ES2252912T3 - Procedimiento de control del funcionamiento de un aparato de conmutacion. - Google Patents
Procedimiento de control del funcionamiento de un aparato de conmutacion.Info
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Abstract
Un método de control de la operación de cierre de un dispositivo de conmutación dispuesto en una red eléctrica conectado con un componente inductivo compuesto de las siguientes fases: a) adquisición de los primeros datos relacionados con las características del citado componente inductivo y la citada red; b) selección, sobre la base de los citados primeros datos, en los primeros y predefinidos medios de almacenamiento que contienen las secuencias operativas de apertura y cierre, de la primera secuencia operativa predefinida de apertura; caracterizado por el hecho de que también se compone de las siguientes fases: c) selección sobre la base de la citada primera y predefinida secuencia operativa, en los primeros medios de almacenamiento, de la primera y predefinida secuencia operativa de cierre.
Description
Procedimiento de control del funcionamiento de un
aparato de conmutación.
La presente invención se refiere a un método de
control del funcionamiento de un dispositivo de conmutación. Más en
particular, la presente invención se refiere a un método de control
de la operación de cierre de un dispositivo de conmutación
dispuesto en una red eléctrica conectada con un componente
inductivo, como un transformador, una reactancia y similares. En el
actual estado de la técnica se conocen muchos ejemplos de métodos de
control del funcionamiento de los dispositivos de conmutación tales
como interruptores de circuito, desconectadores y similares. Por lo
tanto, es bien conocido que los dispositivos de conmutación
funcionan por lo general en respuesta a las instrucciones,
transmitidas automática ó manualmente, desde un panel de control y
vigilancia. Esto quiere decir que el funcionamiento puede llevarse
a cabo de manera aleatoria en relación con los parámetros de la red
eléctrica (tanto trifásica como monofásica) a la que los
dispositivos de conmutación están conectados. La realización
asincrónica de la operación de cierre/apertura en relación con los
parámetros de la red eléctrica, genera muy a menudo transiente
eléctrico transitorio y/ó el fenómeno de la formación del arco
eléctrico, tales como los así llamados "cortes anticipados" ó
"cortes repetidos" que habitualmente son extremadamente
dañinos.
Estos efectos no deseados son obviamente
presentes cuando el dispositivo de conmutación está dispuesto en la
red eléctrica conectada con el componente inductivo. Después de que
se haya llevado a cabo la función de apertura, aparece el fundente
residual en el núcleo magnético del componente inductivo. La
cantidad del fundente residual depende del ciclo de histéresis que
caracteriza el núcleo magnético del componente inductivo.
Lamentablemente, la citada cantidad no es constante sino que varía
debido a varias causas tales como, por ejemplo, la presencia de la
capacidad eléctrica parásita. Este hecho implica que la cantidad del
fundente residual que sigue presente en el núcleo magnético puede
ser desconocida. Esto quiere decir que la subsiguiente operación de
cierre, con un dispositivo de conmutación "asincrónico" puede
llevarse a cabo en relación con el estado magnético que puede ser
muy distinto del que está actualmente presente en el componente
magnético. De este modo, los transientes eléctricos transitorios de
corriente alta (llamados "corrientes precipitadas") pueden
presentarse estando caracterizados por corrientes de muy alta
magnetización (diez - veinte veces más alta que el índice corriente)
con fuerte contenido armónico. La presencia de transientes
eléctricos transitorios de corriente alta provoca picos de potencia
cuyo manejo es muy difícil. De esta manera, por ejemplo, en las
redes de potencia baja resulta necesario proporcionar muchos
generadores en paralelo con el propósito de evitar los problemas de
la inestabilidad de la red. Asimismo en la red de emergencia resulta
necesario conectar los transformadores presentes algunas veces,
esperando a menudo que bajen las corrientes de los transientes
eléctricos transitorios. En las redes de distribución secundarias
pueden surgir muchos problemas debido al fallo de los fusibles de
protección.
