se ha realizado un despliegue de nodos en las distintas arquetas. La Figura 5C es una continuación de la Figura 5B y ésta a su vez es una continuación de la Figura 5A. Figures 5A, 5B and 5C represent a model of the simple underground distribution network on which a deployment of nodes in the different boxes has been made. Figure 5C is a continuation of Figure 5B and this in turn is a continuation of Figure 5A.

Descripción detallada de la invención El método y sistema de la presente invención se basan en el despliegue de una red de sensores inalámbricos que permite la detección, clasificación y localización de anomalías en líneas subterráneas de distribución eléctricas. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method and system of the present invention are based on the deployment of a wireless sensor network that allows the detection, classification and location of anomalies in underground electrical distribution lines.

La Figura 1 muestra una red de sensores inalámbricos 2 distribuidos en una red de distribución eléctrica subterránea 1 y formada por una pluralidad de dispositivos sensores 3 (o nodos sensores) de bajo consumo, con capacidad de comunicación inalámbrica entre ellos y que colaboran para analizar un fenómeno en común. La red de sensores inalámbricos 2 se comunica con un centro de control 4, formado por una pasarela 5 con Figure 1 shows a network of wireless sensors 2 distributed in an underground electrical distribution network 1 and formed by a plurality of low consumption sensor devices 3 (or sensor nodes), with wireless communication capability between them and collaborating to analyze a common phenomenon. The wireless sensor network 2 communicates with a control center 4, formed by a gateway 5 with

capacidad inalámbrica (en comunicación con los dispositivos sensores 3) y conectada a una unidad de control 6 (e.g. un ordenador). wireless capability (in communication with the sensor devices 3) and connected to a control unit 6 (e.g. a computer).

Cada dispositivo sensor 3 de la red, llamado también nodo sensor, está diseñado para operar de forma autónoma adquiriendo su energía directamente de la línea, a partir de una conexión no intrusiva con ésta, ya que el dispositivo tan sólo hay que acoplarlo alrededor del conductor de la red de distribución, sin necesidad de perforar o seccionar el mismo, según se muestra en la Figura 2, que representa la forma de conexión de un dispositivo sensor 3 al conductor 7 a monitorizar. Each sensor device 3 of the network, also called sensor node, is designed to operate autonomously by acquiring its energy directly from the line, from a non-intrusive connection with it, since the device only has to be coupled around the conductor of the distribution network, without the need to drill or section it, as shown in Figure 2, which represents the way of connecting a sensor device 3 to the conductor 7 to be monitored.

La Figura 3 muestra la estructura interna de los dispositivos sensores 3. Cada uno de estos nodos está formado por un módulo de comunicación inalámbrico (i.e. un transceptor de radio 30) que permite la comunicación dentro de la propia canalización subterránea con otros dispositivos sensores 3; medios de procesamiento de datos (por ejemplo, un microcontrolador 31) que procesa la información, una fuente de alimentación 32 y un subsistema de entrada-salida 33, encargado de la monitorización del entorno a través de los distintos sistemas de medida que lo componen. entre ellos un módulo de medida de la corriente 34 que circula por el conductor 7 de la red de distribución , y un interfaz de E/S para otros sensores 35 útiles para la empresa distribuidora (como podrían ser sensor de temperatura, sensor de humedad, sensor de intensidad lumínica, sensor de vibraciones, sensor sonoro, etc.), que aportarían más información extra del entorno o de las condiciones de trabajo de la instalación. Así pues, el dispositivo sensor 3 de la invención tiene la capacidad de integrar sensores adicionales para la monitorización de la instalación, los cuales permiten utilizar la infraestructura de comunicaciones para suministrar información adicional a la empresa propietaria de la instalación. Los dispositivos sensores 3 están diseñados para, aparte de ser económicos, permitir un rápida despliegue de la red. Fundamentalmente la red de dispositivos ejecuta los siguientes métodos: Figure 3 shows the internal structure of the sensor devices 3. Each of these nodes is formed by a wireless communication module (i.e. a radio transceiver 30) that allows communication within the underground pipeline itself with other sensor devices 3; data processing means (for example, a microcontroller 31) that processes the information, a power supply 32 and an input-output subsystem 33, responsible for monitoring the environment through the different measurement systems that compose it. among them a current measurement module 34 that circulates through the conductor 7 of the distribution network, and an I / O interface for other sensors 35 useful for the distribution company (such as temperature sensor, humidity sensor, light intensity sensor, vibration sensor, sound sensor, etc.), which would provide more information about the environment or the working conditions of the installation. Thus, the sensor device 3 of the invention has the ability to integrate additional sensors for monitoring the installation, which allow the use of the communication infrastructure to provide additional information to the company that owns the installation. The sensor devices 3 are designed to, apart from being economical, allow rapid network deployment. Fundamentally the device network executes the following methods:

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Método para la calibración del reloj global del sistema mediante un algoritmo híbrido basado en comunicaciones inalámbricas y estimaciones fasoriales de las corrientes que circulan por los conductores de la red eléctrica subterránea a monitorizar. Method for the calibration of the global clock of the system by means of a hybrid algorithm based on wireless communications and fasorial estimates of the currents that circulate through the conductors of the underground electrical network to be monitored.

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Método colaborativo para la clasificación de faltas en líneas eléctricas basado en el intercambio de mensajes con la información de los flujos netos de carga entre los distintos nodos que forman la red de distribución eléctrica. Collaborative method for the classification of faults in power lines based on the exchange of messages with the information of the net charge flows between the different nodes that form the electricity distribution network.

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Método colaborativo para la localización de la ralta en líneas eléctricas basado en el intercambio de mensajes con la información con las medidas sincronizadas de corriente de los nodos, y en la clasificación previa de la falta. Esta localización permite reducir drásticamente el número de maniobras y el tiempo de interrupción del servicio en la red, facilitando las tareas de mantenimiento (los operarios conocen exactamente donde deben realizar las reparaciones). Collaborative method for locating the rat on power lines based on the exchange of messages with the information with the synchronized current measurements of the nodes, and on the previous classification of the fault. This location allows to drastically reduce the number of maneuvers and the time of interruption of the service in the network, facilitating maintenance tasks (operators know exactly where they should perform repairs).

A continuación se describe detalladamente los distintos dispositivos que forman parte de la invención, y la funcionalidad de dichos dispositivos que permite realizar el análisis de las fallas en las líneas de distribución subterráneas, así como el correcto funcionamiento de las comunicaciones entre los dispositivos. The following describes in detail the different devices that are part of the invention, and the functionality of said devices that allow the analysis of faults in the underground distribution lines, as well as the proper functioning of the communications between the devices.

