ES2823924A1 - Procedimiento y dispositivo de proteccion ante arranque de carga fria - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de proteccion ante arranque de carga fria Download PDF

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ES2823924A1 ES201930971A ES201930971A ES2823924A1 ES 2823924 A1 ES2823924 A1 ES 2823924A1 ES 201930971 A ES201930971 A ES 201930971A ES 201930971 A ES201930971 A ES 201930971A ES 2823924 A1 ES2823924 A1 ES 2823924A1
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Abstract

Procedimiento y dispositivo de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica (50) con una pluralidad de consumidores (41, 42, 43) a una tensión de alimentación (12). El procedimiento comprende las etapas de desconectar la tensión de alimentación (12) de una tensión de red (11), si un valor de tensión de red (Vred) de la tensión de red (11) es inferior a un valor umbral de tensión mínima (Vmin), y conectar la tensión de alimentación (12) a la tensión de red (11), si el valor de tensión de red (Vred) es superior a un valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr).

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN ANTE
ARRANQUE DE CARGA FRÍA
Sector de la técnica
La presente invención se refiere tanto a un dispositivo como a un procedimiento de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica. La invención se aplica para facilitar la restauración del servicio eléctrico tras la carga fría de la red de distribución eléctrica.
Estado de la técnica
Generalmente, cuando un circuito eléctrico de distribución se restaura después de una interrupción prolongada, la demanda es mayor que antes de la interrupción. Intentar arrancar esta carga puede ser problemático porque la demanda después de una interrupción puede exceder la demanda que había momentos antes de la interrupción. Este fenómeno se conoce como arranque de la carga fría ("cold load pickup”) porque la fuente de alimentación no ha estado disponible durante un período de tiempo.
El fenómeno de carga fría puede presentarse, por ejemplo, debido a la presencia de equipos de refrigeración tales como cámaras frigoríficas, aires acondicionados o cualquier otro equipo que se conecta o desconecta a la red dependiendo de un termostato que controla la temperatura. Estos equipos no suelen estar activos durante todo el tiempo, sino que trabajan en ciclos de conexión/desconexión tratando de controlar la temperatura (de una cámara frigorífica, habitación, etc.), desconectándose cuando la temperatura está por debajo de la consigna y conectándose de nuevo cuando la temperatura supera la consigna (con la histéresis correspondiente).
Una vez que estos equipos pierden la alimentación eléctrica, el termostato puede detectar, al cabo de un tiempo, un aumento de la temperatura (por ejemplo, en un día caluroso), pero puede no ser posible operar la refrigeración necesaria correspondiente debido a la falta de tensión de la red de distribución. Esta carga (motores, transformadores...) permanece conectada a la red hasta el momento en el que se recupera el servicio y vuelve a haber tensión de red. El mismo efecto puede darse con los termos o calentadores de agua eléctricos, pero a la inversa.
Dado que, en la mayoría de los casos, la corriente de arranque de la carga fría es mayor que la corriente anterior al corte, esto afecta la detección de fallos o faltas en la distribución eléctrica. Es decir, los relés de protección, situados en la cabecera de la línea, pueden malinterpretar la condición de arranque de la carga fría como un fallo e iniciar la desenergización de un circuito que realmente no tiene fallos.
Hay muchos factores que determinan la magnitud y la duración del arranque de carga fría. Estos incluyen, por ejemplo, duración de la interrupción, tipos de cargas conectadas, climatología, modo de restauración, causas de la interrupción, presencia de generación distribuida y/o esquemas de transferencia automática, hora del día y nivel de carga, etc.
En especial, el fenómeno de carga fría puede presentarse en la red cuando se requiere, por ejemplo, la reparación de fallos en la red o actuaciones programadas de mantenimiento.
El arranque de la carga fría se presenta cuando un circuito de distribución se vuelve a energizar después de una interrupción prolongada de ese circuito. Fundamentalmente, el arranque de la carga fría depende de dos factores: la corriente de arranque o " inrush” (corriente de magnetización de transformadores, motores, etc.) y la pérdida de diversidad de carga. La magnitud de la corriente de arranque de la carga fría es una combinación de la corriente de carga cíclica no diversa, la corriente de carga de funcionamiento continuo, la corriente de magnetización de transformadores y motores, etc. La combinación de estos factores puede generar niveles de corriente que son significativamente más altos que los niveles de carga pico normales. En este sentido, la corriente de arranque de la carga fría puede ser lo suficientemente alta como para causar que actúen los relés de sobreintensidad. La corriente de conexión de carga fría es un fenómeno transitorio de unos pocos segundos de duración.