Además, la presencia de un fuerte contenido
armónico, particularmente del segundo orden, conduce a una más baja
calidad de la energía eléctrica (PQ - siglas en inglés) de la red
total. De la presencia del fuerte contenido armónico también pueden
surgir problemas en el manejo de la protección de la red.
Con el fin de minimizar estos efectos dañinos del
transiente eléctrico transitorio, muchos métodos del estado de la
técnica facilitan la realización de la operación eléctrica de manera
"sincrónica". Entones de lleva a cabo la operación en relación
con los parámetros de la red lo que quiere decir que se determina,
por ejemplo, en el caso de una red trifásica, las secuencias de los
momentos operativos óptimos. Cada una de estas secuencias, de aquí
en adelante definida como "secuencia operativa", es una
secuencia de momentos en los que el voltaje y/ó la corriente de cada
fase llega a los valores deseados. Cada secuencia operativa puede
llevarse a cabo independientemente para cada polo del dispositivo de
conmutación.
En el caso de los dispositivos de conmutación
conectados con los componentes inductivos, se conocen las soluciones
en las que la elección de una secuencia operativa óptima está en
realidad predefinida.
Por ejemplo, la patente US 5.119.260 ofrece una
selección de las operaciones óptimas solamente en relación con la
operación de apertura. Los momentos que están fuera de la fase en un
periodo fijo de tiempo en relación con el paso a través de la
corriente cero están predeterminados como óptimos. Esta situación
está decididamente inadecuada para otros tipos de operaciones, tales
como la operación de cierre.
Otras soluciones permiten que se elija la
secuencia operativa óptima en relación con el tipo de operación
solamente sin tomar en cuenta la carga. Por ejemplo, la patente US
5.361.184 toma las corrientes cero como los momentos óptimos para
las operaciones de apertura y el voltaje cero como los momentos
óptimos para las operaciones de cierre, independientemente del tipo
de la carga.
Asimismo este tipo de solución es inadecuado
porque no toma en cuenta los problemas específicos que surgen cuando
un componente inductivo está conectado con la red. Otros métodos
proponen como óptimos para la secuencia operativa de cierre, los
momentos en los que el voltaje llega al máximo. Incluso si esta
solución representa un progreso técnico en relación con las
soluciones descritas con anterioridad, sigue inadecuada y no es
capaz de reducir drásticamente los transientes eléctricos de la
corriente transitorios. De hecho, las mencionadas variaciones del
fundente inductivo no están tomadas en cuenta.
En conclusión, es posible asegurar que las
soluciones conocidas en el actual estado de la técnica, mientras
consiguen cumplir con el objetivo para el que han sido diseñadas, no
garantizan la reducción efectiva de las corrientes transientes
eléctricas transitorias cuando se están realizando las funciones del
dispositivo de conmutación en presencia de los componentes
inductivos. El documento WO 99/00811 presenta un método de acuerdo
con el preámbulo de la
\hbox{reivindicación 1.}
El objetivo de la presente invención constituye
el proporcionar un método para controlar las operaciones de cierre
de un dispositivo de conmutación, dispuesto en la red eléctrica y
conectado con un componente inductivo que permite reducir
drásticamente los mencionados efectos del transiente eléctrico
transitorio.
Como parte de este cometido, un objetivo de la
presente invención es proporcionar un método que permita reducir las
así llamadas "corrientes precipitadas" hasta los valores
insignificantes en comparación con la corriente nominal con el fin
de perfeccionar la calidad de la energía eléctrica de la red y para
evitar los otros problemas mencionados.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un método que permita reducir drásticamente las
armónicas de la corriente de orden bajo con el fin de perfeccionar
la operatividad y el manejo de los dispositivos de la protección de
la red.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar un método que puede ser puesto en funcionamiento con
facilidad utilizando los sistemas de procesamiento de uso común.