La presente invención plantea un sistema cuyo desarrollo se despliega sobre una red de sensores inalámbricos. La red está formada por una serie de dispositivos, llamados nodos, que se encargan de interactuar entre ellos, de manera que mediante su interacción permitan la monitorización de su entorno. En la presente invención se distinguen los siguientes componentes: The present invention raises a system whose development is deployed over a network of wireless sensors. The network is formed by a series of devices, called nodes, that are responsible for interacting with each other, so that through their interaction they allow monitoring of their environment. In the present invention the following components are distinguished:

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Unidad de control 6: Es un elemento, generalmente situado en el centro de control 4, con el que interactúa el usuario y le permite recuperar la información de los nodos sensores referente al estado de la red de distribución eléctrica subterránea bajo análisis, indicándole, en caso de que se produzca una avería, el tramo en el que se ha producido y su localización dentro del mismo, facilitándole así a los operarios sus tareas de aislamiento y reparación de la falta. Además, se encarga de almacenar los históricos correspondientes de los registros de faltas detectadas. Control unit 6: It is an element, usually located in the control center 4, with which the user interacts and allows him to retrieve the information of the sensor nodes regarding the state of the underground electrical distribution network under analysis, indicating, in In the event of a breakdown, the section in which it has occurred and its location within it, thus making it easier for operators to insulate and repair the fault. In addition, it is responsible for storing the corresponding records of the detected fault records.

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Pasarela 5: Este elemento es un nodo que por un lado permite la comunicación con la unidad de control 6 mediante un puerto estándar y por el otro integra un transceptor de radio compatible con el utilizado en el resto de dispositivos que componen la red. Este dispositivo se encarga de redirigir las consultas de los operarios a través de la red de sensores inalámbricos 2. Gracias a este dispositivo la unidad de control 6 pueden recolectar la información del estado de funcionamiento de la red subterránea de distribución eléctrica 1, así como del estado interno (batería restante, índice de errores, etc ... ) de cada uno de los dispositivos sensores 3. Además, la pasarela 5 también se encarga de realizar las gestiones oportunas para asegurar que se mantienen actualizadas las tablas de rutas de todos los nodos de la red, de forma que se garantice el acceso mediante una retransmisión adecuada empleando nodos intermedios a cualquier elemento de la red. Gateway 5: This element is a node that on the one hand allows communication with the control unit 6 through a standard port and on the other it integrates a radio transceiver compatible with that used in the other devices that make up the network. This device is responsible for redirecting operator inquiries through the wireless sensor network 2. Thanks to this device, the control unit 6 can collect information on the operating status of the underground electrical distribution network 1, as well as the internal status (remaining battery, error rate, etc ...) of each of the sensor devices 3. In addition, the gateway 5 is also responsible for making the necessary steps to ensure that the route tables of all the routes are kept updated network nodes, so that access is guaranteed through adequate retransmission using intermediate nodes to any element of the network.

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Dispositivos sensores 3 o nodos: Se entiende por nodos sensores, o simplemente nodos, a la serie de dispositivos sensores 3 de bajo consumo y bajo coste que permiten interactuar entre ellos mediante el uso de comunicaciones inalámbricas y que permiten monitorizar una parte localizada del problema a resolver, de forma que mediante su interacción se puede encontrar la solución global del problema. Los nodos propuestos para la presente invención constan de los siguientes elementos o subsistemas (ver Figura 3): Sensor devices 3 or nodes: It is understood by sensor nodes, or simply nodes, the series of sensor devices 3 of low consumption and low cost that allow to interact with each other through the use of wireless communications and that allow monitoring a localized part of the problem solve, so that through their interaction you can find the global solution of the problem. The nodes proposed for the present invention consist of the following elements or subsystems (see Figure 3):

o Subsistema de comunicaciones inalámbricas: Estará compuesto por un transceptor de radio 30 de bajo consumo. La frecuencia de la señal portadora se elegirá en función de la topología de la red, buscando una minimización de las pérdidas de trasmisión. Puesto que las canalizaciones que interconectan las arquetas están rodeadas de un plano de masa se puede asumir que para ciertas frecuencias dicha canalización actuará como guía-ondas, permitiendo un gran alcance con bajas pérdidas. Estas frecuencias, junto con una modulación apropiada, será la elegida para las comunicaciones entre todos los elementos que componen la red. o Wireless communications subsystem: It will be composed of a low consumption radio transceiver 30. The frequency of the carrier signal will be chosen based on the network topology, seeking a minimization of transmission losses. Since the pipes that interconnect the boxes are surrounded by a plane of mass it can be assumed that for certain frequencies this channel will act as a waveguide, allowing a large range with low losses. These frequencies, together with an appropriate modulation, will be the one chosen for communications between all the elements that make up the network.

o Subsistema de alimentación: Los dispositivos sensores 3 reciben la energía para su correcto funcionamiento a través de una bobina de alimentación 36 (Figura 2) que rodea el conductor 7, mediante la cual se puede alimentar, junto con una electrónica adecuada, todos los circuitos electrónicos del sensor, incluido el transceptor de radio, sin la necesidad de cortar o perforar el aislamiento del cable al que está asociado. Gracias a esto se puede conseguir un despliegue muy rápido y no intrusivo, que no dañe las características de la red de distribución a monitorizar. o Power subsystem: The sensor devices 3 receive the energy for proper operation through a power coil 36 (Figure 2) that surrounds the conductor 7, by means of which all circuits can be fed, together with suitable electronics. sensor electronics, including the radio transceiver, without the need to cut or puncture the insulation of the cable to which it is associated. Thanks to this, a very fast and non-intrusive deployment can be achieved, which does not damage the characteristics of the distribution network to be monitored.

