ES2439622A2

ES2439622A2 - Determinación de fallo de plano alfa equivalente para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal

Info

Publication number: ES2439622A2
Application number: ES201290014A
Authority: ES
Inventors: Bogdan Z. Kasztenny; Normann Fischer
Original assignee: Schweitzer Engineering Laboratories Inc
Current assignee: Schweitzer Engineering Laboratories Inc
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: WO2011035052A1; MX2012001454A; ES2439622B2; US20110063769A1; BR112012005745A2; CA2773193A1; ES2439622R1; CA2773193C; US8649142B2; ZA201200536B

Abstract

Se proporciona protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal, tal como una línea de alta tensión. Las corrientes medidas en cada uno de los múltiples terminales se usan para calcular una corriente diferencial y una corriente restrictiva, que se convierten luego en una primera corriente equivalente y una segunda corriente equivalente de un aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales. En el aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales, una corriente diferencial obtenida de las corrientes equivalentes primera y segunda es esencialmente igual a la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal. De manera similar, una corriente restrictiva obtenida de las corrientes equivalentes primera y segunda es esencialmente igual a la corriente restrictiva del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal. Las corrientes equivalentes primera y segunda pueden usarse en un análisis del plano alfa para determinar si se activa o no el aparato de potencia multi-terminal.

Description

Determinación de fallo de plano alfa equivalente para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal

5: Campo técnico

1 O: Esta revelación se refiere a sistemas de protección diferencial para un aparato de suministro eléctrico, incluyendo, pero sin limitación, líneas y transformadores de energía. Más específicamente, esta revelación incluye sistemas y procedimientos para convertir un aparato de suministro eléctrico multi-terminal en un aparato equivalente de potencia de dos terminales para el análisis de planos alfa.

Breve descripción de los dibujos

15: Se describen realizaciones, no !imitadoras y no exhaustivas, de la revelación, incluyendo diversas realizaciones de la revelación con referencia a las figuras, en las cuales:

la FIG. 1 es un diagrama simplificado de un plano alfa (razones de corriente);

20: la FIG. 2 ilustra gráficamente una región de restricción y una región de operación en un plano alfa usado según una realización, para decisiones de determinación de fallos;

la FIG. 3 ilustra esquemáticamente realización;: una zona diferencial general de N terminales de protección, según una

25: la FIG. 4 ilustra esquemáticamente una zona equivalente de dos terminales de protección, según una realización;

la FIG. 5A es un diagrama de flujo de un procedimiento para la protección diferencial de corriente de un aparato de suministro eléctrico multi-terminal, según una realización;

30: la FIG. 58 es un diagrama de flujo de un procedimiento para convertir una corriente diferencial y una corriente restrictiva en las corrientes equivalentes, según una realización;

35: la FIG. 6A ilustra gráficamente un plano alfa para una aplicación de tres terminales (N;3), según una realización ejemplar; la FIG. 68 ilustra gráficamente un plano alfa para el equivalente de dos terminales de la realización mostrada en la FIG. 6A, según una realización;

40: las FIGS. 7 A y 78 ilustran gráficamente los respectivos planos alfa para el caso de un fallo interno, según una realización;

la FIG. 8 ilustra esquemáticamente una configuración de linea de interruptor dual de tres terminales, según una realización;

45: la FIG. 9 ilustra gráficos de diversas señales durante un fallo AB externo en la configuración mostrada en la FIG. 8, según una realización; y

la FIG. 1 O ilustra gráficamente una definición de carga útil de paquete o estructura de datos, según una realización.

50: Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Introducción

55 60: Los modernos sistemas de suministro eléctrico, en general, usan el despeje de fallos de alta velocidad para preservar la estabilidad transitoria (a corto plazo) del sistema y para proporcionar una mejor calidad de suministro eléctrico, acortando la duración del voltaje reducido (caida de voltaje). Los sistemas de protección de fallos ampliamente usados que satisfacen tales requisitos para las lineas de transmisión, p. ej., aquellas lineas de suministro eléctrico con voltajes nominales de 115 KV y más, son sistemas de protección direccional que usan técnicas de comparación direccional. Si bien el enfoque de la comparación direccional tiene algunas ventajas, incluyendo bajos requisitos de canal (comunicación) entre los relés situados en los extremos locales y remotos de la linea de suministro eléctrico, junto con la redundancia inherente, requiere valores de voltaje obtenidos a partir de la señal de suministro eléctrico en la línea de suministro eléctrico. Tales sistemas experimentan problemas (a

menudo, problemas graves) debido a errores de voltaje o voltajes faltantes, causados por diversos factores, que

incluyen fusibles fundidos en el sistema secundario, problemas con los bobinados en los dispositivos

transformadores de voltaje (VT) del sistema y respuestas transitorias en los transformadores de voltaje acoplados

capacitivos del sistema.

5

Una alternativa para los sistemas de comparación direccional, usando valores de voltaje, es un sistema diferencial

de corriente, que usa solamente la información del valor de la corriente eléctrica proveniente de la línea de

suministro eléctrico. Los sistemas de diferencial de corriente, también conocidos como sistemas diferenciales de

línea, no requieren dispositivos de medición de voltaje, ya que no usan valores de voltaje en sus determinaciones

1 O: de fallos. Los sistemas diferenciales de línea son menos sensibles a las oscilaciones de la energia y a los cambios

súbitos de carga en el sistema y, en general, son menos sensibles a, o incluso inmunes ante, ciertas condiciones

en la línea, incluyendo los efectos de acoplamiento mutuo de secuencia cero y 1o las inversiones de corriente, entre

otras. Sin embargo, junto con las ventajas hay varias desventajas significativas, que incluyen la dependencia de

altas prestaciones del canal de comunicación, que se requieren entre los relés protectores locales y remotos en la

15: línea. Además, los sistemas diferenciales de línea convencionales que usan cantidades de corriente en fase están

limitados en su cobertura de resistencia a fallos de tierra y son un compromiso, en cierta medida, en la seguridad

bajo condiciones de saturación del transformador de corriente (CT).

Un sistema de protección de plano alfa se revela en la Patente Estadounidense N' 6.518.767, titulada "Sistema de

20: protección diferencial de línea para una linea de alta tensión", que está cedida al cesionario de la presente

revelación, y que se incorpora por tanto a la presente memoria a todos los efectos. El principio de protección

diferencial de corriente de plano alfa (o principio de plano alfa) revelado en la Patente Estadounidense N' 6.518.767

proporciona un sistema de protección diferencia! de línea que, si bien aún depende de un canal de comunicación,

incluye mejoras significativas con respecto a otras consideraciones de sistema, incluso una alta cobertura de

25: resistencia a fallos y características operativas y sensibilidad mejoradas, manteniendo a la vez la seguridad del

sistema de suministro eléctrico.

Con fines ilustrativos, las realizaciones ejemplares reveladas en el presente documento proporcionan protección

para líneas de alta tensión. Un experto apreciará a partir de la revelación en el presente documento, sin embargo,

30: que los principios revelados pueden aplicarse a cualquier planta o aparato de suministro eléctrico protegidos para

proporcionar protección diferencial. Según se usa en el presente documento, un "aparato de suministro eléctrico" es

un término amplio que incluye su significado normal y usual y puede incluir, por ejemplo, una linea de alta tensión,

un bus de suministro eléctrico, un gran motor, un generador, un transformador, una combinación de lo anterior, o

cualquier otro dispositivo o dispositivos que puedan ser retirados de un sistema de suministro eléctrico (p. ej.,

35: usando interruptores y 1o relés) cuando se detecta un fallo. Un sistema de suministro eléctrico, por ejemplo, puede

dividirse en zonas de protección para permitir la retirada de una cantidad mínima de equipos del sistema de

suministro eléctrico durante una condición de fallo. Cada zona puede asociarse a su propio sistema de protección,

de modo tal que un fallo dentro de una zona especifica cause que funcione el correspondiente sistema de

protección, mientras que un fallo en otra zona no causará que funcione el sistema de protección. Los límites de

40: zonas pueden definirse mediante la ubicación de puntos de medición (p. ej., transformadores de corriente) e

interruptores de circuito que funcionen para aislar !a zona.