En estas condiciones de arranque de carga fría, las redes de transporte y distribución (transformadores, líneas, cables, elementos de medida y protección...) quedan sometidas a unos esfuerzos o solicitaciones (sobreintensidades y sobretensiones) mucho mayores que los presentes durante condiciones normales de operación. Estos esfuerzos implican otros problemas tales como envejecimiento prematuro de instalaciones/equipos, desconexiones de líneas adyacentes, generando apagones de mayor dimensión, retrasos en la recuperación del servicio (incluyendo problemas de orden público), pérdida de la calidad de servicio eléctrico (TIEPI/NIEPI), armónicos indeseados y potencialmente perjudiciales, pérdidas económicas derivadas de la falta de suministro eléctrico, reclamaciones por parte de los consumidores a las compañías de distribución eléctrica, etc.
Información adicional sobre el fenómeno de la carga fría puede encontrarse en el documento "Cold Load Pickup Issues Report” , a report to the line Protection Subcommittee of the Power Systems Relay Committee of The IEEE Power Engineering Society, prepared by working group D1 (disponible en internet).
Para paliar los efectos del arranque de la carga fría, así como los problemas mencionados, se conocen las siguientes técnicas. En primer lugar, puede actuarse de forma temporal sobre los ajustes de las protecciones de las subestaciones, incrementando sus niveles de detección de falta para que no disparen (abran el interruptor de línea). Otra solución conocida consiste en sobredimensionar los equipos (transformadores, líneas de distribución, etc.) para soportar dichos esfuerzos. También se conoce la disposición de aperturas/cierres manuales en ciertas partes del circuito (seccionamiento de líneas) para reducir la carga durante la recuperación del servicio. Por último, se conoce la aplicación de otros procedimientos como: deslastre de cargas, contratos de interrumpibilidad, etc.
Estas soluciones conocidas a los problemas derivados del arranque de la carga fría no son totalmente satisfactorias ya que implican costes asociados a su operación como, por ejemplo, por su necesidad de operación manual o costes constructivos como, por ejemplo, debidos a los sobredimensionamientos.
A la vista de las limitaciones descritas que presentan las soluciones existentes en la actualidad, resulta necesaria una solución que permita proteger ante arranque de carga fría una red de distribución eléctrica, así como la restauración posterior del servicio eléctrico, de forma fiable y efectiva, a la vez que se proporciona una solución simple y económica que evite sobredimensionamientos de los equipos o accionamientos manuales.
Objeto de la invención
La presente invención proporciona un procedimiento de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica con una pluralidad de consumidores a una tensión de alimentación. El procedimiento de acuerdo con la invención comprende las etapas de desconectar la tensión de alimentación de una tensión de red, si un valor de tensión de red (Vred) de la tensión de red es inferior a un valor umbral de tensión mínima (Vmin), y conectar la tensión de alimentación a la tensión de red, si el valor de tensión de red (Vred) es superior a un valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr).
Por "valor de la tensión de red” cabe entender una magnitud representativa de la tensión de red, tal como, por ejemplo, su valor eficaz. El valor de tensión de red, así como los parámetros de los valores umbrales de tensión máxima y de tensión mínima están constituidos por números reales para poder ser comparados entre sí.
Tiempos de restablecimiento (tr) típicos de la tensión de red ante el fenómeno del arranque de carga fría pueden estar en el rango de 0 a 60 segundos.
El procedimiento permite detectar una situación de arranque de carga fría, cuando el valor de tensión de red (Vred) desciende por debajo del valor umbral de tensión mínima (Vmin), cortándose la tensión de alimentación en dicho momento, y sólo restableciendo la tensión de alimentación cuando el valor de tensión de red (Vred) supera el valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr), de manera que los efectos del arranque de carga fría se reducen o eliminan, al prolongar la desconexión de las cargas o consumidores de la red.
