ES2229444T3 - Dispositivo de control y vigilancia para la apertura o el cierre de un elemento electrico de accionamiento. - Google Patents
Dispositivo de control y vigilancia para la apertura o el cierre de un elemento electrico de accionamiento.Info
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Abstract
Dispositivo de control y supervisión para medios accionadores para la apertura/cierre de elementos operativos eléctricos, incluyendo medios medidores de corriente y voltaje y una unidad de procesado, caracterizado porque dicha unidad de procesado realiza las funciones siguientes: A) determinar el valor óptimo de corriente y/o voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre; B) determinar, después de una orden operativa y un cálculo predictivo, una sucesión de momentos en los que la corriente o voltaje asumen dicho valor óptimo; C) determinar una ventana de tiempo para la apertura/cierre de dichos elementos operativos que contiene uno de los momentos en la sucesión determinada; D) enviar una orden a dichos medios accionadores que mueven los elementos operativos en base a la ventana de tiempo determinada y de los tiempos operativos de dichos elementos operativos eléctricos; por lo que dicha función A) se realiza usando un procedimiento adaptativo que incluye las fases siguientes: A1)medir los transitorios eléctricos de la red después de una operación de apertura/cierre y/o después de una inyección predeterminada de señales de voltaje y/o corriente en la red eléctrica, y actualizar dicho valor óptimo de corriente o voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre en base a la información obtenida de medir dichos transitorios eléctricos y en base a la posible configuración operativa previamente guardada en dicha unidad de procesado.
Description
Dispositivo de control y vigilancia para la
apertura o el cierre de un elemento eléctrico de accionamiento.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de control y supervisión para la apertura/cierre de elementos
operativos tal como disyuntores de circuito, desconectores y
análogos, en una red de distribución y/o transmisión de energía
eléctrica.
En particular, la presente invención se refiere a
un dispositivo de control y supervisión que hace posible,
implementando estrategias de supervisión adecuadas, efectuar la
operación eléctrica de manera "síncrona" en relación a los
parámetros de la red, es decir, de tal manera que el momento de
operación esté situado dentro de una ventana de tiempo conteniendo
el momento óptimo en el que los transitorios eléctricos son mínimos.
Esta ventana es suficientemente grande para garantizar que se
obtenga sincronismo durante toda la duración esperada del elemento
operativo. Por lo tanto, se garantiza la minimización de los
transitorios de los parámetros eléctricos, la limitación de la
duración del arco y la eliminación de fenómenos de recebado del
arco.
El documento US 5 644 463 describe un dispositivo
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Es conocido por el estado de la técnica que los
elementos operativos tal como disyuntores de circuito, aisladores y
análogos en general operan en respuesta a órdenes, automáticas o
manuales, enviadas desde un panel de control y supervisión. Esto
significa que la operación puede tener lugar de manera
"aleatoria", es decir, de manera que sea asíncrona en relación
a los parámetros de la red y, muy frecuentemente, capaz de generar
transitorios eléctricos y/o fenómenos de arco eléctrico que son
generalmente sumamente dañinos. Para minimizar estos efectos
transitorios dañinos, habría que realizar la operación eléctrica de
manera que fuese "síncrona" en relación a los parámetros de la
red, es decir, determinar un momento operativo óptimo que hace
posible minimizar los efectos dañinos debidos a transitorios o
fenómenos de arco eléctrico.
Por ejemplo, en el caso de una operación de
cierre en una carga capacitiva, con energía residual cero, el
momento óptimo se produce cuando hay voltaje cero.
Se conocen soluciones en las que la elección del
momento operativo óptimo está preestablecido y correlacionado
estrictamente al tipo de carga inicialmente presente, sin tener en
cuenta los cambios de su naturaleza.
Por ejemplo, la patente de Estados Unidos
5.119.260 ofrece una opción del momento óptimo en relación a la
operación de abertura en una carga inductiva solamente.
Un momento desfasado una cantidad fija de tiempo
en relación al paso mediante la corriente cero se preestablece como
el momento óptimo.
Esta situación es totalmente inadecuada para
otros tipos de operaciones o cuando se producen cambios en la
carga.