De este modo, la presente invención proporciona
un método para controlar la operación de cierre del dispositivo de
conmutación dispuesto en la red eléctrica conectado con el
componente inductivo y que está compuesto de las siguientes
fases:
- a)
- adquisición de los primeros datos relacionados con las características eléctricas del citado componente inductivo y la citada red;
- b)
- selección, sobre la base de los citados primeros datos, en los primeros medios de almacenamiento predefinidos que contienen las predefinidas secuencias de apertura y cierre, la primera secuencia operativa de apertura predefinida;
- c)
- selección, sobre la base de la citada primera secuencia operativa, en los primeros medios de almacenamiento, la primera y predefinida secuencia operativa de cierre.
Las demás características y ventajas de la
presente invención se hará aparente con más claridad después de la
lectura de la descripción de las realizaciones preferentes pero no
exclusivas del método según la invención, presentada solamente a
modo de ejemplo y sin limitación en los dibujos adjuntos en los
que:
La Figura 1 es un esquema que presenta la
secuencia de los pasos ejecutados según el método de acuerdo con la
presente invención;
La Figura 2 es un esquema relacionado con un
esquema preferido pero no restringido del método de la
invención;
La Figura 3 es un esquema relacionado con otra
realización preferente pero no restringida del método de la presente
invención;
La Figura 4 es un esquema relacionado con una
realización más preferente pero no restrictiva del dispositivo de
control que pone en aplicación el método según la presente
invención.
Con referencia a las figuras mencionadas, el
método según la presente invención comprende las siguientes fases a)
(referencia 1) adquisición de los primeros datos (la flecha punteada
2) relacionada con las características eléctricas del componente
inductivo y de la red. Los primeros datos 2 comprenden
preferentemente los datos relacionados con el tipo de conexión del
componente inductivo de la red eléctrica y/ó los datos relacionados
con el estado de la conexión neutral de la red eléctrica y/ó los
datos relacionados con el voltaje de la impedancia de la red, el
voltaje nominal y la potencia nominal. En la fase b) (referencia 3),
se selecciona la primera secuencia predefinida y operativa de la
apertura (referencia 4). La secuencia operativa y predefinida de
apertura que es secuencia predefinida de los momentos en los que el
voltaje y/ó las corrientes alcanzan los valores deseados (por
ejemplo, la realización de la operación de apertura), está
seleccionada en los primeros medios predefinidos de almacenamiento 5
que contienen las secuencias operativas predefinidas de apertura y
cierre. Los primeros medios de almacenamiento 5 pueden ser, igual
que para los segundos medios de almacenamiento, las predefinidas
tablas ó archivos u otros medios, electrónicos ó no, para la
memorización de la información. Los primeros datos 2 que pueden ser
memorizados en los segundos medios de almacenamiento predefinidos
que no están presentados en la figura 1, son en práctica utilizados
para dirigirse a los primeros medios de almacenamiento 5. Los
segundos medios de almacenamiento pueden ser del mismo tipo que los
primeros medios de almacenamiento 5 descritos con anterioridad.
En la fase c) (referencia 6) la primera secuencia
operativa y predefinida de cierre está seleccionada sobre el primer
medio de voltaje 5. Esta selección de la secuencia operativa y
predefinida de cierre que es una secuencia predefinida de los
momentos en los que el voltaje alcanza los valores deseados (por
ejemplo, para la realización de la operación de cierre), se lleva a
cabo sobre la base de la secuencia de la operación de apertura en el
paso b). La citada secuencia predefinida es, en práctica, utilizada
para dirigirse a los primeros medios de almacenamiento 5 con el fin
de seleccionar la secuencia operativa de cierre más apropiada.
Esta solución es particularmente ventajosa
porque, conocidos los parámetros del componente inductivo conectado
a la red después de la adquisición de los primeros datos en la fase
a), es posible seleccionar la secuencia de apertura con el fin de
alcanzar, después de su ejecución, el conocido estado magnético del
componente inductivo. Basándose sobre el conocimiento del citado
estado magnético, es posible seleccionar la secuencia operativa de
cierre más apropiada con el fin de reducir los mencionados fenómenos
del transiente eléctrico transitorio. En práctica, una ó más
secuencias operativas de cierre están predefinidas tomando en cuenta
un posible estado de magnetización del componente inductivo. Son
seleccionados dependiendo del estado de la magnetización para el que
la previa secuencia operativa de apertura está prevista para aportar
el componente
inductivo.
inductivo.