Preferentemente, de acuerdo con la invención la conexión de la tensión de alimentación de las cargas, respecto a la tensión de red, puede efectuarse en distintos tiempos de restablecimiento (tr) para, respectivamente, distintos consumidores, en particular, mediante una configuración individualizada para cada consumidor, es decir siendo generados los tiempos de restablecimiento (tr) de forma individual para cada consumidor.
Esto permite que el consumo o demanda pueda restablecerse paulatinamente a medida que los distintos consumidores o cargas se van conectando a la red en los respectivos tiempos de restablecimiento (tr), de manera que los efectos del arranque de carga fría se reducen al distribuir en el tiempo la conexión de los consumidores o cargas a la red.
Más preferentemente, el tiempo de restablecimiento (tr) puede determinarse aleatoriamente para cada consumidor, en particular, mediante una configuración individualizada para cada consumidor. La conexión y desconexión o restablecimiento de la tensión de alimentación de las cargas de forma aleatoria facilita el restablecimiento de la tensión de red forma autónoma o automática para cada consumidor, al mismo tiempo que se reducen o eliminan los problemas del arranque de carga fría.
La invención también contempla que el tiempo de restablecimiento (tr) pueda determinarse de forma pseudoaleatoria y/o individualizada para cada consumidor, por ejemplo, a partir de un dato característico del consumidor como, por ejemplo, un número de serie, datos de calibración, etc.
En especial, el tiempo de restablecimiento (tr) puede seleccionarse de un rango comprendido entre un tiempo mínimo (tmin) y un tiempo máximo (tmax), facilitando así la realización del procedimiento.
Adicionalmente de forma preferente, la desconexión de la tensión de alimentación de las cargas, respecto a la tensión de red, puede efectuarse sólo tras un tiempo de protección (tp) en el que el valor de la tensión de red (Vred) es inferior al valor umbral de tensión mínima (Vmin).
Según otro aspecto, la invención proporciona un dispositivo de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica con una pluralidad de consumidores a una tensión de alimentación. El dispositivo de acuerdo con la invención está configurado para realizar el procedimiento de acuerdo con la invención que se ha descrito anteriormente. El dispositivo comprende un elemento de corte, para conectar y desconectar la tensión de alimentación de/a una tensión de red, y medios de control del elemento de corte, para accionar el elemento de corte en función de la tensión de red, cortando o desconectando la tensión de alimentación de/a la tensión de red. Los medios de control están configurados de manera que, si un valor de tensión de red (Vred) de la tensión de red es inferior a un valor umbral de tensión mínima (Vmin), accionan el elemento de corte desconectando la tensión de alimentación de la tensión de red y, si el valor de la tensión de red (Vred) es superior a un valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr), accionan el elemento de corte conectando la tensión de alimentación a la tensión de red.
De este modo el dispositivo es capaz de detectar una situación de arranque de carga fría, cuando el valor de tensión de red (Vred) desciende por debajo del valor umbral de tensión mínima (Vmin), cortándose la tensión de alimentación de las cargas en dicho momento, y sólo restableciendo la tensión de alimentación de las cargas, a la tensión de red, cuando el valor de tensión de red (Vred) supera el valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr), de manera que los efectos del arranque de carga fría se reducen o eliminan, al prolongar la desconexión de las cargas o consumidores de la red.
Preferentemente, de acuerdo con la invención los medios de control pueden estar configurados de manera que la conexión de la tensión de alimentación a la tensión de red se efectúa en distintos tiempos de restablecimiento (tr) para, respectivamente, distintos consumidores, en particular, mediante una configuración individualizada para cada consumidor. De este modo, el consumo o demanda puede restablecerse paulatinamente a medida que los distintos consumidores o cargas se van conectando a la red en los respectivos tiempos de restablecimiento (tr), de manera que los efectos del arranque de carga fría se reducen al distribuir en el tiempo la conexión de los consumidores o cargas a la red.
Más preferentemente, los medios de control están configurados para determinar el tiempo de restablecimiento (tr) aleatoriamente para cada consumidor, en particular, distintos tiempos de restablecimiento para distintos consumidores aleatoriamente. Para ello, los medios de control pueden comprender un generador de números aleatorios de forma convencional (véase, por ejemplo, artículo de Wikipedia “random number generation”). La conexión y restablecimiento de la tensión de alimentación de las cargas de forma aleatoria facilita el restablecimiento de forma autónoma o automática para cada consumidor, al mismo tiempo que se reducen o eliminan los problemas del arranque de carga fría.