Otras soluciones permiten elegir el momento
óptimo en relación al tipo de operación solamente sin tener en
cuenta la carga. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 5.361.184
toma la corriente cero como el momento óptimo para las operaciones
de apertura y el voltaje cero como el momento óptimo para las
operaciones de cierre, independientemente del tipo de carga.
Este tipo de solución es inadecuada si por
cualquier razón hay un cambio en la naturaleza de la carga o la
red.
Se conocen soluciones que proponen la adopción,
para algunos tipos predeterminados de operaciones solamente, de un
procedimiento adaptativo para disminuir los efectos dañinos debidos
a transitorios y/o arco eléctrico.
Por ejemplo, en la patente de Estados Unidos
5.566.041 se propone un dispositivo para regular el movimiento de
los contactos de un disyuntor de circuito, para la operación de
abertura y sistemas monofase solamente, para que la separación de
los contactos tenga lugar cerca del momento de paso por la corriente
cero.
El dispositivo está equipado con un sensor de
posición que suministra información sobre la posición de los
contactos uno con relación a otro a un controlador que envía una
orden a medios de accionamiento adecuados para acelerar o decelerar
el movimiento del contacto móvil, cambiando el tiempo operativo.
El tiempo operativo se regula para obtener la
apertura de los contactos lo más cerca que sea posible de la
corriente cero, que se supone que es simétrica y a una frecuencia
constante.
La solución propuesta, aunque supone un progreso
técnico en relación a las soluciones antes descritas, no es adecuada
y es incapaz de controlar efectivamente la ejecución de la operación
de cierre independientemente del tipo de carga; además, no es capaz
de gestionar efectivamente situaciones de avería o situaciones en
las que están presentes transitorios, porque se basa en el supuesto
de tener una corriente/voltaje simétrico y frecuencia constante.
En conclusión, se puede afirmar que las
soluciones conocidas del estado de la técnica, aunque logran la
tarea para la que se diseñaron, no garantizan la elección de un
momento óptimo que sea flexible y adaptado adecuadamente para el
tipo de carga, el tipo de red y el tipo de operación realizado.
La principal tarea de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de control y supervisión para la
apertura/cierre de elementos operativos tal como disyuntores de
circuito, desconectores y análogos que es capaz de elegir el momento
operativo óptimo teniendo en cuenta el estado del neutro, la
naturaleza de la red y carga y el tipo de operación a realizar.
Como parte de esta tarea, un objeto de la
presente invención es proporcionar un dispositivo de control y
supervisión que es capaz de elegir el momento operativo óptimo
implementando una estrategia adaptativa.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de control y supervisión que es capaz de
elegir un momento operativo óptimo después de una estrategia que es
fácil de desarrollar y fácil de implementar en la práctica.
Otro objeto, pero no el último, de la presente
invención es proporcionar un dispositivo de control y supervisión
que es fácil de fabricar a bajo costo.
Esta tarea, junto con estos y otros objetos que
aparecerán más claramente a continuación, se logra con un
dispositivo de control y supervisión para medios accionadores para
la apertura/cierre de elementos operativos, incluyendo medios
medidores de corriente y voltaje y una unidad de procesado que
realiza las funciones siguientes:
- determinar un valor óptimo de corriente y/o
voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre;
- determinar, después de una orden operativa y un
cálculo predictivo, una sucesión de momentos en los que la corriente
o voltaje asume dicho valor óptimo;
- determinar una ventana de tiempo para la
apertura/cierre de dichos elementos operativos que contiene uno de
los momentos en la sucesión determinada;
- enviar una orden a dichos medios de
accionamiento en base a la ventana de tiempo determinado y de los
tiempos operativos de dichos elementos operativos eléctricos.