Los primeros medios de almacenamiento 5
contienen, entre las mencionadas secuencias operativas de cierre,
por lo menos una secuencia operativa de propósito general de cierre
predefinida. La citada secuencia operativa de cierre predefinida de
propósito general se utiliza cuando, por varias razones que serán
descritas a continuación en este documento, el estado de la
magnetización del citado componente inductivo es desconocido, con el
fin de mantener, en cualquier caso, los transientes eléctricos
transitorios, debido a la operación de cierre, por debajo del nivel
del umbral. Un ejemplo de la citada secuencia operativa y
predefinida de cierre de propósito general es una secuencia de
momentos en los que la fase del voltaje alcanza el máximo. El primer
caso, en el que la citada secuencia operativa de cierre de propósito
general puede ser utilizada, es, por ejemplo, cuando el componente
inductivo está instalado la primera vez en la red. En este caso,
porque el componente inductivo todavía no está energizado, el estado
de la magnetización es en realidad desconocido. Por lo tanto, la
primera operación de cierre, se puede llevar a cabo utilizando la
citada secuencia operativa de cierre de propósito general. Los
corrientes transientes eléctricos transitorios están entonces
presentes con seguridad pero serán mantenidos bajo un nivel de
seguridad (por ejemplo 2 - 3 veces mayor que la corriente nominal).
La ejecución de la mencionada secuencia de cierre de propósito
general 6 tiene también el propósito de conducir el componente
inductivo al estado en el que el método, como en la presente
invención, puede ser aplicado con más facilidad. En práctica, en
este caso, su ejecución puede ser considerada como una fase del
procedimiento de "arranque" que hace falta poner en marcha
cuando el componente inductivo haya sido recientemente
instalado.
Refiriéndonos a la figura 2, está presentada otra
realización ventajosa del método según la presente invención en la
que la secuencia operativa y predefinida de cierre de propósito
general puede ser utilizada. Después de la fase b) (referencia 3),
la citada realización comprende (referencia 8) la fase de la
ejecución de la citada primera secuencia operativa y predefinida 3.
Entonces, (referencia 9), el método proporciona para la adquisición
y comprobación de los segundos datos (la flecha punteada 22)
relacionada con la ejecución correcta/incorrecta de la primera
secuencia operativa de apertura 3 son adquiridos y comprobados. Los
segundos datos 22 pueden ser, por ejemplo, las señales adquiridas
de los medios de detección y alarma 21 que pueden ser
preferentemente representados por los controles lógicos y/ó sensores
de comprobación si las secuencias operativas de apertura han sido
en realidad llevadas a cabo en los momentos previstos. En el caso de
que la primera secuencia operativa de apertura 3 haya sido ejecutada
correctamente, entonces (referencia 4) una secuencia operativa y
predefinida de cierre está elegida desde los primeros medios de
almacenamiento 5 sobre la base de la citada primera secuencia
operativa de apertura. Al contrario, si la primera secuencia
operativa de apertura 3 no ha sido ejecutada correctamente, la
citada secuencia operativa y predefinida de cierre de propósito
general está seleccionada de los primeros medios de almacenamiento 5
(referencia 6).
Esta realización del método de acuerdo con la
presente invención tiene la ventaja consistente en comprobar si la
operación de apertura del dispositivo de conmutación está
determinada por la secuencia seleccionada ó por las circunstancias
no deseadas, tales como, por ejemplo, un evento de desconexión de
protección. En tal caso, la cantidad del fundente residual presente
en el núcleo de la corriente magnética sería desconocida: el cierre
con una secuencia de los momentos seleccionado basada sobre la
previa secuencia de apertura no podría ser una elección
correcta.
correcta.