Desde una perspectiva de diseño de relés, el trabajar con un canal de comunicación de un ancho de banda limitado

es una restricción genera! de un sistema diferencial de corriente de línea basado en microprocesadores.

45: Históricamente, y prácticamente hasta hoy, los relés diferenciales de corriente de linea funcionan con canales de 64

kbps. Aun cuando las conexiones de fibra directas punto a punto permiten anchos de banda en la gama de las

decenas de megabits por segundo, y los canales multiplexados pueden solicitarse con un ancho de banda de Nx64

kbps, el ancho de banda de 64 kbps continúa siendo un escenario común de aplicación.

50: Para concebir la cantidad de datos que pueden transportarse con fines de protección por un canal de 64 kbps,

considérese que 64.000 bits por segundo = 1.067 bits para un ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz = 267 bits para

un cuarto de un ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz = 66 bits para cada uno de 16 conjuntos de muestras en un

ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz. Los 66 bits disponibles 16 veces por ciclo pueden parecer suficientes. Sin

embargo, igual que con cualquier esquema de comunicación digital, puede haber cierto sobregasto en el paquete

55: de comunicación, por encima de la carga útil efectiva. En un sistema diferencial de corriente de linea, los valores

codificados digitalmente de las corrientes se incluyen como parte de la carga útiL Los componentes del sobregasto

incluyen: una cabecera usada para distinguir entre sí paquetes consecutivos en el extremo receptor (usando, p. ej.,

un total de 15 bits); la integridad de los datos puede protegerse mediante controles de redundancia (BCH o CRC)

(usando, p. ej., un total de 32 bits); los procedimientos de sincronización basados en canales pueden adosar ciertos

60: valores temporales al paquete (usando, p. ej., un total de 16 bits o más); el paquete puede dar soporte al

direccionamiento básico a fin de impedir la conexión cruzada accidental de relés diferenciales de linea (usando, p.

ej., un total de entre 4 y 8 bits para el direccionamiento básico); y puede darse soporte a la activación de

transferencia directa (DTI) y a otros indicadores (usando, p. ej., un total de entre 4 y 8 bits). Lo anterior puede añadir entre 50 y 80 bits de sobregasto.

Obsérvese que, al enviar paquetes 16 veces, un ciclo de suministro eléctrico de 60 Hz sobre un canal de 64 kbps puede usar solamente 66 bits, sin tener prácticamente ningún lugar para la carga útil, incluso cuando se optimiza significativamente la carga útil y el sobregasto. Aun así, al diseñar relés para alta velocidad de funcionamiento, es ventajoso mantener alta la velocidad a la cual se pasan datos nuevos de subsistema en subsistema, de modo tal que se minimice la latencia total de los datos. Por lo tanto, es ventajoso intercambiar los datos analógicos entre

terminales diferenciales de corriente de linea múltiples veces por ciclo.

En consecuencia, la tarea de pasar los datos correctos a una alta velocidad no es trivial. La carga útil guiada por la

protección y las restricciones guiadas por la comunicación pueden abordarse en un diseño concurrente, a fin de producir un esquema de altas prestaciones. De este modo, qué cantidades se envían, con qué frecuencia y cómo

se codifican, paquetizan y protegen, pueden afectar la integridad del sistema de protección.

Las realizaciones de la revelación se entenderán mejor con referencia a los dibujos, en los cuales los elementos idénticos están indicados por números idénticos en toda su extensión. En la siguiente descripciórí, se proporcionan numerosos detalles específicos para una comprensión exhaustiva de las realizaciones descritas en el presente

documento. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán que pueden omitirse uno o más de los detalles

específicos, o bien pueden usarse otros procedimientos, componentes o materiales. En algunos casos, las operaciones no se muestran o describen en detalle.

Además, los rasgos, operaciones o características descritos pueden combinarse de cualquier forma adecuada en una o más realizaciones. También se entenderá fácilmente que el orden de las etapas o acciones de los procedimientos descritos con respecto a las realizaciones reveladas puede cambiarse, como será evidente para los

expertos en la técnica. Así, cualquier orden en los dibujos o la descripción detallada es solamente a fines

ilustrativos y no está concebido para implicar un orden requerido, a menos que se especifique que se requiere un

orden.

Las realizaciones pueden incluir varias etapas, que pueden realizarse en instrucciones ejecutables por máquina, para ser ejecutadas por un procesador u ordenador de propósito general o de propósito especial (u otro dispositivo electrónico). Alternativamente, las etapas pueden ser llevadas a cabo por componentes de hardware que incluyen lógica especifica para realizar las etapas, o por una combinación de hardware, software y 1o firmware.

Las realizaciones también pueden proporcionarse como un producto de programa de ordenador que incluye un

medio legible por máquina con instrucciones almacenadas en el mismo, que pueden ser usadas para programar un ordenador (u otro dispositivo electrónico) a fin de llevar a cabo los procesos descritos en el presente documento. El medio legible por máquina puede incluir, pero no se limita a, controladores de disco rígido, disquetes flexibles, discos ópticos, CD-ROM, DVD-ROM, memorias RAM, memorias EPROM, memorias EEPROM, tarjetas magnéticas u ópticas, dispositivos de memoria de estado sólido, u otros tipos de medios legibles por ordenador o por medios, adecuados para almacenar instrucciones electrónicas.

Panorama del plano alfa para dos terminales

Para una zona de protección, el principio del plano alfa compara individualmente magnitudes y ángulos de corrientes dentro de la zona. El principio del plano alfa se aplica naturalmente a dos lineas terminales en una zona de protección, donde se compara la razón de las magnitudes, así como el ángulo relativo entre las dos corrientes. En la determinación de fallos, se calcula una razón compleja k de corriente y se sitúa en el plano alfa, que es una representación gráfica de la razón vectorial entre la primera corriente 1, (p. ej., corriente remota) y la segunda corriente lz (p. ej., corriente local). Los valores de corriente de linea del primer relé (p. ej., relé remoto) y del segundo relé (p. ej., relé local) se combinan en una razón de valores de corriente. Esta razón k tiene una magnitud k y un ángulo y puede representarse gráficamente en el plano complejo de razones de corriente, con ejes real e imaginario. Se entiende que la direccionalidad de ambas corrientes es coherente con respecto a la linea protegida:

ambas se miden en o fuera de la línea.

La FIG. 1 es un diagrama simplificado de un plano alfa (de razones de corriente). Las etiquetas para los dos ejes del plano, a yjb, se obtienen de la siguiente manera:

k = 4r = rel·e = a+ jb, ( 1)

lz

a= Re(~). (2) b=Im(~). (3)

donde Re e lm se refieren a las partes real e imaginaria de la razón de corriente.

Idealmente, la corriente que atraviesa aparece en valores iguales pero opuestos en los dos relés, o sea que para

fallos de carga y externos,

(4)

lo que está representado por el punto etiquetado con 11 Oen la FIG. 1.

Con respecto a los fallos internos, la corriente de fallo es igual en ambos extremos de la linea solamente cuando la linea es homogénea y las contribuciones al fallo desde ambos extremos de la linea son iguales, p. ej., cuando las dos fuentes tienen igual potencia y el fallo está en el punto medio de la linea. En tal caso,

(5)

Sin embargo, según el fallo interno se mueve hacia el segundo relé (local), J, aumentará y el punto 112 en el plano alfa se moverá hacia el origen cuando se mire desde el segundo relé (local). Para grandes corrientes remotas, cuando se comparan con la corriente local, el punto se alejará del origen, según se mire desde el relé local. Según el fallo se aleja del segundo relé (local), 1, se reducirá y el punto se moverá

Debería entenderse que existiría una representación Individual del plano alfa para cada una de las tres corrientes lA, le e le de fase. Además, en ciertas realizaciones, puede proporcionarse una representación del plano alfa por

separado para corrientes de secuencia cero, corrientes de secuencia negativa, corrientes de secuencia positiva, o combinaciones de lo anterior. Por ejemplo, una representación de plano alfa puede incluir una corriente que es una

combinación de una corriente de secuencia cero (p. ej., el 25%) y una corriente de secuencia negativa (p. ej., el 75%).