Dicho valor óptimo se determina usando un
procedimiento adaptativo que incluye las fases siguientes:
- medir los transitorios eléctricos después de
una operación de apertura/cierre y/o generados después de la
inyección de una señal adecuada en la red eléctrica;
- actualizar dicho valor óptimo de corriente o
voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre en base a la
información obtenida de medir dichos transitorios eléctricos y en
base a posibles configuraciones operativas previamente guardadas en
dicha unidad de procesado.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán más claramente en la descripción de una realización
preferida, pero no exclusiva, del dispositivo de control y
supervisión según la invención, ilustrada puramente a modo de
ejemplo y sin limitación en los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es un diagrama de una realización
preferida pero no limitativa de un dispositivo de control y
supervisión según la invención.
La figura 2 es un diagrama de las fases sucesivas
en un procedimiento adaptativo ejecutado por un dispositivo de
control y supervisión según la invención.
La figura 3 es un diagrama de las fases sucesivas
en otro procedimiento adaptativo ejecutado por un dispositivo de
control y supervisión según la invención.
Con referencia a la figura 1, una realización
preferida del dispositivo de control y supervisión según la
invención se presenta en forma diagramática.
El dispositivo de control y supervisión según la
invención (mostrado dentro de la línea discontinua e indicado con la
flecha 1), incluye una unidad de procesado 4 y medios para medir la
corriente y voltaje 2 y 3, en forma, por ejemplo, de transformadores
de corriente y voltaje. Dichos medios medidores 2 y 3 realizan una
medición de la corriente y voltaje de la fase 5 y envían a la unidad
de procesado 4 las señales que indican las mediciones hechas.
Cuando se ha de ejecutar una operación, la unidad
de procesado 4 recibe una orden automática o manual externa 7.
La unidad de procesado 4 determina un valor
óptimo de corriente y/o voltaje, en base a un procedimiento
adaptativo, al que ejecutar la operación de apertura/cierre.
Los procedimientos adaptativos adoptados por la
unidad de procesado 4 se pueden estructurar de formas diferentes
como se describe con detalle a continuación.
Dichos procedimientos adaptativos incluyen una
fase en la que se miden los transitorios eléctricos después de una
operación de apertura/cierre y/o después de la inyección de una
señal adecuada en la red eléctrica (tal como un pulso de voltaje,
por ejemplo), y una fase en la que se actualiza el valor óptimo de
corriente o voltaje al que ejecutar la operación de
apertura/cierre.
La actualización se lleva a cabo en base a la
medición de los transitorios de corriente o voltaje, ejecutados
usando medios medidores 2 y 3, y en base a posibles configuraciones
operativos que se guardaron previamente en la unidad de procesado
4.
Después de haber determinado dicho valor óptimo,
la unidad de procesado 4 pasa a efectuar un cálculo predictivo de la
secuencia de los momentos en los que la corriente o voltaje asume
dicho valor óptimo.
El cálculo predictivo hace posible determinar una
ventana de tiempo en la que ejecutar la operación de
apertura/cierre.
En base al cálculo de dicha ventana de tiempo y
en base a los tiempos operativos, conocidos a priori, la unidad de
procesado 10 envía la orden 8 a los medios accionadores 9 que mueven
(flecha 10) el elemento operativo 6, que podría ser un disyuntor de
circuito, por ejemplo.
El movimiento del elemento operativo 6 se puede
ajustar en tiempo real durante la operación propiamente dicha para
asegurar que la operación se lleve a cabo dentro de la ventana de
tiempo, tomando en cuenta los cambios debidos a desgaste de los
componentes, si es necesario.
Con referencia a la figura 2, una secuencia
preferida de los pasos que pueden formar la estructura de dicho
procedimiento adaptativo se representa en forma diagramática.
La unidad de procesado 4 determina los valores
óptimos 20 y 21 para la operación de abertura y cierre en base a
configuraciones posibles 22 y 23 para las operaciones de cierre y
apertura, respectivamente, que se guardan en la unidad de procesado
4.
La operación de apertura/cierre 24 se ejecuta en
base al cálculo de los valores óptimos 20 y 21. Los medios medidores
2 y 3 en la figura 1 miden los transitorios después de la operación
de apertura/cierre (paso 25).
Si los transitorios no exceden de un umbral
predeterminado, se usarán los mismos valores óptimos de
apertura/cierre ya usados para la operación siguiente.