Además del sistema de recolección energética, el sistema de alimentación consta de un sistema de almacenamiento energético de respaldo, tal como una batería o un condensador de alta capacidad que permitirán a estos dispositivos seguir funcionando tras la aparición de una falta en la red de distribución, situación en la cual ya no hay flujo de energía por el conductor y, por tanto, no se podría alimentar el nodo a través de la bobina de alimentación 36. In addition to the energy collection system, the power system consists of a backup energy storage system, such as a battery or a high capacity capacitor that will allow these devices to continue functioning after the appearance of a fault in the distribution network, situation in which there is no longer energy flow through the conductor and, therefore, the node could not be fed through the supply coil 36.

o Subsistema de E/S 33; Permite la monitorización del entorno a través de los distintos sistemas de medida que lo componen. En este caso la magnitud más importante es o I / O Subsystem 33; It allows the monitoring of the environment through the different measurement systems that compose it. In this case the most important magnitude is

la corriente que atraviesa el conductor 7 de la red de distribución, medida a través de un sensor de medición de corriente, preferentemente una o varias bobinas de Rogowski 37 (Figura 2), cuyo comportamiento está definido por: the current through conductor 7 of the distribution network, measured through a current measurement sensor, preferably one or several Rogowski coils 37 (Figure 2), whose behavior is defined by:

o or

;,,,,," (1) (1 ) ;,,,,," (eleven )

Donde n es el número de espiras, A el área de la sección del toroide formado por la Where n is the number of turns, To the area of the toroid section formed by the

bobina y ~o, permeabilidad de vacío (4"TT"10-(V·s)/(A-m» coil and ~ o, vacuum permeability (4 "TT" 10- (V · s) / (A-m »

Así pues, cada bobina permite la estimación de la corriente que circula por un conductor. En función de las características de la instalación, se dota a los nodos de hasta un máximo de una bobina por conductor, típicamente tres en las instalaciones trifásicas convencionales. No obstante, para aquellas instalaciones cuya topología lo requiera, también se puede desarrollar la presente invención considerando nodos con una sola bobina, de forma que se instalen varios por arqueta, consiguiéndose con esto una mayor redundancia en las comunicaciones y, por tanto, una mayor fiabilidad de las mismas. Thus, each coil allows the estimation of the current flowing through a conductor. Depending on the characteristics of the installation, nodes are provided with up to a maximum of one coil per conductor, typically three in conventional three-phase installations. However, for those installations whose topology requires it, the present invention can also be developed considering nodes with a single coil, so that several are installed per cassette, thus achieving greater redundancy in communications and, therefore, greater reliability of them.

o Subsistema de procesado: Implementado preferentemente mediante un microcontrolador 31 , se encarga de la gestión de las comunicaciones y del procesado de la información necesaria para la realización de los distintos métodos o procedimientos posteriormente descritos. Además, se encarga de las agregaciones de datos necesarias para minimizar el uso del canal de comunicaciones inalámbrico, aumentando con ello la fiabilidad del sistema. o Processing subsystem: Preferably implemented by means of a microcontroller 31, it is responsible for the management of communications and the processing of the information necessary for the realization of the different methods or procedures described below. In addition, it is responsible for the aggregations of data necessary to minimize the use of the wireless communications channel, thereby increasing the reliability of the system.

Para obtener un correcto funcionamiento del sistema, el despliegue de la red de sensores se realiza dentro de las arquetas de las líneas de distribución subterránea a monitorizar, cumpliendo preferentemente con las siguientes premisas: In order to obtain the correct functioning of the system, the deployment of the sensor network is carried out within the boxes of the underground distribution lines to be monitored, preferably complying with the following premises:

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Tanto los elementos de alimentación como los sensores se colocan arrollados alrededor de los conductores 7 a monitorizar (Figura 2), no requiriéndose ninguna acción sobre el mismo (ej.: perforación o corte de su aislante). Both the power elements and the sensors are wrapped around the conductors 7 to be monitored (Figure 2), with no action required on it (eg, perforation or cutting of its insulator).

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Se coloca un sensor de medición de corriente por cada una de las líneas que atraviesan la arqueta 8. Así, por ejemplo, en un sistema trifásico es necesario la colocación de tres sensores de corriente. En función del tipo de nodos utilizados, esto puede requerir de la instalación de uno o más nodos por arqueta. A current measurement sensor is placed for each of the lines that cross the box 8. Thus, for example, in a three-phase system it is necessary to place three current sensors. Depending on the type of nodes used, this may require the installation of one or more nodes per cabinet.

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Se colocan dispositivos sensores 3 en todas aquellas arquetas 8 (ver Figura 4, que representa una estructura de una red de sensores) de la red de distribución eléctrica subterránea 1 a monitorizar que cumplan con las siguientes premisas: Sensor devices 3 are placed in all those boxes 8 (see Figure 4, which represents a structure of a sensor network) of the underground electrical distribution network 1 to be monitored that meet the following premises:

• Cuando la separación entre la arqueta 8 con sensores anterior y siguiente a • When the separation between the box 8 with sensors before and after

la arqueta 8 actual supere la distancia máxima de cobertura del sistema de comunicación inalámbrica. the current box 8 exceeds the maximum coverage distance of the wireless communication system.

• Cuando se produzca una bifurcación de conductores. En este caso, hay que colocar dispositivos sensores 3 en la salida de cada bifurcación aunque las condiciones de cobertura no lo requieran. Por ejemplo, en el caso de que una línea trifásica Se separe en dos ramaS SOn necesarios seis elementos sensores, tres por cada rama, situando uno en cada una de las fases de la línea trifásica. • When a fork of drivers occurs. In this case, sensor devices 3 must be placed at the exit of each fork although the coverage conditions do not require it. For example, in the case that a three-phase line is separated into two branches SO six sensor elements are necessary, three for each branch, placing one in each of the phases of the three-phase line.

Para realizar la monitorización de una red de distribución eléctrica subterránea de media tensión es necesario conocer de antemano la situación de los nodos y la topologia de la red eléctrica a monitorizar. Partiendo de esa información, los dispositivos que componen la invención implementan los siguientes métodos para monitorizar la red eléctrica: To carry out the monitoring of a medium voltage underground electrical distribution network, it is necessary to know in advance the situation of the nodes and the topology of the electrical network to be monitored. Based on this information, the devices that make up the invention implement the following methods to monitor the power grid:

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Método para la formación de la red y sus rutas: El algoritmo para formación de la red se basa en un algoritmo de inundación, el cual comenzará en el dispositivo puente de la pasarela 5, generando una serie de balizas que se retransmitirán a todos los nodos con la finalidad de obtener el número de saltos mínimos para la comunicación entre todos los nodos. A este proceso se le denomina descubrimiento de la red inalámbrica, ejecutándose el siguiente procedimiento: Method for the formation of the network and its routes: The algorithm for network formation is based on a flood algorithm, which will begin on the bridge device of the gateway 5, generating a series of beacons that will be relayed to all nodes in order to obtain the number of minimum jumps for communication between all nodes. This process is called wireless network discovery, executing the following procedure:

Un nodo determinado, ya sea por petición del sistema de información o porque lleva un tiempo elevado sin intercambiar información con otros nodos, envía un mensaje en redifusión que será recibido por una serie de nodos, informando de su nivel de batería. A given node, either at the request of the information system or because it takes a long time without exchanging information with other nodes, sends a message in redcast that will be received by a series of nodes, informing of its battery level.