Diversos factores de sistema, que incluyen los sistemas de suministro eléctrico no homogéneo, causan que el

ángulo de la corriente del fallo en el plano alfa en cada terminal sea distinto, lo que da como resultado que el punto de razón para un fallo interno se mueva hacia arriba o hacia abajo en el plano alfa a lo largo de un arco que se

mueve a través del eje "a". Diversos otros factores, que incluyen !os errores de medición de línea, la corriente de

carga de línea, los efectos de saturación del CT (transformador de corriente), los efectos transitorios en los condensadores de compensación del sistema de suministro eléctrico, y otros aspectos del sistema de relés, pueden causar que la razón k de corriente para fallos externos se aleje del punto 110 mostrado en la FIG. 1. Para fallos internos, tales factores darán como resultado que la razón de corriente se desplace por el plano alfa.

El movimiento desde el punto 11 O en el plano alfa para fallos externos (p. ej., desde el fallo o carga externos ideales) complica la decisión del sistema diferencial de línea para (1) declarar un fallo en la línea protegida y disparar el interruptor de circuito asociado en la línea o (2) restringir la acción de declaración de fallo porque la razón de corriente se debe a la carga o a un fallo externo o a factores y 1o errores del sistema.

Hay una región definida en el plano alfa que es una región (bloque) de "restricción", y una región que es una región de "operación" (activación), para permitir la toma adecuada de decisiones con respecto a las opciones de restricción y de operación. En la presente revelación, todos los puntos en el plano alfa que no deberían dar como resultado una acción de activación por parte del elemento diferencial de linea definen una región de restricción para la cual no hay ninguna señal de activación, mientras que las partes restantes en el plano alfa están en la región de

operación, para la cual se permite normalmente una señal de activación.

La FIG. 2 ilustra gráficamente una región 210 de restricción y una región 211 de operación en un plano alfa usado, según una realización, para decisiones de determinación de fallos. Con fines ilustrativos, la región 210 de

restricción se muestra como encerrada dentro de lineas continuas. Nuevamente, la región 211 de operación puede

incluir todos los puntos en el plano alfa que no estén en la región 210 de restricción. La región 210 de restricción en el plano alfa ilustrado en la FIG. 2 esta situada alrededor del punto 212 de fallo externo ideal. La región 210 de restricción esta definida por un angula (de bloqueo) de razón de corriente seleccionado por el usuario (mostrado como las líneas radiales 213 y 214 por encima y por debajo del eje "a"), cuya gama de valores admite los valores de

5 razones de corriente afectadas por diversos factores del sistema, que incluyen los valores de corriente de carga de línea, la saturación del CT y los errores de tiempo de muestreo y de alineación de datos. La región 210 de restricción está adicionalmente definida por una magnitud, seleccionada por el usuario, de la razón de corriente (mostrada como las líneas curvas 215, 216), cuya gama de valores admite la saturación del CT, entre otros factores. En general, un usuario selecciona un radio R para la línea 216 curva externa, lo que da como resultado que la curva interna se fije como 1/R. El principio del plano alfa admite la modelación de la región 210 de restricción con más control del usuario, en comparación con el tradicional principio diferencial restringido por porcentaje.

Los circuitos lógicos (no mostrados) pueden usar una serie de comparaciones lógicas y otras funciones para determinar dónde esta situada la razón k de corriente en el plano alfa y, específicamente, si la razón k de corriente

15 está dentro de la región 210 de restricción, en cuyo caso no hay ninguna señal de activación. Cuando la razón k de corriente esta fuera de la región 210 de restricción, en la región 211 de operación, se produce una señal de activación si los valores medidos de corriente han satisfecho ciertas características de umbral, y otras.

Análisis de plano alfa multi-terminal

Aun siendo intuitivo e inmediato en aplicaciones de dos terminales, el plano alfa es menos natural en un caso general de N terminales. Pueden encontrarse patrones complejos del flujo de corriente, tales como una corriente circulante: una corriente que abandona la zona en un terminal para reingresar a ella en el otro. Estos patrones deberían analizarse cuidadosamente a fin de evitar una falta de activación respondiendo, bien a la corriente que

25 fluye fuera de la zona para alimentar una carga, o bien a su circulación al otro terminal de línea. Muchas posibles permutaciones de razones entre muchas posibles corrientes complicarían la comprensión, implementación, prueba y analisis posterior de los relés al aplicar el plano alfa a múltiples terminales.

Así, ciertas realizaciones reveladas en el presente documento incluyen un concepto generalizado de plano alfa de N terminales. Este procedimiento de protección calcula un equivalente de dos terminales para un caso general de N terminales, y aplica el principio del plano alfa a dos corrientes equivalentes, en lugar de a la multitud de las corrientes medidas.

La FIG. 3 ilustra esquematicamente una zona diferencial general 300 de protección de N terminales, según una

35 realización. En este ejemplo, la zona 300 de N terminales incluye las corrientes l1, ;,, b. 1,, ... , IN, correspondientes, cada una, a un respectivo terminal. Un experto apreciará a partir de la revelación en el presente documento que puede usarse cualquier número de corrientes mayor que uno para la zona 300 de N terminales. Por ejemplo, si N = 3 para un sistema de tres terminales, entonces solamente las corrientes 1,, 1, e 1s corresponderían a la zona 300 de N terminales. El principio diferencial obtendría la siguiente corriente diferencial loiF(N) y !a corriente restrictiva IRsT(N) para la zona 300 de N terminales:

loJF(NJ = 2:~=llk, (6)

lrrsT(N) = 2:~=1jlki· (7)

En esta realización ejemplar, la corriente restrictiva IRsr¡N¡ es una suma de amplitudes de corriente. Un experto

45 apreciará, sin embargo, que la corriente restrictiva IRsT(N) puede determinarse de una gran variedad de maneras distintas. La corriente restrictiva IRsT(NJ se usa para proporcionar una noción de la corriente que fluye a través de la zona 300. Así, según la aplicación especifica, la corriente restrictiva IRsr¡N¡ puede definirse como la máxima corriente medida (p. ej., allí donde la corriente más alta corresponde a una corriente de fallo externo), una suma de amplitudes de corriente (como se usa en la ecuación (7) y la solución ejemplar proporcionada en el presente documento), una suma de corrientes que esta dividida entre el número total de corrientes (p. ej., la corriente promedio), o un producto de corrientes.

La FIG. 4 ilustra esquemáticamente una zona equivalente 400 de dos terminales de protección, según una realización. Como se ha expuesto en lo que antecede, una zona de dos terminales es la aplicación natural para el

55 plano alfa. La zona equivalente 400 de dos terminales mostrada en la FIG. 4 incluye dos corrientes virtuales ls, Ir que proporcionan una representación equivalente de las corriente 1,, ;,, b, 1,, ..., IN de la zona 300 de N terminales mostrada en la FIG. 3. El principio diferencial puede aplicarse a las dos corrientes virtuales ls, Ir para obtener una corriente diferencial loiF(21 y una corriente restrictiva IRsr¡2¡ para la zona equivalente 400 de dos terminales.

Las dos corriente virtuales ls, Ir en la zona equivalente 400 de dos terminales se buscan de modo tal que se

determinen la misma corriente diferencia! y las mismas corrientes restrictivas en la zona equivalente 400 de dos

terminales, que en la zona efectiva 300 de N terminales:

loiF(2) = IDIF(N), (8)

IRST(2) = IRST(N)· (9)

Las dos corrientes ls, Ir del equivalente de dos terminales tienen un total de cuatro grados de libertad (dos magnitudes y dos ángulos), mientras que hay un total de tres ecuaciones fronterizas: las partes real e imaginaria de 10 la corriente diferencial (ecuación (8)) y la magnitud de la corriente restrictiva (ecuación (9)). Por tanto, hay tres

ecuaciones y cuatro incógnitas.