Si los transitorios exceden de dicho umbral
predeterminado, los valores óptimos de cierre/apertura serán
actualizados usando configuraciones de cierre/apertura diferentes de
las usadas previamente (flechas 26 y 27).
La operación de cierre/apertura se ejecutará de
nuevo y si los transitorios eléctricos exceden de nuevo de dicho
umbral predeterminado, se determinará un nuevo valor óptimo.
En una realización preferida, los valores óptimos
de cierre/apertura 20 y 21 se pueden corregir con las cantidades 28
y 29 que tienen en cuenta la energía residual presente en la carga
12 en la figura 1. La energía residual, y por lo tanto las
cantidades 28 y 29, se determinan a priori en base a la constante de
tiempo que caracteriza el transitorio de descarga de la carga, si es
capacitiva, o en base a los modos de apertura de la operación
anterior y en base a los flujos residuales presentes si la carga es
inductiva.
Con referencia a la figura 3, se representa en
forma diagramática una secuencia alternativa de pasos que podrían
formar la estructura de dicho procedimiento adaptativo.
Se inyectan señales adecuadas, tal como pulsos de
voltaje, por ejemplo, en la red eléctrica (paso 30) antes de cada
operación de cierre/apertura 34.
La inyección de los pulsos se puede hacer usando
el generador 11 en la figura 1 y se puede realizar en el lado de la
red, en la dirección de la flecha 13, y en el lado de la carga, en
la dirección de la flecha 14.
Dichas señales inyectadas producen transitorios
de red que se miden (paso 31).
La medición de los transitorios, que implica
preferiblemente análisis de espectro, hace posible determinar el
tipo de carga con anterioridad. Esto hace posible que la unidad de
procesado 10 elija más fácilmente las configuraciones más adecuadas
de abertura 32 y cierre 33.
Una vez que se ha elegido la configuración de
cierre/apertura, la unidad de procesado 10 pasa a determinar los
momentos óptimos de cierre/apertura 38 y 39 y después ejecuta la
operación 34.
Después se miden 35 los transitorios eléctricos
posteriores a la operación eléctrica 34. Si dichos transitorios
exceden de un umbral predeterminado, se repite el procedimiento
(flecha 37).
Los valores óptimos 38 y 39 son corregidos
preferiblemente por las cantidades 40 y 41 que tienen en cuenta la
energía residual presente en la carga 12 en la figura 1.
En este caso, la energía residual se puede
evaluar después de la inyección 30 de una señal adecuada en el lado
de carga (flechas 42 y 43).
Se ha verificado en la práctica que el
dispositivo de control y supervisión según la invención realiza sus
tareas establecidas.
En particular, la adopción de un procedimiento
adaptativo hace posible que el dispositivo de control y supervisión
seleccione el valor óptimo de cierre/apertura, teniendo siempre en
cuenta los cambios del estado de la red y la carga.
Esto siempre hace posible efectuar la operación
eléctrica que minimiza los transitorios y el fenómeno de arco
eléctrico y así minimiza considerablemente el desgaste de los
componentes.
La corrección del valor óptimo evaluando la
energía residual de la carga hace posible además limitar los
transitorios, teniendo también en cuenta el comportamiento no ideal
de la carga.
La inyección de señales a la red y la evaluación
de los transitorios generados por ellas también hace posible
aumentar la velocidad del procedimiento adaptativo, permitiendo
elegir el valor óptimo correcto en un número mínimo de operaciones.,
además, se deberá recalcar que los procedimientos adaptativos
descritos son fáciles de implementar, haciendo posible obtener un
dispositivo de control y supervisión que es relativamente fácil de
fabricar a bajo costo.