Con referencia a la figura 3, una realización más
del método de acuerdo con la presente invención está presentada. En
esta realización, después de la selección de una predefinida
secuencia operativa de cierre, se proporciona (referencia 30) la
ejecución de la citada primera, predefinida y seleccionada secuencia
de la operación de cierre. Entonces (referencia 31), se adquieren
los terceros datos (flecha punteada 32) desde los medios de
detección 33 que pueden ser representados, por ejemplo, por los
transductores de la corriente y/ó voltaje. Los terceros datos 32
están relacionados con la amplitud de los transientes eléctricos
transitorios debido a la ejecución de la primera y predefinida
secuencia operativa de cierre en la fase 30. Si el valor de los
terceros datos 32 excede el umbral predefinido, entonces, en la fase
34, se determina otra secuencia operativa de cierre para su posible
uso en la siguiente operación de cierre. La secuencia operativa de
cierre puede ser una seleccionada ó las que ya están predefinidas en
los primeros medios de almacenamiento 5 ó, alternativamente,
calculado sobre la base previa mediante calculaciones en aumento 35,
usando por ejemplo los métodos matemáticos iterativos.
Las fases 30 - 34 pueden repetirse si los datos
32 exceden el umbral una vez más, determinando en cada lazo una
nueva secuencia operativa de cierre. Esta realización es
particularmente ventajosa porque utiliza el enfoque adaptable para
la elección de la secuencia operativa de cierre más apropiada. En
práctica, se selecciona la secuencia operativa de cierre que no
causa transientes eléctricos transitorios para superar el umbral
predefinido.
El método de acuerdo con la presente invención ha
sido comprobado y resultó ser realmente efectivo reduciendo los
transientes eléctricos transitorios a los valores insignificantes
cuando son comparados con el componente inductivo de la corriente
nominal particularmente en las aplicaciones trifásicas tales como
los transformadores dispuestos en las redes de distribución del
voltaje medio. Una reducción de los efectos del transiente eléctrico
transitorio de más del 70% ha sido medida en este tipo de
aplicaciones. Además, el contenido armonioso ha sido medido en los
valores insignificantes permitiendo el manejo de protección fácil y
menos costoso.
El método de acuerdo con la presente invención
puede ser asimismo puesto en práctica con facilidad adoptando
sistemas de procesamiento de uso común. Con referencia a la figura
4, está presentado un diagrama de un dispositivo de control 39 que
pone en funcionamiento el método de la presente invención. Es
posible observar la red eléctrica 40 (tanto monofásica como
trifásica) sobre la que el dispositivo de conmutación 41 y un
componente inductivo 42 están conectados. Preferentemente, el
dispositivo de control 39 (véase la línea punteada) comprende,
conectados a una unidad de procesamiento 43, los citados medios de
detección 33 para la adquisición de los citados terceros datos 32 y
los citados medios de detección y de alarma 21 para la adquisición
de los citados segundos datos 22. La unidad de procesamiento 43
puede ser representada por un controlador microprocesador capaz,
siguiendo un comando de desplazamiento, de seleccionar una secuencia
operativa de apertura y/ó cierre. El dispositivo de control
comprende los primeros medios de almacenamiento 5 que contienen las
secuencias operativas de apertura/cierre y los siguientes segundos
medios de almacenamiento (referencia 50) para memorizar los citados
primeros datos 2. Los primeros y los segundos medios de
almacenamiento pueden estar comprendidos en la unidad de
procesamiento 43 (según está descrito en la figura 4) ó ser
conectados por separado.
La descripción anterior de las realizaciones
preferentes de la presente invención ha sido presentada con fines
ilustrativos. No se pretende ser exhaustivos ni limitar la invención
a la forma precisa presentada y obviamente muchas modificaciones y
variaciones son posibles dentro de las instrucciones arriba
mencionadas.