Para despejar las cuatro incógnitas, según ciertas realizaciones, se proporciona una cuarta ecuación de equilibrio (o

bien se reduce a tres el número de incógnitas) asignando un atributo de una de las N corrientes medidas 1,, 1,, !,, 1,, 15 ..., IN de zona a cualquiera de las dos corrientes equivalentes ls, Ir. Por ejemplo, la corriente 1,, 12, 13, 14, ... , IN de zona con la mayor amplitud puede seleccionarse para la magnitud de una de las corrientes virtuales ls, Ir.

En otra realización, la cuarta ecuación de equilibrio requiere que una de las dos corrientes equivalentes ls, Ir esté en fase con una corriente lp de zona específica seleccionada entre las N corrientes !1, lz, ]s, !4, ... ,IN de zona. 20

En una realización ejemplar, la corriente lp específica de zona se selecciona como la corriente h, b, b. 14, ••• ,IN de zona que es la mayor después de la proyección sobre la línea de la corriente diferencial loiF(NI· Un criterio racional tras esta elección es que durante los fallos externos con saturación del CT, la señal diferencial espuria, si es significativa, estará situada aproximadamente a lo largo de la linea de la corriente del fallo. Por lo tanto,

25 seleccionando la corriente lp de referencia que esté más cerca en fase a la corriente diferencial, la conversión sitúa las dos corrientes ls, IT equivalentes del plano alfa a lo largo de las lineas de la corriente que fluye hacia y desde la zona 300.

Para seleccionar la corriente lp de referencia, según una realízación, se calculan primero los siguientes números

30 auxiliares R,:

(1 O)

donde l"oN representa la conjugada compleja de la corriente diferencial loiFINi de la zona 300 de N terminales.

La corriente con el mayor valor de R se convierte en la corriente lp de referencia. Indicando el ángulo de esta

corriente como j):

{3 =ángulo (/p). (11) 40 La corriente diferencial IDIF(N) se desplaza para simplificar los cálculos posteriores, según lo siguiente:

lx = IDIF(N) • 1L(-{3). (12)

45 Las dos corrientes ls, Ir de la zona equivalente 400 de dos terminales se calculan ahora de la siguiente manera:

(13)

ls = (JRST(N) -J!rJ) · 1L{J. (14)

El principio de protección del plano alfa de dos terminales continúa a partir de aquí, trabajando con las corrientes ls e Ir. Así, ls e Ir pueden usarse para calcular la razón compleja k de corriente como:

(15)

Una aplicación del proceso expuesto en lo que antecede es convertir un aparato de suministro eléctrico mullí-terminal que incluye tres o más terminales en un aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales, para su uso con el plano alfa. Un experto apreciará, a partir de la revelación en el presente documento, que el 1O procedimiento también puede usarse para un aparato de suministro eléctrico de dos terminales. En otras palabras, el mismo proceso puede usarse para un aparato de suministro eléctrico de dos terminales y un aparato de

suministro eléctrico que tenga tres o más terminales. Cuando las ecuaciones anteriores se aplican a un aparato de suministro eléctrico de dos terminales con una primera corriente medida l1 y una segunda corriente lz medida, por ejemplo, el resultado es que las corrientes equivalentes ls, Ir coinciden respectivamente cbn las corrientes medidas

15 1,, 1,,

El principio diferencial ha sido usado en el procedimiento expuesto en lo que antecede como una herramienta de transformación matemática para proyectar el caso general de la zona diferencial 300 de N terminales a la zona equivalente 400 de dos terminales, requiriendo que la corriente diferencial loiFINI y la corriente restrictiva IRsr¡N¡ sean

20 idénticas entre la aplicación de N terminales y su equivalente de dos terminales. El procedimiento puede aplicarse a elementos diferenciales de fase, secuencia negativa y 1o tierra, con corrientes filtradas diferenciales y restrictivas, a partir de términos parciales (expuestos en detalle más adelante) comunicados entre los diversos relés del sistema de N terminales.

25 La FIG. 5A es un diagrama de flujo de un procedimiento 500 para la protección diferencial de la corriente de un aparato de suministro eléctrico multi-terminal según una realización. El procedimiento 500 incluye medir 51 O una corriente 1,, 1,, ... , IN en cada terminal, respectivamente. El procedimiento 500 también incluye calcular 512 una corriente diferencial loiF(NJ como una suma de las corrientes medidas h, lz, ..., IN y calcular 514 una corriente restrictiva IRsT(N), correspondiente a las corrientes h, lz, ... , IN. Como se ha expuesto anteriormente, en una

30 realización, la corriente restrictiva IRsr¡N¡ se calcula como una suma de los valores absolutos (amplitudes) de las corrientes medidas 1,, h. ... , IN. Luego, el procedimiento 500 incluye convertir 516 la corriente diferencial Ío!FINI y la corriente restrictiva IRST(N} en corrientes equivalentes ls, Ir, de modo tal que 1oiF(2J = loiF(NJ e 1RST(2) = lotF{N)· Como se expone en detalle más adelante, en algunas realizaciones la corriente diferencial IDIF(NI y 1o la corriente restrictiva IRsT¡N) pueden aumentarse intencionalmente antes de ser convertidas 516 en las corrientes equivalentes ls, Ir. El

35 aumento puede basarse en una condición fisica del aparato de suministro eléctrico multi-terminaL El procedimiento 500 incluye adicionalmente calcular 518 a y kmog usando las corrientes equivalentes ls, Ir (véase la ecuación (15) anteriormente), y aplicar 520 el plano alfa usando a y kmog.

La FIG. 58 es un diagrama de flujo de un procedimiento 516 para convertir la corriente diferencial loiF¡N¡ y la

40 corriente restrictiva IRsr¡N) en las corrientes equivalentes ls, Ir, según una realización. El procedimiento 516 incluye calcular 522 números auxiliares Rk como la proyección de una respectiva corriente 1,, 1,, ... , IN sobre la linea de la corriente diferencial lo!F(N), seleccionando 524 una corriente lp de referencia como la corriente correspondiente al mayor valor de R, desplazando 526 la corriente diferencial loiFINI en el ángulo ~ de la corriente lp de referencia y calculando 528 las corrientes equivalentes ls, Ir a partir de lp, loiFINI e IRSTINI·

45 El plano alfa generalizado permite la implementación del principio de dos terminales a líneas multi-terminales, manteniendo las ventajas y habilitando a la vez nuevas aplicaciones. Obsérvese lo siguiente:

(1) Como se ha expuesto anteriormente, el principio generalizado es transparente en aplicaciones de dos 50 terminales. En otras palabras, las dos corrientes equivalentes igualan las dos corrientes efectivas.

(2) Cualquier caso con una corriente diferencial equilibrada y una corriente restrictiva no nula produce un punto ideal de bloqueo en el plano alfa (1 L 180'). La reducción de la corriente diferencial, tal como mediante compensación de corriente de carga de línea (expuesta más adelante), acerca el punto del plano alfa a la posición

55 de bloqueo ideaL

(3) Cualquier caso con corriente restrictiva mayor bajo una corriente diferencial dada acerca el punto del plano alfa al punto de bloqueo ideaL El procedimiento admite aplicaciones donde el término restrictivo se aumenta

artificialmente, tal como cuando se usa la restricción armónica en la protección del transformador (expuesto más

60 adelante).