En especial, el tiempo de restablecimiento (tr) puede seleccionarse aleatoriamente de un rango comprendido entre un tiempo mínimo (tmin) y un tiempo máximo (tmax), facilitando así la operación del dispositivo.
Adicionalmente de forma preferente, los medios de control están configurados de manera que la desconexión de la tensión de alimentación de las cargas puede efectuarse sólo tras un tiempo de protección (tp) durante el que el valor de tensión de red (Vred) es inferior al valor umbral de tensión mínima (Vmin). Este tiempo de protección (tp) previene contra cortes espurios.
Estos cortes espurios de la tensión de red pueden deberse a que las subestaciones de transporte y de distribución disponen de unos equipos denominados reenganchadores automáticos cuya misión es cerrar el interruptor de cabecera de forma automática tras la detección de una falta y consiguiente apertura del interruptor. Las políticas de reenganche establecen cuántas veces y en qué intervalos de tiempo se deben realizar los intentos de reenganche. Generalmente se programan uno o dos reenganches rápidos (entre 1 y 10 segundos) y uno o dos reenganches lentos (entre 30 y 60 segundos). Si tras todos los intentos el fallo persiste, el reenganchador se bloquea y pasa a estado de disparo definitivo. Es a partir de este momento cuando el fenómeno de la carga fría puede presentarse al no estar disponible la alimentación durante un período de tiempo prolongado, hasta la reparación del fallo y reposición del servicio.
Se concibe que los medios de control puedan comprender un temporizador de tiempo de restablecimiento (tr) para proporcionar el tiempo de restablecimiento (tr) para cada consumidor. Asimismo, los medios de control pueden comprender un temporizador de tiempo de protección (tp) para proporcionar el tiempo de protección (tp).
Para comparar el valor de tensión de red (Vred) con los valores umbrales de tensión, los medios de control pueden comprender, respectivamente, un comparador de tensión máxima, para comparar el valor de tensión de red (Vred) con el valor umbral de tensión máxima (Vmax), y/o un comparador de tensión mínima, para comparar el valor de tensión de red (Vred) con el valor umbral de tensión mínima (Vmin), y/o un comparador de tensión máxima (33), para comparar el valor de tensión de red (Vred) con el valor umbral de tensión máxima (Vmax).
Para procesar el accionamiento del elemento de corte, los medios de control pueden comprender un procesador o microprocesador. De este modo se facilita que el control del elemento de corte pueda realizarse de forma autónoma o automática.
En una realización preferente de acuerdo con la invención, se contempla que el dispositivo que se ha descrito anteriormente forme parte de una caja o cuadro general de protección, a la entrada de los consumidores o viviendas. En este caso, el dispositivo está configurado para ser instalado en una caja general de protección de cada consumidor, en particular, siendo fijable a la caja general de protección por medio de un carril DIN.
De acuerdo con otro aspecto, la invención se refiere a un producto de programa de ordenador de protección ante arranque de carga fría en forma de un soporte de datos legible por un ordenador que almacena un programa de ordenador. El programa de ordenador está configurado para realizar el procedimiento que se ha descrito anteriormente cuando el programa de ordenador es ejecutado por el ordenador.
En una realización preferente adicional de acuerdo con la invención, se contempla un contador inteligente que está configurado para realizar el procedimiento que se ha descrito anteriormente y/o está programado con el programa de ordenador que se ha descrito anteriormente. Más preferentemente, el contador inteligente comprende el producto de programa de ordenador integrado en el contador inteligente como soporte lógico inalterable o “firmware”. De este modo se facilita el uso del contador, así como su fabricación y comercialización.
El reciente despliegue de contadores inteligentes (CI, “smart meters”) y de infraestructuras de medición avanzada (AMI, “Advanced Metering Infrastructure”) hace posible la integración de funciones de control de la demanda nuevas e innovadoras, de forma local (en el punto de consumo) y autónoma/automática, sin intervención de los operadores de la red de distribución ni de los consumidores finales. Los contadores inteligentes disponen de sensores de tensión/intensidad, puertos de comunicaciones, registro de eventos, pulsadores y/o indicadores locales (leds y/o displays), comunicaciones vía radio y/o PLC (“Power Line Communication”), elemento de corte (ICP, Interruptor de Control de Potencia), facilidades para su reprogramación, batería para mantenimiento de los datos registrados, etc.