Una serie de nodos reciben este mensaje. A estos nodos se les denominan nodos vecinos del emisor. Con esta información los nodos actualizan su tabla de rutas locales, con las que determinan el número de saltos que hay entre el nodo que ha originado el mensaje y el dispositivo puente o pasarela 5. A series of nodes receive this message. These nodes are called neighboring nodes of the sender. With this information the nodes update their local route table, with which they determine the number of hops between the node that originated the message and the bridge or gateway device 5.

A partir de esta información y suponiendo conocida la topología física de la red eléctrica a monitorizar, se calcula el mapa global de rutas a utilizar por la red mediante el empleo de un algoritmo de árbol recubridor de peso mínimo diseñado para redes de sensores inalámbricos. El peso del árbol recubridor tiene en cuenta diversos parámetros, tales como la topología de la red eléctrica a monitorizar, el nivel de batería de los nodos o la distancia física entre nodos sensores para determinar las rutas óptimas de comunicación. Based on this information and assuming the physical topology of the electricity network to be monitored, the global map of routes to be used by the network is calculated by using a minimum weight overlay tree algorithm designed for wireless sensor networks. The weight of the covering tree takes into account various parameters, such as the topology of the electrical network to be monitored, the battery level of the nodes or the physical distance between sensor nodes to determine the optimal communication paths.

Cíclicamente, en función de los cambios internos que se produzcan en los nodos, el sistema de información se encarga de actualizar dichas rutas en caso de que no haya comunicaciones suficientes en la red para mantener actualizadas las tablas de rutas, Cyclically, depending on the internal changes that occur in the nodes, the information system is responsible for updating these routes in case there are not enough communications in the network to keep the route tables updated,

maximizando la funcionalidad de la red y la duración global de batería. maximizing network functionality and overall battery life.

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Método para la sincronización de tiempo: Para correlacionar la información asociada a distintos puntos de medida recogidos por distintos nodos es necesario una sincronización de tiempo entre éstos. Para ello se emplea un método que combina la detección de pasos por cero de la medida de corriente, junto con el envio de balizas y el conocimiento previo de la situación de los nodos sensores dentro de la red de distribución eléctrica a monitorizar. El método implementado es el siguiente: Time synchronization method: To correlate the information associated with different measurement points collected by different nodes, a time synchronization between them is necessary. For this, a method is used that combines the detection of zero steps of the current measurement, together with the sending of beacons and the prior knowledge of the status of the sensor nodes within the electrical distribution network to be monitored. The method implemented is as follows:

Los nodos están continuamente midiendo la corriente del cable o cables a los que están asociados. A partir de la forma de la onda medida, cada nodo calcula a partir de un reloj global interno una marca de tiempo (timestamp) en el que se produce el cruce por cero de pendiente positiva de la onda. Es decir, los nodos están continuamente midiendo la corriente y procesandola de forma que siempre tienen en memoria la magnitud y fase de la corriente, referidas a su reloj interno. The nodes are continuously measuring the current of the cable or cables to which they are associated. From the shape of the measured wave, each node calculates from a internal global clock a timestamp in which the positive crossing of the wave is zero-crossed. That is, the nodes are continuously measuring the current and processing it so that they always have in memory the magnitude and phase of the current, referred to their internal clock.

Si se produce una petición de sincronización del sistema de información, o si ha pasado un tiempo mayor del tiempo aSignado para la sincronización, un nodo envía un mensaje de sincronización a los nodos hijos (aquellos jerárquicamente If a request for synchronization of the information system occurs, or if a longer time has elapsed to Synchronized for synchronization, a node sends a synchronization message to the child nodes (those hierarchically

inferiores en la arquitectura de la red de distribución eléctrica) y considera como tiempo de sincronización su último cruce por el cero de pendiente positiva detectado. lower in the architecture of the electricity distribution network) and considers as synchronization time its last crossing through the zero of positive slope detected.

Debido a los desfases y al funcionamiento de los transceptores de radio, el tiempo de emisión es desconocido, pero sí se puede asumir, debido a la velocidad de transmisión de las comunicaciones vía radio, que todos los nodos hijos van a recibir el mensaje en el mismo instante de tiempo. Due to the lags and the operation of the radio transceivers, the broadcast time is unknown, but it can be assumed, due to the transmission speed of the communications via radio, that all the child nodes will receive the message in the Same instant of time.

Cada uno de los nodos hijos considera en este punto el tiempo de recepción como origen de tiempo de sincronización, y envían al nodo padre (aquel jerárquicamente superior en la arquitectura de la red de distribución eléctrica, y el cual ha originado el proceso de sincronización) un mensaje con el módulo de la corriente y el desfase de tiempo entre su último cruce por cero de pendiente positiva y el tiempo de recepción del mensaje de sincronización. Each of the child nodes considers at this point the reception time as the origin of synchronization time, and they send to the parent node (that hierarchically superior in the architecture of the electricity distribution network, and which has originated the synchronization process) a message with the current module and the time lag between its last zero crossing of positive slope and the reception time of the synchronization message.

El nodo padre, tras recibir la información de todos sus nodos hijos, agrega fasorialmente las magnitudes de corriente de todos estos y determina la fase resultante de la agregación. Con esta información, el error introducido debido al tiempo desconocido de recepción del mensaje se estima a partir del desfase de tiempo existente entre la fase agregada y la fase considerada como origen de tiempo. The parent node, after receiving the information from all its child nodes, fasorially adds the current magnitudes of all these and determines the phase resulting from the aggregation. With this information, the error introduced due to the unknown time of receipt of the message is estimated from the time lag between the aggregate phase and the phase considered as time source.

Una vez medida esa fase, el nodo padre envía un mensaje en redifusión a los nodos hijos informando del tiempo global en el que se originó la recepción del mensaje. Once that phase is measured, the parent node sends a message in redcast to the child nodes informing of the overall time in which the reception of the message originated.

Cada uno de los nodos hijos usa esa información para calibrar su reloj global interno. Each of the child nodes uses that information to calibrate their internal global clock.

Con este algoritmo, se puede asegurar una sincronización de tiempo de alta precisión, aprovechando que la arquitectura de la red de distribución eléctrica es conocida y que la diferencia de tiempos existente en la recepción por parte de los nodos hijos, de un mensaje difundido por el nodo padre, es despreciable. With this algorithm, a high-precision time synchronization can be ensured, taking advantage of the fact that the architecture of the electricity distribution network is known and that the time difference in the reception by the child nodes of a message spread by the parent node is negligible.