5: (4) Como se expone más adelante, el principio funciona bien sin necesidad de comunicar todas las corrientes locales individualmente desde todos los terminales. Los términos diferenciales parciales y restrictivos en el paquete de comunicación revelado se transforman bien en el plano alfa generalizado. (5) El principio funciona bien durante un fallo externo bajo saturación del CT. En primer lugar, al depender del término restrictivo auténtico, el punto del plano alfa calculado muestra una fuerte tendencia bloqueadora. En segundo lugar, se añade seguridad extra por parte de la naturaleza del mismo plano alfa.

1 O 15: (6) El principio funciona muy bien para elementos que implementan funciones diferenciales de tierra (p. ej., 87LG) y de secuencia negativa (p. ej., 87LQ). En caso de fallos internos, las corrientes de los elementos están cercanos en la fase, y difieren solamente en los ángulos de no homogeneidad del sistema. El plano alfa generalizado devuelve una potente indicación de desbloqueo en este caso, independientemente de las magnitudes de las corrientes comparadas. En caso de fallos externos, incluso fallos que no produzcan ninguna restricción natural (fallos de fase a fase para el 87LG, por ejemplo), puede usarse una restricción entre fases cruzadas al detectar un fallo externo por parte de otros elementos del circuito lógico, tal como un detector de fallos externos (EFD). Con la restricción aumentada, el punto equivalente del plano alfa se desplaza con seguridad hacia el bloqueo.

20: (7) Reduciendo una zona diferencial de protección con cualquier número de terminales a un único punto operativo en el plano alfa, el principio simplifica la implementación, la prueba y el análisis posterior.

Un experto apreciará otras ventajas a partir de las realizaciones reveladas en el presente documento.

25 30: Ejemplos de plano alfa multi-terminal Las siguientes realizaciones numéricas del análisis del plano alfa multi-terminal se proporcionan solamente a modo de ejemplo, y no como limitación. Un experto apreciará, a partir de la revelación en el presente documento, que pueden usarse valores de corriente cualesquiera y 1o que puede usarse cualquier número de terminales, incluso dos terminales. Además, los números usados en estos ejemplos pueden ser aproximaciones. La FIG. 6A ilustra gráficamente un plano alfa para una aplicación de tres terminales (N=3) según una realización ejemplar. En este ejemplo, las tres corrientes 1,, l2, h medidas en los tres terminales respectivos son:

35: l1 = 10,0A L 160', b = 8,0A L -175',

h = 12,0A L 30'.

40 45: Las tres corrientes medidas 1,, 1,, h se representan gráficamente en el plano alfa mostrado en la FIG. 6A. Usando la ecuación (6), la corriente diferencial lo!F(NI = 11 ,2A L 128'. Usando la ecuación (7), la corriente restrictiva IRsT(NI = 30,0. Las corrientes medidas l1, l2, h se muestran como líneas continuas en la FIG. 6A. Si bien la corriente diferencial loiF(NJ y la corriente restrictiva IRST(NJ no se muestran generalmente en el plano alfa, con fines ilustrativos, la corriente diferencial loiF(N) se muestra como una línea discontinua y !a corriente restrictiva IRsT(N) se muestra como un círculo discontinuo en la FIG. 6A.

Siguiendo los procedimientos expuestos anteriormente proporciona los números auxiliares Rk como;: e ilustrados en las FIGS. 5A y 56, la ecuación (10)

50: R, = 97,37A2 ,

R2 = 49,50A2 ,

55: R, = 20, 14A2 . Como R, es el mayor de los tres números auxiliares, !a primera corriente correspondiente 11 se selecciona como la corriente lp de referencia= 10,0A L 160'. Esto significa que una de las corrientes equivalentes estará situada sobre la linea de 160' o -20'.

60: Despejando el equivalente de dos corrientes en las ecuaciones (12), (13) y (14), se obtiene:

IT= 11,1AL 11,7'y

ls = 18,9A L 160'.

La FIG. 68 ilustra gráficamente un plano alfa para el equivalente de dos terminales de la realización mostrada en la

5: FIG. 6A, según una realización. Usando la ecuación (6), la corriente diferencial equivalente loiFI2l = 11,2A L 128'.

Usando la ecuación (7), la corriente restrictiva equivalente 1Rsr¡2) = 30,0. Las corrientes equivalentes ls, Ir se

muestran como lineas continuas en la FIG. 66. Con fines ilustrativos, la corriente diferencial equivalente loiF¡2¡ se

muestra como una línea discontinua y la corriente restrictiva equivalente IRsT(2l se muestra como un círculo

discontinuo en la FIG. 68. Obsérvese que, cuando se calcula para este equivalente de dos terminales, la corriente

1 O: diferencial equivalente loiFF{2) y la corriente restrictiva equivalente IRST(2) son las mismas que las calculadas en el

sistema original de tres terminales.

Usando la ecuación (15), las dos corrientes equivalentes ls, Ir dan el punto operativo en el plano alfa de k= 1,71 L

148,3', que no se muestra en las FIGS. 6A y 68. Debido a que este ejemplo no incluye los límites de una región

15: restrictiva, no se determina si este punto operativo k daría como resultado la habilitación de una señal de activación.

Si el punto operativo k está fuera de la región restrictiva, sin embargo, el plano alfa en la FIG. 6A indica que esto es

probablemente el resultado de un fallo externo, porque la tercera corriente ¡, está cerca de los 180' a partir de la

surna de las corrientes l1, 1, primera y segunda. De manera similar, la FIG. 68 indica que una condición de fallo

sería un fallo externo, porque la diferencia de fase entre las corrientes equivalentes ls, Ir está cerca de los 180' y la

20: razón de las magnitudes no está lejos de 1.

A rnodo de contraste con el ejemplo mostrado en las FIGS. 6A y 68, las FIGS. 7 A y 78 ilustran gráficamente

respectivos planos alfa para el caso de un fallo interno, según una realización. La FIG. 7A ilustra el plano alfa para

un aparato de suministro eléctrico de cinco terminales, donde las cinco corrientes medidas l1, 12, b, 14, !5 son

25: aproximadamente iguales en magnitud, pero fluyen en la misma dirección general, con alguna dispersión angular

limitada, lo que indica un fallo interno. La FIG. 78 ilustra el plano alfa para el equivalente de dos terminales de la

realización mostrada en la FIG. 7 A. Una gran diferencia entre las magnitudes de las corrientes equivalentes ls, Ir

(según se muestra en la FIG. 78) indica el fallo interno, lo que da como resultado la habilitación de una señal de

activación.

30

Los ejemplos mostrados en las FIGS. 6A, 68, 7 A y 78 son estáticos, en cuanto a que representan corrientes

medidas en un instante específico. El siguiente ejemplo es dinámico, en cuanto a que ilustra cambios en la

corriente a lo largo del tiempo. En este ejemplo, se usan terminales de interruptor dual. Los modernos relés de

protección de línea pueden dar soporte a dos conjuntos trifásicos de entradas de corriente y medir las dos

35: corrientes independientemente, facilitando aplicaciones a las líneas terminadas mediante dos interruptores de

circuito. Tal paquete de protección integrado funciona con la corriente internamente sumada para la principal

función de protección: la distancia, la sobrecorriente direccional a tierra en un esquema asistido por piloto, o el

diferencial de corriente de linea. A la vez, proporciona dos funciones independientes de fallo de interruptor, dos

auto-reclausuradores independientes, medición, registro y resguardo coordinado en el tiempo, todo ello en

40: respuesta a !as corrientes interruptoras individuales.

La FIG. 8 ilustra esquemáticamente una configuración de línea de interruptor dual de tres terminales, según una

realización. Un primer terminal T1 incluye dos interruptores con transformadores CT-1, CT-2 de corriente asociados,

que miden las corrientes icr-1, icr-2. Un segundo terminal incluye dos interruptores con transformadores CT-3, CT-4

45: de corriente asociados, que miden las corrientes icr-3, icT-4· Un tercer terminal incluye dos interruptores con

transformadores CT-5, CT-6 de corriente asociados, que miden las corrientes icr-s, icr.¡¡. La FIG. 9 ilustra gráficos de

diversas señales durante un fallo A8 externo en la configuración mostrada en la FIG. 8, según una realización.