Por otra parte, el inminente despliegue del vehículo eléctrico requiere de adaptaciones en la red de distribución para la instalación de los puntos de recarga de baterías. Dichos cargadores de baterías suponen unos consumos peculiares ya que ante una pérdida de alimentación y posterior recuperación suelen pasar a un estado de bloqueo, interrumpiendo el proceso de carga. En tales situaciones en necesario un rearme manual. Dicho rearme puede hacerse de forma automática mediante un procedimiento que detecta dicha situación y envía una señal de rearme al cargador. En este sentido, la presente invención es de especial aplicación para el rearme automático de cualquier equipo que necesite un rearme tras la recuperación del servicio, por ejemplo, los cargadores de baterías de vehículos eléctricos.
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista simplificada de red de distribución eléctrica, donde aparecen dos posibles posiciones donde puede instalarse el dispositivo/ procedimiento de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 2 muestra una vista general esquemática del dispositivo de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 3 muestra una vista detallada del dispositivo de acuerdo con una realización, según un diagrama de bloques funcionales de la lógica de control (LC) del dispositivo.
Descripción detallada de la invención
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente una red de distribución eléctrica a distintos consumidores (41, 42, 43). En el contexto de la invención, por consumidor (41, 42, 43) cabe entender, por ejemplo, una vivienda o unidad de alimentación eléctrica, que comprende una pluralidad de cargas eléctricas (1), conectadas a una caja general de protección (2) y/o a un contador eléctrico, en especial, un contador inteligente (3). En especial, debe entenderse que la tensión de alimentación (12) es la tensión de la alimentación de las cargas (1).
La energía eléctrica se distribuye desde una subestación de distribución (6) a través de una línea de distribución en media tensión (5) que conecta con los centros de transformación y reparto (8) que transforman la media tensión en baja tensión y la distribuyen mediante las líneas de reparto en baja tensión (4). Alternativamente, la alimentación también puede realizarse en media tensión para ciertos clientes (sector servicios o industrial).
La subestación de distribución (6) establece o interrumpe mediante el interruptor de cabecera (7) la tensión en la línea de distribución en media tensión (5). Dicha subestación de distribución (6) está dotada de elementos de protección (relés de sobreintensidad, direccionales, sobretensiones, etc.) que ante cualquier fallo o cortocircuito detectado aguas abajo o en su zona de protección disparan o abren el interruptor de cabecera (7).
En una realización preferente el procedimiento de la invención se efectúa preferentemente con un dispositivo de acuerdo con la invención según se describe a continuación de forma detallada.
En una posible realización preferente de la invención el dispositivo (10) está integrado como parte funcional de un contador inteligente (3) - realización representada en la figura 1 por el consumidor (41) -. Los contadores inteligentes (3) son sistemas con microprocesador (sistemas embebidos) y pueden ser programados bien en fábrica o in situ (una vez instalados, de forma remota desde el centro de control de la empresa distribuidora).
Alternativamente, el dispositivo (10) puede ser integrado en la caja de protección general (2), por ejemplo, fijado sobre un carril DIN - realización representada en la figura 1 por el consumidor (42) -. El dispositivo puede estar formado por un sistema con microprocesador (microcontrolador, DSP ("Digital Signal Processor”)), implementado, por ejemplo, mediante cualquier lenguaje de programación o mediante elementos electrónicos discretos tales como chips comparadores, temporizadores, ... montados sobre una placa de circuito impreso e integrado en una envolvente adecuada (semejante a la de un interruptor magnetotérmico).