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Método para la clasificación y localización de faltas en líneas de distribución eléctricas subterráneas: Una vez originado un evento de falta, se analiza mediante el Method for the classification and location of faults in underground electrical distribution lines: Once a fault event has originated, it is analyzed by means of

,. .

análisis de la información fasorial registrada por los distintos nodos y conocida la topología de la red se identifica qué tipo falta se ha originado y se estima en qué punto de la red se ha producido ésta. A modo de ejemplo, la Figura 5 (la cual debido a su extensión se ha subdividido en Figura 5A -que incluye la subestación y el primer y segundo segmento-, Figura 58 -que incluye un segmento intermedio f-y Figura se -que incluye el último segmento z-) representa una red de distribución eléctrica subterránea 1 simple, sin bifurcaciones, en la cual se ha realizado el despliegue de la red de sensores en las distintas arquetas 8. La red de distribución eléctrica subterránea 1 mostrada en las Figuras SA, 5B Y 5e comprende una subestación 9, una pluralidad de segmentos 10 (un segmento es el tramo de línea eléctrica que separa dos centros de trasformación 11 ) con sus respectivos centros de transformación 11. En el segmento f se localiza una falta. La localización se lleva a cabo de forma colaborativa por todos los nodos de la red, mientras que la clasificación la realizan los nodos que están justo delante de los centros de transformación. El procedimiento implementado, se divide en las siguientes fases: Analysis of the fasorial information recorded by the different nodes and known the topology of the network identifies what type of fault has originated and it is estimated at which point of the network this has occurred. As an example, Figure 5 (which due to its extension has been subdivided into Figure 5A -which includes the substation and the first and second segment-, Figure 58 -which includes an intermediate segment f and Figure is -which includes the last segment z-) represents a simple underground electrical distribution network 1, without bifurcations, in which the deployment of the sensor network has been carried out in the different boxes 8. The underground electrical distribution network 1 shown in Figures SA, 5B And 5e comprises a substation 9, a plurality of segments 10 (one segment is the section of power line that separates two transformation centers 11) with their respective transformation centers 11. In the segment f a fault is located. The location is carried out collaboratively by all the nodes of the network, while the classification is carried out by the nodes that are right in front of the transformation centers. The procedure implemented is divided into the following phases:

• Determinación del segmento en el que se ha originado la falta, segmento f. • Determination of the segment in which the fault originated, segment f.

Esta primera etapa consiste en comparar las corrientes de entrada del segmento f con las corrientes de salida del segmento f. La corriente de entrada del segmento f se calcula a partir de los datos de corrientes medidas por los dispositivos sensores 3 del segmento inmediatamente anterior al centro de transformación {-1, segmento {-1, y al consumo propio del centro de trasformación {-1. Las corrientes de salida del segmento {se calcula a partir de los valores de entrada de corriente de cada uno de los centros de trasformación que cuelgan de ese tramo de línea, incluido el propio centro de trasformación f. Adicionalmente otra vía para calcular las corrientes de salida del segmento f seria mediante los consumos registrados por los nodos del segmento siguiente f+1, sumándole la corriente que se deriva por el centro de trasformación f. De esta forma, si la diferencia entre esta corriente de entrada y salida al segmento f supera un umbral se considera la detección de la falta en el segmento i tal y como se define en la siguiente ecuación: This first stage consists in comparing the input currents of segment f with the output currents of segment f. The input current of segment f is calculated from the current data measured by the sensor devices 3 of the segment immediately before the transformation center {-1, segment {-1, and the own consumption of the transformation center {-1 . The output currents of the segment {is calculated from the current input values of each of the transformation centers that hang from that line section, including the transformation center itself f. Additionally, another way to calculate the output currents of segment f would be through the consumption recorded by the nodes of the next segment f + 1, adding the current that is derived from the transformation center f. Thus, if the difference between this input and output current to segment f exceeds a threshold, the detection of the fault in segment i is considered as defined in the following equation:

I(lsm.>:(f-I) -1<'"7".>:(f_I))-( I sr,N.>:(f+l ) + I(T.>:f )1 I (lsm.> :( f-I) -1 <'"7".> :( f_I)) - (I sr, N.> :( f + l) + I (T.>: F) 1

"" {Falta detectada en "" {Missing detected in

Ó OR

> umbral (2)> threshold (2)

el segmento f segment f

( !.'I·/;N .>:(f -1) -lel"..(f-1) ) -:2.: lel"..(j) (!. 'I · /; N.> :( f -1) -lel ".. (f-1)) -: 2 .: lel" .. (j)

'Vx = a,b,c'Vx = a, b, c

,of of

Donde I SENxU-l) -ICTxU-l) es la corriente que entra al segmento f, Where I SENxU-l) -ICTxU-l) is the current entering segment f,

(ISENX(f+l) + ICTxf ) o IJCTX(j) son dos formas diferentes de calcular la corriente (ISENX (f + l) + ICTxf) or IJCTX (j) are two different ways of calculating the current

}=f } = f

que sale del segmento f; donde x es la línea concreta que se está analizando, ISEN K(Ileaving the segment f; where x is the concrete line being analyzed, ISEN K (I

5 1) es la corriente medida por cualquiera de los nodos sensores del segmento (f-1) de la línea x, ISEN )({f+l ) es la corriente medida por cualquiera de los nodos sensores del segmento (f+1) para la linea x, leT )(1-1) es la corriente medida en el centro de transformación (f-1) para la línea x, y finalmente j toma todos los valores desde f hasta z, para agregar en el sumatorio todas las corrientes derivadas por los centros 5 1) is the current measured by any of the sensor nodes of the segment (f-1) of the line x, ISEN) ({f + l) is the current measured by any of the sensor nodes of the segment (f + 1) for line x, leT) (1-1) is the current measured at the transformation center (f-1) for line x, and finally j takes all the values from f to z, to add in the summation all the streams derived by the centers

10 de trasformación que cuelgan del segmento f. Este análisis se realiza para cada una de las fases (A, B Y e) de forma independiente, para conocer la existencia de un fallo. 10 of transformation hanging from segment f. This analysis is carried out for each of the phases (A, B and e) independently, to know the existence of a fault.