Cada señal se representa gráficamente con respecto al tiempo. El gráfico superior muestra la corriente interna icr-1

del primer terminal T1. El siguiente gráfico muestra la corriente interna icr-2 del primer terminal T1. El siguiente

50: gráfico muestra la corriente diferencial loiF(N) y la corriente restrictiva IRsr¡N)· Los dos gráficos inferiores muestran la

magnitud km,9 y el ángulo a, respectivamente, del plano alfa equivalente. Según se muestra, poco después del

comienzo del fallo externo, el plano alfa equivalente produce un punto operativo de alrededor de 0,5 L 170', que

está (correctamente) dentro de una típica región de bloqueo del plano alfa. Obsérvese que en este caso la corriente

lp de referencia se selecciona con alguna aproximación, ya que el sistema diferencial de corriente de linea puede

55: no funcionar directamente con las corrientes individuales en el terminal con fallos, sino con términos diferenciales y

restrictivos parciales, explicados más adelante y relacionados con las sumas icr-1 + icr-z, icr-3 + icr-4 e icr-s + icr-6. Sin

embargo, el gran término restrictivo, en comparación con el diferencial espurio, mantiene el plano alfa equivalente

en la región de bloqueo.

60: Aumento intencional de las corrientes diferenciales y 1o restrictivas

Como se ha mencionado anteriormente, en ciertas realizaciones, al menos una entre la corriente diferencial lotF(N) y

!a corriente restrictiva IRsT(N) se aumenta intencionalmente, en base a una condición física del aparato de suministro eléctrico multi-terminal, antes de calcular las corrientes equivalentes ls, IT.

Al detectar un fallo externo, por ejemplo, el sistema puede aumentar la seguridad aumentando artificialmente los

términos restrictivos naturales. Esto puede incluir la restricción de armónicos: añadir armónicos en la corriente diferencial loiF(NJ a la corriente restrictiva IRsT(N), o añadir una parte de las restricciones de fase a !os términos restrictivos negativos y de secuencia cero, para asegurar estos elementos ante fallos externos que no produzcan ninguna restricción de secuencia naturaL El aumento de los términos restrictivos acerca el punto operativo k en el

plano alfa al punto de bloqueo ideal.

Para la protección de! transformador, según una realización, los armónicos de interés (p. ej., los armomcos

segundo, cuarto y quinto) en la corriente diferencialloiF(NI y 1o cualquiera de las corrientes medidas se añaden a los términos restrictivos de frecuencia fundamental, usando multiplicadores adecuados, según los principios del

tratamiento de una condición de influjo magnetizador, usando restricción de armónicos. A continuación, se ejecutan

los cálculos generalizados del plano alfa. Si los términos restrictivos son suficientemente aumentados por los armónicos en la señal diferencial, la restricción amplificada desplazará el plano alfa hacia el punto de bloqueo y

restringirá la función diferencial durante las condiciones de influjo.

Además, o en otra realización, el aumento intencional puede incluir reducir la corriente diferencial loiF(N), tal como

mediante compensación de corriente de carga. El propósito de la compensación de carga de línea es retirar significativamente la corriente de carga de la señal diferencial. Un sistema diferencial de corriente de línea puede calcular la corriente de carga en base al voltaje proveniente de los terminales de línea. En una realización, esto se

hace sin enviar ningún voltaje entre los terminales. En cambio, cada terminal resta una fracción adecuadamente

seleccionada de la corriente de carga a la corriente medida, antes de enviar una tal corriente total a sus iguales. Cuando se sumen en los cálculos diferenciales, todas las fracciones de la corriente de carga calculada, sin embargo, coincidirán con la corriente total de carga efectiva de la linea. En general, para una línea con N terminales realizando compensación de corriente de carga, cada terminal usa 1/N de la capacitancia total de línea y su propio voltaje para estimar su fracción de la corriente de carga.

Uso de términos diferenciales y restrictivos parciales

En general, las siguientes soluciones pueden asistir en la tarea de enviar suficiente información para la protección diferencial de corriente de línea, observando a la vez las limitaciones prácticas de ancho de banda de los canales disponibles:

(1) Codificación inteligente: las propiedades de los datos enviados, si se estudian cuidadosamente, pueden permitir

reducir el número de bits requeridos para transportar sus valores, Por ejemplo, una restricción de secuencia

negativa puede enviarse por cada unidad de la mayor restricción de corriente de fase. O bien, el valor de la

corriente puede codificarse como una escala en base logarítmica, en lugar de una escala lineal, para reconocer la

amplia gama de señales de corriente.

(2) Intercalación, o el envío de pequeños fragmentos de datos que cambian lentamente en paquetes consecutivos.

Por ejemplo, los cálculos de sincronización basados en canales pueden ejecutarse a una velocidad menor que la

velocidad de los paquetes.

(3): Envio de diversos trozos de datos a velocidades óptimas usadas por las ecuaciones de protección aplicadas.

(4): Aumento del tamaño del paquete de modo tal que la razón entre carga útil y sobrecarga se torne más favorable.

(5): Selección de la carga útil de modo tal que maximice el contenido de información en ella, dadas las ecuaciones de protección concebidas.

La FIG. 10 ilustra gráficamente una definición 1000 de carga útil de paquete o estructura de datos, según una

realización. Cuando se usa con ciertos procedimientos de protección revelados en el presente documento, la definición 1000 de carga útil de paquete mostrada en la FIG. 1 O funciona con muestras de 1 kHz de corrientes y utiliza ecuaciones comprobadas de protección del plano alfa. La definición de carga útil de paquete puede codificarse usando poco más de 100 bits, lo que permite que el sistema envíe paquetes aproximadamente cada 3 ms (3 ms a 64 kbps equivalen a alrededor de 192 bits). Debería observarse que la tasa de muestreo, el número de muestras en el paquete y el intervalo de transmisión son solamente ejemplos y no limitan el enfoque global descrito anteriormente. Por ejemplo, el número de muestras de corriente de línea para cada fase (p. ej., iA(k), iA(k-1), iArk-21 para la fase A) no se limita a tres muestras.

5: En pocas palabras, las muestras de corriente de línea o los valores instantáneos incluidos en la definición 1000 de carga útil de paquete son corrientes totales de línea en el terminal remitente (una suma de todas las corrientes locales, tal como desde dos interruptores de una terminación de interruptor dual); mientras que los términos restrictivos son sumas de magnitudes de todas las corrientes locales (tal como desde los dos interruptores de una terminación de interruptor dual). En términos sencillos, los valores instantáneos son corrientes parciales diferenciales de línea, y los términos restrictivos son corrientes parciales restrictivas de línea.

1 O 15 20 25 30: La definición 1000 de carga útil de paquete es ventajosa para ciertas realizaciones, porque provee que se envíen datos renovados múltiples veces por ciclo (p. ej., cada 3 ms, o más de cinco veces por un ciclo de 60 Hz), minimizando las latencias y acelerando el funcionamiento del relé. Un paquete perdido justo antes o durante un fallo interno solamente borra 3ms de datos, lo que permite una rápida recuperación e impide el funcionamiento retardado del relé. Además, trabajar con muestras de 1 kHz brinda buena fidelidad de mediciones de corriente diferencial y permite calcular armónicos para aplicaciones de transformadores en línea y la rápida detección de los CT saturados. El envío de tres muestras de corriente instantánea por paquete mejora la razón entre carga útil y sobregasto. El envio de un valor de una restricción por paquete (o por tres muestras de valores instantáneos) reduce los requisitos de ancho de banda, mientras que es suficiente para la aplicación de protección. Las restricciones son magnitudes, y por tanto valores sin signo, y pueden codificarse usando menos bits. Además, las restricciones son términos auxiliares y pueden codificarse con menor precisión sin sacrificar las prestaciones de protección. Los cinco términos restrictivos pueden intercalarse para un ahorro extra de ancho de banda de comunicación. Los términos restrictivos negativos o de secuencia cero pueden codificarse como valores por unidad, con respecto a la mayor restricción de fase, reduciendo adicionalmente el requisito del ancho de banda. Además, el formato del paquete hace que la solución sea ajustable a escala, ya que funciona con cualquier número de corrientes locales en un terminal de línea dado. Para cualquier configuración dada, o número de terminales, el paquete incluye los términos parciales, diferenciales y restrictivos. Como ejemplo, remitámonos nuevamente a la configuración de línea de tres terminales ilustrada en la FIG. 8, en la cual cada extremo de linea, o terminal T1, T2, T3 se termina como una conexión de interruptor dual. En una realización, cada terminal T1, T2, T3 calcula sus términos parciales, diferenciales y restrictivos, según lo siguiente (obsérvese que aquí 1, es la amplitud de í,, p. ej., lcT-1IAI = ( ícT-1iAJ}, donde "(A)" se refiere a la fase A): jA(Tl) = icT-l(A) + icT-2(A); (17)