Claims (6)
1. Dispositivo de control y supervisión para
medios accionadores para la apertura/cierre de elementos operativos
eléctricos, incluyendo medios medidores de corriente y voltaje y una
unidad de procesado, caracterizado porque dicha unidad de
procesado realiza las funciones siguientes:
A) determinar el valor óptimo de corriente y/o
voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre;
B) determinar, después de una orden operativa y
un cálculo predictivo, una sucesión de momentos en los que la
corriente o voltaje asumen dicho valor óptimo;
C) determinar una ventana de tiempo para la
apertura/cierre de dichos elementos operativos que contiene uno de
los momentos en la sucesión determinada;
D) enviar una orden a dichos medios accionadores
que mueven los elementos operativos en base a la ventana de tiempo
determinada y de los tiempos operativos de dichos elementos
operativos eléctricos;
por lo que dicha función A) se realiza usando un
procedimiento adaptativo que incluye las fases siguientes:
A_{1}) medir los transitorios eléctricos de la
red después de una operación de apertura/cierre y/o después de una
inyección predeterminada de señales de voltaje y/o corriente en la
red eléctrica, y actualizar dicho valor óptimo de corriente o
voltaje al que efectuar la operación de apertura/cierre en base a la
información obtenida de medir dichos transitorios eléctricos y en
base a la posible configuración operativa previamente guardada en
dicha unidad de procesado.
2. Dispositivo de control y supervisión según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha fase A_{1})
incluye los pasos siguientes:
A_{11}) determinar un valor óptimo de corriente
y/o voltaje al que efectuar la operación de cierre en base a una
posible configuración para la operación de cierre previamente
guardada en dicha unidad de procesado;
A_{12}) determinar un valor óptimo de corriente
y/o voltaje al que efectuar la operación de abertura en base a una
posible configuración para la operación de abertura previamente
guardada en dicha unidad de procesado;
A_{13}) medir los transitorios eléctricos de la
red después de una operación de apertura/cierre en base a dicho
valor óptimo;
A_{14}) si los transitorios exceden de un
umbral predeterminado, actualizar los valores óptimos a los que
efectuar la operación de apertura/cierre usando una configuración
para la operación de cierre y una configuración para la operación de
abertura diferente de los usados previamente;
A_{15}) medir los transitorios eléctricos de la
red después de una operación de apertura/cierre en base a dicho
valor óptimo actualizado;
A_{16}) repetir de forma iterativa pasos
A_{14}) y A_{15}) si dichos transitorios exceden de dicho umbral
predeterminado.
3. Dispositivo de control y supervisión según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha fase A_{1})
incluye los pasos siguientes:
a_{11}) inyectar una señal de voltaje y/o
corriente en la red eléctrica;
a_{12}) medir los transitorios eléctricos de la
red producidos por dicha señal de voltaje y/o corriente;
a_{13}) si los transitorios exceden de un
umbral predeterminado, determinar un valor óptimo de voltaje al que
efectuar la operación de cierre en base a una posible configuración
para la operación de cierre previamente guardada en dicha unidad de
procesado, determinándose dicha configuración posible en base a
medir dicho transitorio;
a_{14}) si los transitorios están presentes,
determinar un valor óptimo de corriente y/o voltaje al que efectuar
la operación de abertura en base a una posible configuración para la
operación de abertura previamente guardada en dicha unidad de
procesado, determinándose dicha posible configuración en base a
medir dicho transitorio;
a_{15}) medir los transitorios eléctricos de la
red después de una operación de apertura/cierre en base a dicho
valor óptimo;
a_{16}) repetir de forma iterativa los pasos
a_{11}) a a_{15}) y actualizar dichos valores óptimos si dichos
transitorios exceden de dicho umbral predeterminado.
4. Dispositivo de control y supervisión según la
reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho
pulso de voltaje se inyecta hacia arriba y/o hacia abajo de dicho
elemento operativo eléctrico.
5. Dispositivo de control y supervisión según una
o varias de las reivindicaciones 3 a 4 caracterizado por el
hecho de que dicha medición de los transitorios generados por la
inyección de un pulso de voltaje en la red eléctrica se realiza
usando un procedimiento de análisis de espectro.
6. Dispositivo de control y supervisión según una
o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que dicho valor óptimo de corriente y/o voltaje para
la operación de cierre se corrige con una cantidad que tiene en
cuenta la energía residual presente en la carga en el momento de la
operación, determinándose dicha cantidad en base a la constante de
tiempo nominal o medida que caracteriza el transitorio de
descarga para cargas capacitivas, o los flujos residuales,
determinados por la operación anterior, para cargas inductivas.
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