En práctica muchas variaciones pueden ocurrirse
por sí solas a las personas entendidas en esta técnica dentro del
ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (12)
1. Un método de control de la operación de cierre
de un dispositivo de conmutación dispuesto en una red eléctrica
conectado con un componente inductivo compuesto de las siguientes
fases:
- a)
- adquisición de los primeros datos relacionados con las características del citado componente inductivo y la citada red;
- b)
- selección, sobre la base de los citados primeros datos, en los primeros y predefinidos medios de almacenamiento que contienen las secuencias operativas de apertura y cierre, de la primera secuencia operativa predefinida de apertura;
caracterizado por el hecho
de que también se compone de las siguientes
fases:
- c)
- selección sobre la base de la citada primera y predefinida secuencia operativa, en los primeros medios de almacenamiento, de la primera y predefinida secuencia operativa de cierre.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1
según el cual los primeros datos relacionados con las
características eléctricas comprenden:
- -
- datos relacionados con el tipo de conexión del citado componente inductivo con la citada red eléctrica; y/ó
- -
- datos relacionados con el estado de la conexión neutral de la citada red eléctrica; y/ó
- -
- datos relacionados con la tensión de cortocircuito de la red, voltaje nominal y la potencia nominal.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2 según el cual las citadas predefinidas secuencias de apertura son
secuencias predefinidas de los momentos en los que el voltaje y/ó la
corriente alcanzan los valores deseados.
4. Un método de acuerdo con una ó más de las
reivindicaciones anteriores según el cual las citadas predefinidas
secuencias de cierre son secuencias predefinidas de los momentos en
los que el voltaje alcanza los valores deseados.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4
según el cual por lo menos una ó más de las citadas secuencias
operativas de cierre es una secuencia operativa de cierre
predefinida de propósito general que se utiliza cuando el estado de
la magnetización del citado componente inductivo es desconocido y
que es predefinido con el fin de mantener los transientes, debido a
la operación de cierre, por debajo del nivel del umbral.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 4
según el cual por lo menos una ó más de las citadas secuencias
predefinidas de cierre toma en cuenta el estado de magnetización del
citado componente inductivo.
7. Un método de acuerdo con una ó más de las
reivindicaciones anteriores, según el cual
- -
- la citada primera y predefinida secuencia operativa está ejecutada; y
- -
- los segundos datos, relacionados con la citada secuencia operativa de apertura, son adquiridos y comprobados; y
- -
- si la citada primera secuencia operativa de apertura ha sido correctamente ejecutada, la correspondiente primera y predefinida secuencia operativa de cierre está seleccionada; ó
- -
- si la citada primera secuencia operativa de apertura no ha sido correctamente ejecutada, se selecciona la citada secuencia operativa de cierre de propósito general.
8. Un método de acuerdo con una ó más de las
reivindicaciones precedentes de acuerdo con el cual
- -
- se ejecuta la citada primera y predefinida secuencia operativa de cierre; y
- -
- los terceros datos relacionados con la amplitud de los transientes, debido a la ejecución de la citada primera y predefinida secuencia operativa de cierre, están adquiridos y comprobados; y
- -
- si los citados terceros datos exceden el umbral predefinido la siguiente secuencia operativa de cierre está determinada para un posible uso en la posterior operación de cierre.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8
de acuerdo con el cual la citada siguiente operación de cierre está
predefinida y seleccionada en los citados primeros medios de
almacenamiento.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8
según el cual la siguiente operación de cierre está determinada por
los cálculos en aumento.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 6
según el cual la predefinida secuencia operativa de cierre de
propósito general está utilizada en el arranque del citado
componente inductivo.
12. Un dispositivo de control adaptado para
llevar a cabo el método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, el citado dispositivo de control está
compuesto de:
- -
- los citados medios de almacenamiento que contienen las citadas secuencias operativas de apertura y cierre; y
- -
- los citados predefinidos medios de almacenamiento para la memorización de los primeros datos relacionados con las características eléctricas de la citada red y el citado componente inductivo; y
- -
- una unidad de procesamiento que, siguiendo el comando de desplazamiento, selecciona una de las predefinidas secuencias operativas de apertura/cierre; y
- -
- medios de detección y alarma para la adquisición y comprobación de los segundos datos relacionados con la ejecución de una operación de apertura; y
- -
- los medios de detección para la adquisición de los terceros datos relacionados a los transientes eléctricos transitorios debido a la ejecución de la operación de cierre.
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2000
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