is(Tl): = icT-1(Bl + icT-2(Bl; (18)

ic(Tl): = icT-l(C) + icT-2(C); (19)

IAR(T1): = IcT-l(A) + ICT-Z(A); (20)

lsR(Tl): = lcT-1(B) + IcT-z(B); (21)

lcR(Tl): = lcT-l(C) + lcT-z(c); (22)

IQR(Tll: = I1Q + lzQ; (23)

IGR(Tl): = I1G + lzG· (24)

Se determinan similares términos parciales, diferenciales y restrictivos, para los otros terminales T2, T3.

35: Las cantidades anteriores en las ecuaciones (17) a (24) comprenden una carga útil de protección según la definición 1000 de carga útil de paquete mostrada en la FIG. 1O. Cada terminal calcula sus propios términos parciales y los envía a sus pares.

40: A modo de ejemplo, supongamos que ocurre un fallo externo en el terminal T1. En caso de saturación de CT, la corriente diferencial parcial enviada por el terminal T1 puede tener un considerable error en ella. Sin embargo, a la vez este terminal T1 envía un término restrictivo que refleja la corriente de fallo externo, suministrando a las ecuaciones de activación la información adecuada para equilibrar los errores en la señal diferenciaL Tras recibir y alinear todos los términos parciales, cada relé o terminal T1, T2, T3 calcula las corrientes totales diferenciales y restrictivas de línea:

ÍADIF: = ÍA(T1) + ÍA(T2) + ÍA(T3) = ...

···: = ÍcT-l(A) + ÍcT-2(A) + ÍcT-3(A) + ÍcT-4(A) + ÍcT-S(A) + ÍcT-6(A); IARST = IAR(Tl) + IAR(T2) + IAR(T3) = · · · (25)

···: = lcT-l(A) + ICT-2(A) + lcr-3(A) + lcr-4(A) + lcr-s(A) + lcr-6(A); (26)

(y, de manera similar, para las fases By C)

...: = IQRST = ¡QR(T1) +IQR(T2) +IQR(T3) 11q + 12 q + 13 q + 14q + 15q + l6 q; = (27)

5: ... = IGRST = IGR(Tl) + IGR(T2) + IGR(T3) I1G + lzG + I3G + J4G + lsG + J6G · = (28)

1O: De esta manera, cada relé en el sistema diferencial de corriente de línea obtiene el verdadero valor de la corriente restrictiva, independientemente de la ubicación del fallo y de la capacidad de cortocircuito detrás de cualquier relé dado. Por ejemplo, el terminal T3 puede ser muy débil, suministrando muy poca corriente a un fallo en el terminal T1. Sin embargo, el terminal T3 recibirá los valores restrictivos parciales de T1 para equilibrar los posibles errores en la corriente diferencial parcial de T1.

15: Obsérvese que el diseño es ajustable a escala y funciona con cualquier número de corrientes locales, sin necesidad de modificar el paquete de comunicación o de incrementar el ancho de banda. Las otras corrientes locales pueden ser corrientes de reactores en línea, corrientes de carga de línea calculadas o corrientes de un pequeño bus incluido en la zona de protección de línea mientras el hardware de los relés dé soporte a entradas extras de corriente. Las corrientes diferenciales y restrictivas de línea se suministran a !as ecuaciones generalizadas de activación del plano alfa, según lo expuesto anteriormente.

20: Los expertos en la técnica comprenderán que pueden hacerse muchos cambios en los detalles de las realizaciones anteriormente descritas, sin apartarse de los principios subyacentes de la invención. El alcance de la presente invención, por lo tanto, debería estar determinado solamente por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal que incluye tres o más terminales, caracterizado porque comprende:

medir una corriente en cada uno de los tres o más terminales, teniendo cada corriente unos respectivos amplitud y ángulo;

calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las tres o más corrientes medidas;

calcular una corriente restrictiva correspondiente a las tres o más corrientes medidas;

convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en una prímera corriente equivalente de un aparato

equivalente de suministro eléctrico de dos terminales y una segunda corriente equivalente del aparato

equivalente de suministro eléctrico de dos terminales,

en el cual una suma de la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente coincide esencialmente con la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-termlnal, y

en el cual los valores de la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva del aparato de suministro eléctrico multi~terminal; y

en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente, activar selectivamente el aparato de suministro eléctrico multi-terminaL
2.

El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la activación selectiva en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente comprende:

aplicar un análisis de plano alfa a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente para determinar si se proporciona o se bloquea una señal de activación.
3.

El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque comprende adicionalmente:

antes de la conversión en la primera corriente equivalente y en la segunda corriente equivalente, aumentar intencionalmente al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva, en base a una condición fisica del aparato de suministro eléctrico multi-terminaL
4.

El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el aumento de al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva comprende efectuar la restricción de armónicos mediante:

la determinación de una pluralidad de armónicos de al menos una entre la corriente diferencial y cualquiera de las corrientes medidas; y

la adición de la pluralidad de armónicos a los términos restrictivos usando multiplicadores seleccionados.
5.

El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque el aumento de al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva comprende:

reducir la corriente diferencial de acuerdo a una corriente estimada de carga de línea.
6.

El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el cálculo de la corriente restrictiva comprende realizar uno o más cálculos seleccionados entre el grupo que comprende: sumar valores absolutos de las tres o más corrientes medidas;

seleccionar un valor máximo de las amp!ítudes de las tres o más corrientes medidas; y producir un producto de amplitudes de las tres o más corrientes medidas.
7.

El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque la aplicación del análisis de plano alfa comprende: calcular un valor de magnitud de una razón entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente

equivalente;

5

calcular un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente equivalente; y comparar el valor de magnitud de la razón y el valor de diferencia angular con valores preseleccionados que establecen una región de fase en un plano de razones de corriente,

1 O

en el cual, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están fuera de la región establecida, se admite la señal de activación, y

en el cual, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están dentro de la región establecida, se bloquea la señal de activación.

15

8. El procedimiento de la reivindicación 7, caracterizado porque la aplicación del análisis de plano alfa comprende adicionalmente:

20

determinar una representación del plano alfa por separado para al menos una entre las corrientes de fase, las corrientes de secuencia cero, las corrientes de secuencia negativa, las corrientes de secuencia positiva y las combinaciones de las anteriores.
9. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la conversión de la corriente diferencial y de la corriente restrictiva en las corrientes equivalentes primera y segunda comprende:

25

asignar un atributo de una de las corrientes medidas en uno de los tres o más terminales a la primera corriente equivalente; y

30

calcular partes real e imaginaria de las corrientes equivalentes primera y segunda, en base al atributo asignado y a las corrientes diferenciales y restrictivas calculadas. 1O. El procedimiento de la reivindicación 9, caracterizado porque la asignación del atributo comprende:

asignar una magnitud de una de las corrientes medidas como la magnitud de la primera corriente equivalente.