Haciendo referencia a la figura 2, el dispositivo (10) parte de una entrada analógica de la tensión de red (11), correspondiente a la tensión de alimentación de las cargas eléctricas (12) cuando el elemento de corte (20) está cerrado. Mediante un elemento de medida de tensión, por ejemplo, un "shunt” o un transformador de medida de tensión (17) la tensión de red (11) se transforma en una tensión de red medida (13) analógica, que una vez digitalizada es la magnitud a monitorizar o valor de la tensión de red (Vred). El dispositivo (10) comprende un elemento de corte (20) tal como, por ejemplo, un interruptor de control de potencia (ICP), relé o similar, representado en la figura 2 en su estado de apertura, capaz de conectar/desconectar la tensión red (11) con la tensión de alimentación (12) de las cargas (1) en correspondencia con sus dos estados estables: cerrado y abierto.
Adicionalmente, un elemento de corte (20) como, por ejemplo, interruptor de control de potencia (ICP) permite desconectar la tensión de alimentación (12) de las cagas (1) respecto a la tensión de red (11) de forma automática al excederse la potencia contratada, o de forma manual por decisión del usuario o de la compañía comercializadora o distribuidora de electricidad.
Alternativamente, el elemento de corte (20) puede ser un relé biestable, que conecta/desconecta el consumo al recibir los comandos (14, 15) correspondientes enviados por la lógica de control (30) o de forma manual.
Adicionalmente, una lógica de control (30) monitoriza la tensión de red medida (13) para determinar el comando de apertura (14) o el comando de cierre (15) adecuados a cada caso, del elemento de corte (20) para desconectar/conectar la tensión de alimentación de las cargas (12) con la tensión de red (11).
El dispositivo (10), en particular, el elemento de corte (20) y/o los medios de control (30), o el procedimiento de acuerdo con la invención pueden estar, por ejemplo, integrados en los contadores inteligentes (3) o situados en el cuadro general de protección (2) a la entrada de los consumidores (41, 42, 43). En este sentido, se contempla que la lógica de control pueda estar programada como parte de las funciones a realizar por el contador inteligente, o implementada por elementos discretos (microprocesadores, memorias, etc.).
Haciendo referencia a la figura 3, el dispositivo (10) comprende un conversor analógico/digital (31) que convierte la tensión de red medida (13) analógica en la magnitud a monitorizar o valor de tensión de red (Vred) (16), por ejemplo, el valor eficaz de la tensión de red (11). A continuación, el dispositivo (10) comprende un comparador de tensión mínima (32), por ejemplo, en la forma de un comparador de nivel con histéresis, que detecta que el valor de tensión de red (Vred) (16) es menor que un cierto umbral ajustable o valor umbral de tensión mínima (Vmin), activando su salida en tal caso. Por otra parte, el dispositivo (10) comprende un comparador de tensión máxima (33), por ejemplo, en la forma de un comparador de nivel con histéresis, que detecta que e l valor de tensión de red (Vred) (16) es mayor que un cierto umbral ajustable o valor umbral de tensión máxima (Vmax), activando su salida en tal caso. Ambos comparadores de nivel (32, 33) pueden tener un parámetro ajustable de histéresis (h) para evitar cambios espurios en su salida ante pequeños cambios en el valor de tensión de red (Vred) (16).
El dispositivo (10) comprende adicionalmente un temporizador de tiempo de protección (36) que, tras un tiempo fijo ajustable, activa su salida, conectada a un temporizador de tipo pulso (37), que activa la orden de apertura (14) haciendo que el elemento de corte (20) interrumpa la alimentación (12) de las cargas eléctricas (1). Por otra parte, un temporizador de tiempo de restablecimiento (34) que tras un tiempo de restablecimiento (tr) aleatorio obtenido del generador de números aleatorios (35), activa su salida conectada a un temporizador de tipo pulso (38), que activa la orden de cierre (15) haciendo que el elemento de corte (20) establezca la alimentación (12) de las cargas eléctricas (1). Ambos temporizadores de tipo pulso (37) y (38) pueden tener un parámetro de tiempo de pulso (T) ajustable, que representa la duración que tendrán las órdenes de apertura (14) y cierre (15) sobre el elemento de corte (20).