• Una vez determinado el segmento 10 bajo falta (segmento f en la Figura 58) • Once segment 10 is determined to be missing (segment f in Figure 58)

15 se puede, a partir de los datos de entrada y salida del segmento, clasificar el tipo de falta en función de las líneas (fases A, B, e) afectadas y el tipo de fallo que se ha producido en el aislamiento. Este análisis se divide en dos partes: 15, based on the input and output data of the segment, the type of fault can be classified according to the lines (phases A, B, e) affected and the type of fault that has occurred in the insulation. This analysis is divided into two parts:

Q Q

Determinación de las líneas con falta: este análisis de sobrecorriente Determination of missing lines: this overcurrent analysis

20 permite determinar que la línea x está sometida a falta. A partir de la evaluación de (3) sobre las distintas líneas, podemos determinar tipologías simples (una única línea afectada), dobles (dos líneas afectadas) o triples (las tres líneas afectadas) de la falta. 20 allows to determine that line x is subject to failure. From the evaluation of (3) on the different lines, we can determine simple typologies (a single affected line), double (two affected lines) or triple typologies (the three affected lines) of the fault.

11SFNx(f _1) -I !""I"X(f -1)1> umbral ) 11SFNx (f _1) -I! "" I "X (f -1) 1> threshold)

Falta sobre la Missing on the

o =:> (3)o =:> (3)

{ linea x {line x

1('·HN.l"(f+1) + I("r.l"m l> umbral 1 ('· HN.l "(f + 1) + I (" r.l "m l> threshold

o Determinación del tipo de fallo de aislamiento: En esta fase se distingue si el fallo se produce por una derivación a tierra, originada en el mismo punto de la falta, o por el contrario se debe a una pérdida de aislamiento en el interior del cable y retornando la corriente a través de la o Determination of the type of insulation fault: In this phase it is distinguished whether the fault is caused by a grounding, originated at the same point of the fault, or on the contrary is due to a loss of insulation inside the cable and returning the current through the

30 malla. Basándonos en la Figura 58, Ix( representa la corriente que circularía 30 mesh Based on Figure 58, Ix (represents the current that would circulate

por el conductor del cable de la línea x, en el tramos del segmento f anterior al by the conductor of the line x cable, in the segments of segment f before the

punto de falta. ISx1 representa la corriente que circularía por la malla del cable de la línea x, en el tramos del segmento f anterior al punto de falta, IFx representa la corriente de falta en la línea x (nula si el fallo es de aislamiento interno), e ILsx representa la corriente que se deriva desde el conductor de la línea x a su malla. Análogamente, l'xI e I'sxl representan las corrientes que clrcularían por el conductor y por la malla del cable de la línea x, en el tramos del segmento f posterior al punto de falta. Este análisis se puede hacer a través del análisis colaborativo de los sensores del segmento f afectado. Si el retorno de la corriente es a través de la malla, todos estos sensores han de medir aproximadamente lo mismo (ecuación 4), missing point. ISx1 represents the current that would circulate through the wire mesh of line x, in the segments of segment f before the point of failure, IFx represents the fault current in line x (null if the fault is internally insulated), e ILsx represents the current that is derived from the conductor of the line x to its mesh. Similarly, l'xI and I'sxl represent the currents that would clrculate through the conductor and the wire mesh of the line x, in the segments of segment f after the point of failure. This analysis can be done through the collaborative analysis of the sensors of the affected segment f. If the return of the current is through the mesh, all these sensors have to measure approximately the same (equation 4),

(I,f +I",,)-(I;f+I;'f)~I, ~ O} 1SEN x(f,y) -l!tf + 1 Sxf ~11SD(~{f,Y) -ISEN~(f,y') 1 <umbral (4) ISEN~{f,y') = 1 '1tf + l'SJt.f (I, f + I ",,) - (I; f + I; 'f) ~ I, ~ O} 1SEN x (f, y) -l! Tf + 1 Sxf ~ 11SD (~ {f, Y) -ISEN ~ (f, y ') 1 <threshold (4) ISEN ~ {f, y') = 1 '1tf + l'SJt.f

En la ecuación (4) I.'IIiNX(f,y) representa cualquiera de las corrientes medidas por los dispositivos sensores 3 ubicados en las arquetas del segmento f, anteriores al punto de falta de la línea x, e I."¡;NX(f,y') representa cualquiera de In equation (4) I.'IIiNX (f, y) represents any of the currents measured by the sensing devices 3 located in the segments f segment, prior to the point of lack of line x, and I. "¡; NX (f, y ') represents any of

las corrientes medidas por los dispositivos sensores 3 ubicados en las arquetas del segmento f, posteriores al punto de falta de la línea x. Por tanto, si se cumple esta condición definida en (4) para todos los sensores del segmento f, se determina que la falta es por un fallo en el aislamiento interno, en caso contrario, se determina que la falta se debe por una derivación directa a tierra en el punto de falta . the currents measured by the sensor devices 3 located in the segments f segment, after the point of lack of the line x. Therefore, if this condition defined in (4) is met for all sensors in segment f, it is determined that the fault is due to a failure in the internal insulation, otherwise, it is determined that the fault is due to a direct derivation grounded at the point of failure.

• Una vez determinado el segmento bajo falta y determinado el tipo de ésta, el siguiente paso es estimar el punto en el cual se encuentra la falta dentro del segmento. Es este respecto se distinguen dos variantes importantes: • Once the segment under fault is determined and its type determined, the next step is to estimate the point at which the fault is within the segment. In this respect, two important variants are distinguished:

o Fallo de aislamiento con conexión a tierra en el punto de falta (caso negativo de la condición definida en la ecuación 4): En esta circunstancia la determinación del tramo bajo falta se reduce a ir evaluando la medida de corriente de cada nodo, en cada arqueta del segmento f, con la medida registrada por el nodo siguiente. Para una línea x, cuando exista una diferencia entre estas dos corrientes superior a un umbral (ecuación 5), se o Insulation fault with grounding at the point of failure (negative case of the condition defined in equation 4): In this circumstance the determination of the section under fault is reduced to be evaluating the current measurement of each node, in each arc of segment f, with the measurement recorded by the next node. For an x line, when there is a difference between these two currents greater than a threshold (equation 5),

puede determinar claramente que la falta se encuentra entre el subsegmento can clearly determine that the fault is among the subsegment

definido entre esos nodos i e i+1 . defined between those nodes i and i + 1.