35

11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el cual la asignación del atributo comprende:

asignar un ángulo de una de las corrientes medidas como el ángulo de la primera corriente equivalente.

40

12. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque el ángulo asignado comprende un ángulo de una de las corrientes medidas que produce el mayor valor absoluto cuando se proyecta sobre una línea de la corriente diferencial.

45

13. El procedimiento de la reivindicación 12, caracterizado porque la primera corriente equivalente se indica como /s y la segunda corriente equivalente se indica como Ir, en el cual

y

50

ls = (IRN-IIrD · 1L{3 ,

55

donde p es el ángulo asignado, /, es una corriente diferencial desplazada producida dividiendo la corriente diferencial entre 1 L p, Re e /m se refieren, respectivamente, a las partes real e imaginaria de la corriente 1,, e IRN es la corriente restrictiva. 14. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la medición de la corriente en cada terminal comprende medir una pluralidad de corrientes en cada terminal, en el cual cada terminal calcula una respectiva corriente diferencial parcial que comprende una suma de la pluralidad de corrientes que el terminal midió, y en el cual cada terminal calcula una respectiva corriente restrictiva parcial a partir de los valores de la pluralidad de

corrientes que el terminal midió, comprendiendo adicionalmente el procedimiento, para cada terminal:

generar múltiples muestras de la corriente diferencial parcial correspondiente a un periodo de tiempo;

generar una corriente restrictiva parcial correspondiente al mismo periodo de tiempo; y

transmitir las múltiples muestras de la corriente diferencial parcial y la correspondiente corriente restrictiva parcial en un paquete a los otros terminales.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, caracterizado porque cada terminal calcula adicionalmente al menos

una entre una corriente de fase restrictiva parcial, una corriente de secuencia cero restrictiva parcial, una corriente de secuencia negativa restrictiva parcial, una corriente de secuencia positiva restrictiva parcial y una combinación de !as anteriores.
16. Un sistema para la protección diferencial de corrientes, caracterizado porque comprende:

un primer terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del primer terminal;

un segundo terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del segundo terminal;

un tercer terminal configurado para medir una multitud de corrientes que fluyen dentro del tercer terminal,

en el cual al menos uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal está en comunicación

con los otros dos terminales; y

un procesador configurado para:

para cada uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal:

calcular una corriente diferencial parcial a partir de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal

específico y comunicarla a los otros terminales; y

calcular una corriente restrictiva parcial a partir de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal

específico y comunicarla a los otros terminales:

calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las corrientes diferenciales parciales intercambiadas;

calcular una corriente restrictiva correspondiente a las corrientes restrictivas parciales intercambiadas;

convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en una primera corriente equivalente de un aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales y una segunda corriente equivalente del aparato equivalente de suministro eléctrico de dos terminales;

en donde una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente coincide

esencialmente con la corriente diferencial calculada a partir de las corrientes comunicadas, y

en donde los valores de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente producen

esencialmente la corriente restrictiva calculada a partir de las corrientes comunicadas; y

en base a la primera corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente, activar selectivamente al menos

uno de los tres terminales.
17. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para activar selectivamente, aplicando un análisis de plano alfa a la primera corriente equivalente y a la segunda

corriente equivalente, a fin de determinar si se proporciona o se bloquea una señal de activación.
18. El sistema de la reivindicación 17, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado, antes

de la conversión en la primera corriente equivalente y en la segunda corriente equivalente, para aumentar intencionalmente al menos una entre la corriente diferencial y la corriente restrictiva, en base a una condición física

del sistema.
19. El sistema de la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

aumentar, usando restricción de armónicos, mediante:

la determinación de una pluralidad de armónicos de una o más entre la corriente diferencial y cualquiera de las corrientes medidas; y

la adición de la pluralidad de armónicos a términos restrictivos, usando multiplicadores seleccionados.
20. El sistema de la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

aumentar, reduciendo la corriente diferencial, de acuerdo a una corriente estimada de carga de linea.
21. El sistema de la reívíndícacíón 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

calcular la corriente restrictiva parcial realizando uno o más cálculos seleccionados entre el grupo que comprende, para cada uno entre el primer terminal, el segundo terminal y el tercer terminal:

sumar valores absolutos de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico;

seleccionar un valor máximo de las amplitudes de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico; y producir un producto de amplitudes de la multitud de corrientes que fluyen dentro del terminal específico.
22. El sistema de la reivindicación 17, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

aplicar el análisis del plano alfa:

calculando un valor de magnitud de una razón entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente

equivalente;

calculando un valor de diferencia angular entre la primera corriente equivalente y la segunda corriente

equivalente; y comparando el valor de magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular con valores preseleccionados

que establecen una región de fase en un plano de razones de corriente,

en el cual, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están fuera de la región establecida, se permite la señal de activación, y

en el cual, cuando el valor de la magnitud de la razón y el valor de la diferencia angular están dentro de la región establecida, se bloquea la señal de activación.
23. El sistema de la reívíndícacíón 22, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para aplicar el análisis del plano alfa:

determinando una representación del plano alfa por separado para al menos una entre las corrientes de fase,

las corrientes de secuencia cero, !as corrientes de secuencia negativa, las corrientes de secuencia positiva, y las combinaciones de las anteriores.
24. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en las corrientes equivalentes primera y segunda: asignando un atributo de una de las corrientes comunicadas a la primera corriente equivalente; y

calculando partes real e imaginaría de las corrientes equivalentes primera y segunda, en base al atributo asignado y a las corrientes diferenciales y restrictivas calculadas.
25. El sistema de la reivindicación 24, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para asignar el atributo:

asignando una magnitud de una de las corrientes comunicadas como la magnitud de la primera corriente

equivalente.
26. El sistema de la reivindicación 24, caracterizado porque el procesador está adicionalmente configurado para

asignar el atributo:

asignando un ángulo de una de las corrientes comunicadas como el ángulo de la primera corriente equivalente.

5

27. El sistema de la reivindicación 26, caracterizado porque el ángulo asignado comprende un ángulo de una de las corrientes comunicadas que produce el mayor valor absoluto cuando se proyecta sobre una línea de la corriente diferencial.

1 O

28. El sistema de la reivindicación 27, caracterizado porque la primera corriente equivalente está indicada como fs y la segunda corriente equivalente está indicada como Ir, en el cual

Ir= (Im(Ix) 2-(IRN-Re(Jx)/ +j ·lm(Ix)). lLfJ,2·(/RN-Re(/x))

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y fs = UnN-llrl) · lLfJ ,

20

donde Bes el ángulo asignado, /, es una corriente diferencial desplazada producida dividiendo la corriente diferencial entre 1 L. p, Re e /m se refieren, respectivamente, a las partes real e imaginaria de la corriente fx, e IRN es la corriente restrictiva.
29. Un sistema para la protección diferencial de corrientes para un aparato de suministro eléctrico multi-terminal que incluye tres o más terminales, caracterizado porque comprende:

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medios para medir una corriente respectivos amplitud y ángulo; en cada uno de los tres o más terminales, teniendo cada corriente unos

medios para calcular una corriente diferencial que comprende una suma de las tres o más corrientes medidas;

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medios para calcular una corriente restrictiva correspondiente a !as tres o más corrientes medidas;

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medios para convertir la corriente diferencial y la corriente restrictiva en una primera corriente equivalente de un aparato equivalente de potencia de dos terminales y en una segunda corriente equivalente del aparato equivalente de potencia de dos terminales, en el cual una suma de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente coincide esencialmente con la corriente diferencial del aparato original de suministro eléctrico multi-terminal, y

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en el cual los valores de la primera corriente equivalente y de la segunda corriente equivalente producen esencialmente la corriente restrictiva del aparato de suministro eléctrico multi-terminal; y

medios para activar selectivamente el aparato de suministro eléctrico multi-termina! corriente equivalente y a la segunda corriente equivalente.

en base a la primera

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