Falta detectada en el subsegmento (~'JiNx fi -ISHNx fi+l > umbral:::::> . . . (5) Missing detected in the subsegment (~ 'JiNx fi -ISHNx fi + l> threshold :::::>... (5)

I (.)II (.) I

( . ) defimdo entre las arquetas 1 e 1+ 1 (.) defined between boxes 1 and 1+ 1

o Fallo de aislamiento sin conexión a tierra en el punto de falta (retorno de corriente a través de la malla, caso afirmativo de la condición definida en la ecuación 4): En esta circunstancia los sensores del segmento no detectan la corriente ILsx (corriente que se deriva desde el conductor de la línea x a su o Insulation fault without grounding at the point of failure (return of current through the mesh, affirmative of the condition defined in equation 4): In this circumstance the segment sensors do not detect the ILsx current (current that it is derived from the conductor of the line x to its

10 malla) originada por la falta (ecuación 6), debido a que el flujo neto de corriente es cero. Para esta alternativa, se plantea el uso de un método basado en el cálculo de la resistencia de la malla anterior (p·RSh) y posterior ((1-p)-RSh) al punto de falta (ecuación 7), donde RSh representa la resistencia total de la malla en el tramo del segmento r, ISxf e I'sxf representan las 15 corrientes que circularía por la malla del cable de la línea x en los tramo del segmento f anterior (1M) y posterior (I'sxf) al punto de falta, respectivamente, 10 mesh) caused by the fault (equation 6), because the net current flow is zero. For this alternative, the use of a method based on the calculation of the resistance of the anterior (p · RSh) and posterior ((1-p) -RSh) mesh to the point of failure (equation 7), where RSh represents the total resistance of the mesh in the segment of segment r, ISxf and I'sxf represent the 15 currents that would circulate through the mesh of the line x cable in the segments of segment f anterior (1M) and posterior (I'sxf) to the point of failure, respectively,

Vfx representa la tensión (referida a masa) que aparece en la malla en el punto de falta, en la línea x. Finalmente, para determinar la posición normalizada Mp" de la falta dentro del segmento f (ecuación 8). Vfx represents the tension (referred to mass) that appears in the mesh at the point of failure, on the line x. Finally, to determine the normalized position Mp "of the fault within segment f (equation 8).

I.o;.rf = !."'/iNx(f,y) -( !.,'/:NX(f-l) + I CrX(f _l»)} (6) I.o; .rf =!. "'/ INx (f, y) - (!.,' /: NX (f-l) + I CrX (f _l»)} (6)

!.~f = 1,%'N,« f,y') -(1."HNX(f-l-l) -ICJ'X(f-l-l» ) !. ~ f = 1,% 'N, «f, y') - (1." HNX (f-l-l) -ICJ'X (f-l-l »)

Vf --p'R'/ }Vf --p'R '/}

X -ShSxf RI. l RI'X -ShSxf RI. l RI '

Vf =(1-)K.¡'. =:' -p' .~'~,=( -p} ",' .", (7) Vf = (1-) K.¡ '. =: '-p'. ~ '~, = (-p} ",'.", (7)

x P .v, Sxf x P .v, Sxf

(8) (8)

Este planeamiento no solo es válido para topologías simples (por ejemplo, la de la Figura 5), además es extensible a lineas de distribución que presenten bifurcaciones. En estas topologías más complejas tan solo sería necesario This planning is not only valid for simple topologies (for example, that of Figure 5), it is also extensible to distribution lines that have bifurcations. In these more complex topologies it would only be necessary

añadir al planteamiento descrito las ecuaciones derivadas de estos nudos eléctricos. add to the described approach the equations derived from these electrical knots.

Gracias al empleo de todos estos métodos o funcionalidades, la red de monitorización 5 puede determinar de una manera sencilla el estado de funcionamiento de la red eléctrica subterránea. Thanks to the use of all these methods or functionalities, the monitoring network 5 can easily determine the operating status of the underground electricity network.

Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Sistema inalámbrico distribuido para la clasificación y localización de faltas en una red de distribución eléctrica subterránea, caracterizado por que comprende una red de sensores inalámbricos (2) distribuidos en una red de distribución eléctrica subterránea (1), dicha red de sensores inalámbricos (2) estando formada por una pluralidad de dispositivos sensores 1. Distributed wireless system for the classification and location of faults in an underground electrical distribution network, characterized in that it comprises a network of wireless sensors (2) distributed in an underground electrical distribution network (1), said wireless sensor network ( 2) being formed by a plurality of sensor devices (3) que constituyen los nodos sensores de la red; donde cada dispositivo sensor (3) está acoplado a un conductor (7) de la red de distribución eléctrica subterránea (1) a monitorizar, estando los dispositivos sensores (3) de la red distribuidos de forma que todos los tramos de conductores entre bifurcaciones tienen conectados al menos un dispositivo sensor (3), cada dispositivo sensor (3) disponiendo de: (3) that constitute the sensor nodes of the network; where each sensor device (3) is coupled to a conductor (7) of the underground electrical distribution network (1) to be monitored, the sensor devices (3) of the network being distributed so that all sections of conductors between branches have connected at least one sensor device (3), each sensor device (3) having: • un módulo de comunicación inalámbrico (30) para la comunicación con otros dispositivos sensores (3) de la red ubicados dentro de su alcance; • a wireless communication module (30) for communication with other sensor devices (3) of the network located within its range;
medios de procesamiento de datos (31); data processing means (31);
medios de medición de la corriente (34) que circula por el conductor (7) al means for measuring the current (34) that circulates through the conductor (7) to the
que está acoplado; estando los dispositivos sensores (3) sincronizados entre sí y configurados para, una vez detectado un evento de falta, identificar el tipo de falta originada y el punto de la red de distribución eléctrica subterránea (1) donde se ha producido la falta mediante el intercambio de mensajes, entre los distintos dispositivos sensores (3), con información de las medidas de corriente sincronizadas y mediante el análisis de la información fasorial de dichas medidas de corriente sincronizadas, teniendo en cuenta la topología de la red that is coupled; the sensor devices (3) being synchronized with each other and configured to, once a fault event is detected, identify the type of fault originated and the point of the underground electrical distribution network (1) where the fault occurred through the exchange of messages, between the different sensor devices (3), with information on the synchronized current measurements and by analyzing the fasorial information of said synchronized current measurements, taking into account the network topology
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que para realizar la localización de la falta los dispositivos sensores (3) están configurados para: 2. System according to claim 1, characterized in that to perform the fault location the sensor devices (3) are configured to:
--
determinar el segmento (10) de línea en el que se encuentra la falta mediante la comparación de las corrientes de entrada y de salida de los distintos segmentos que componen la red de distribución eléctrica subterránea (1), determine the line segment (10) in which the fault is found by comparing the input and output currents of the different segments that make up the underground electrical distribution network (1),
--
clasificar el tipo de falta en el segmento afectado, determinando la línea o líneas del segmento (10) sometidas a falta y el tipo de fallo de aislamiento producido, yen particular si el fallo se produce por una derivación a tierra o por una pérdida de aislamiento en el interior del cable; classify the type of fault in the affected segment, determining the line or lines of the segment (10) subject to the fault and the type of insulation failure produced, and in particular if the fault is caused by a grounding or a loss of insulation inside the cable;
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estimar la localización de la falta dentro del segmento (10) en el que se ha producido la falta teniendo en cuenta la clasificación de la misma. estimate the location of the fault within the segment (10) in which the fault occurred taking into account its classification.
3. 3.
Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los dispositivos sensores (3) están configurados para realizar la sincronización conjunta empleando la detección de paso por cero de las medidas de corriente de los nodos sensores, y teniendo en cuenta la situación de los nodos sensores dentro de la red de distribución eléctrica subterránea (1) a monitorizar y que el sumatorio tasarial de las corrientes en todos los nodos es igual a cero. System according to any of the preceding claims, characterized in that the sensor devices (3) are configured to perform the joint synchronization using the zero-pass detection of the current measurements of the sensor nodes, and taking into account the location of the nodes sensors within the underground electrical distribution network (1) to be monitored and that the sum of charges of currents in all nodes is equal to zero.
4. Four.
Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los dispositivos sensores (3) disponen de una bobina de alimentación (36) que rodea al conductor (7) y a través de la cual recibe la energía de alimentación. System according to any of the preceding claims, characterized in that the sensor devices (3) have a supply coil (36) that surrounds the conductor (7) and through which it receives the power supply.
5. 5.
Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de medición de la corriente (34) de los dispositivos sensores (3) comprenden al menos una bobina de Rogowski (37). System according to any of the preceding claims, characterized in that the current measuring means (34) of the sensor devices (3) comprise at least one Rogowski coil (37).
6. 6.
Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los System according to any of the preceding claims, characterized in that the
dispositivos sensores (3) están ubicados en arquetas (8) de la red de distribución eléctrica subterránea (1), de forma tal que permiten monitorizar todo el flujo de potencia de la red de distribución eléctrica subterránea (1). Sensor devices (3) are located in boxes (8) of the underground electrical distribution network (1), in such a way that they allow monitoring the entire power flow of the underground electrical distribution network (1).
7. 7.
Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende adicionalmente una unidad de control (6) y una pasarela (5) con capacidad de comunicación inalámbrica configurada para recoger información de la red de sensores inalámbricos (2) y transmitírsela a la unidad de control (6). System according to any of the preceding claims, characterized in that it further comprises a control unit (6) and a gateway (5) with wireless communication capability configured to collect information from the wireless sensor network (2) and transmit it to the control unit. control (6).
8. 8.
Procedimiento de clasificación y localización de faltas en una red de distribución eléctrica subterránea, caracterizado por que comprende: Classification and fault location procedure in an underground electrical distribution network, characterized in that it comprises:
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establecer una red de sensores inalámbricos (2) en una red de distribución eléctrica subterránea (1), dicha red de sensores inalámbricos (2) estando formada por una pluralidad de dispositivos sensores (3) sincronizados entre sí y que constituyen los nodos sensores de la red; donde cada dispositivo sensor (3) está acoplado a un conductor (7) de la red de distribución eléctrica subterránea (1) a monitorizar, estando los dispositivos sensores (3) de la red distribuidos de forma que todos los tramos de conductores entre bifurcaciones tienen asociados al menos un dispositivo sensor (3); establishing a wireless sensor network (2) in an underground electrical distribution network (1), said wireless sensor network (2) being formed by a plurality of sensor devices (3) synchronized with each other and constituting the sensor nodes of the net; where each sensor device (3) is coupled to a conductor (7) of the underground electrical distribution network (1) to be monitored, the sensor devices (3) of the network being distributed so that all sections of conductors between branches have associated at least one sensor device (3);
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medir, por parte de cada dispositivo sensor (3), la corriente que circula por el conductor (7) al que está asociado; measure, by each sensor device (3), the current flowing through the conductor (7) to which it is associated;
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ante la detección de un evento de falta , identificar el tipo de falta originada y la localización de la falta mediante el intercambio de mensajes, entre los distintos dispositivos sensores (3), con información de las medidas de corriente sincronizadas y mediante el análisis de la información tasarial de dichas medidas de corriente sincronizadas, teniendo en cuenta la topología de la red. before the detection of a fault event, identify the type of fault caused and the location of the fault by exchanging messages, between the different sensor devices (3), with information on the synchronized current measurements and by analyzing the tax information of said synchronized current measurements, taking into account the network topology.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que la localización de la falta comprende: 9. Method according to claim 8, characterized in that the location of the fault comprises:
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determinar el segmento (10) de linea en el que se encuentra la falta mediante la comparación de las corrientes de entrada y de salida de los distintos segmentos que componen la red de distribución eléctrica subterránea (1), determine the line segment (10) in which the fault is found by comparing the input and output currents of the different segments that make up the underground electrical distribution network (1),
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clasificar el tipo de falta en el segmento afectado, determinando la línea o líneas del segmento (10) sometidas a falta y el tipo de fallo de aislamiento producido, y en particular si el fallo se produce por una derivación a tierra o por una pérdida de aislamiento en el interior del cable; classify the type of fault in the affected segment, determining the line or lines of the segment (10) subject to the fault and the type of insulation fault produced, and in particular if the fault is caused by a grounding or a loss of insulation inside the cable;
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estimar la localización de la falta dentro del segmento (10) en el que se ha producido la falta teniendo en cuenta la clasificación de la misma. estimate the location of the fault within the segment (10) in which the fault occurred taking into account its classification.
10. 10.
Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado por que los dispositivos sensores realizan la sincronización conjunta empleando la detección de paso por cero de las medidas de corriente de los nodos sensores, teniendo en cuenta la situación de los nodos sensores dentro de la red de distribución eléctrica subterránea (1) a monitorizar y que el sumatorio rasorial de las corrientes en todos los nodos es igual a cero. Method according to any of claims 8 to 9, characterized in that the sensor devices perform the joint synchronization using the zero-pass detection of the current measurements of the sensor nodes, taking into account the situation of the sensor nodes within the network of underground electrical distribution (1) to be monitored and that the rasorial sum of currents in all nodes is equal to zero.
11. eleven.
Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que los dispositivos sensores (3) se disponen en arquetas (8) de la red de distribución eléctrica subterrfmea (1), de forma tal que permiten monitorizar todo el flujo de potencia de la red de distribución eléctrica subterránea (1). Method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the sensor devices (3) are arranged in boxes (8) of the underground electrical distribution network (1), in such a way that they allow monitoring the entire power flow of the underground electrical distribution network (1).
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