La lógica de control (30) comprende un comparador de tensión mínima (32) - Vred<Vmin - y un comparador de tensión máxima (33) - Vred>Vmax - realizados, respectivamente, como comparadores de nivel con histéresis. El comparador de tensión mínima (32) monitoriza el valor de la tensión de red (Vred) (16) y activa su salida cuando ésta es menor que el valor umbral de tensión mínima (Vmin), y desactiva su salida cuando ésta es mayor que el valor umbral de tensión mínima (Vmin). Asimismo, el comparador de tensión máxima (33) monitoriza valor de la tensión de red (Vred) (16) y activa su salida cuando ésta es mayor que el valor umbral de tensión máxima (Vmax), y desactiva su salida cuando ésta es menor que el valor umbral de tensión máxima (Vmax). Dichos valores umbrales de tensión mínima (Vmin) y de tensión máxima (Vmax), así como la histéresis (h) de los respectivos comparadores (32) y (33) son ajustables por el usuario.
En la realización mostrada, el temporizador de tiempo de protección (36) activa su salida tras un tiempo (tp) ajustable, después de haberse activado su entrada durante todo el tiempo de la cuenta, tal que, si la entrada del temporizador se desactiva durante la cuenta, ésta se inicia de nuevo. Asimismo, la realización incluye un temporizador de tiempo de restablecimiento (34) que activa su salida tras un tiempo ( tr) después de haberse activado su entrada durante todo el tiempo de la cuenta, tal que, si la entrada del temporizador se desactiva durante la cuenta, ésta se inicia de nuevo.
El generador de números aleatorios (35) genera un número aleatorio (entre ciertos límites) que será el parámetro de entrada al temporizador de tiempo aleatorio. Adicionalmente, los temporizadores de tiempo de pulso (37) y (38) establecen la duración de las órdenes de apertura (14) y de cierre (15) sobre el elemento de corte (20).
De este modo, el dispositivo (10) o procedimiento de acuerdo con la invención permite detectar la ausencia de tensión de red (11), lo que significa la apertura del interruptor de la línea de la subestación de distribución, y transcurrido un tiempo de protección (tp) o de forma inmediata envía un comando de apertura (14) al elemento de corte (20).
El dispositivo (10) puede disponer de una fuente alternativa de energía, tal como una batería o condensador, que suministra la alimentación necesaria para la ejecución del programa y el comando del elemento de corte (20).
Una vez se ha solucionado el problema que causó la desconexión de la línea y una vez se ha cerrado el interruptor de cabecera de la subestación de distribución de forma estable, el dispositivo (10) monitoriza el valor de tensión de red (Vred). Cuando el valor de tensión de red (Vred) supera el valor umbral de tensión máxima (Vmax) el dispositivo envía una orden de cierre (15) al elemento de corte (20) tras un tiempo de restablecimiento (tr) aleatorio y ajustable entre ciertos límites (tmin, tmax). Este tiempo de restablecimiento (tr) aleatorio se obtiene de una función generadora de números aleatorios (o pseudoaleatorios), por ejemplo, mediante un generador de números aleatorios (35) o mediante cualquier otro sistema, tal como un fichero de configuración individualizado para cada consumidor.
El generador de números aleatorios (35) permite proporcionar una salida con el tiempo de restablecimiento (tr) aleatorio comprendido en un rango entre un tiempo mínimo (tmin) y un tiempo máximo (tmax) ajustables por el usuario. El generador de números aleatorios (35) es una función típica standard de lenguajes de programación, tales como C (C++, Java, etc.).
Ventajosamente, los diferentes elementos instalados cierran con tiempos de restablecimiento (tr) diferentes (aleatorios) y, por tanto, la corriente de arranque demandada por las cargas se distribuye en el tiempo, siendo menor que si se reconectaran todas al mismo tiempo. De este modo se difiere la conexión de las cargas existentes en un mismo circuito de distribución al objeto de disminuir la corriente de arranque de la carga fría.
Para que la disminución de la corriente de arranque de la carga fría sea efectiva, el dispositivo (10) o procedimiento de acuerdo con la invención puede instalarse en un número significativo de cargas, o en algunas cargas específicas que por su tamaño así lo aconsejen.
Por ejemplo, en el supuesto de 60 viviendas típicas conectadas al mismo circuito de alimentación puede ajustarse el retardo aleatorio en el intervalo (tmin, tmax) de, por ejemplo, [0-60] segundos. De este modo, puede establecerse de forma aleatoria el momento de conexión (cierre del elemento de corte) para cada vivienda dentro del intervalo de [0-60] segundos tras la recuperación de la tensión de red (11), de tal manera que pueda conectarse una vivienda cada segundo aproximadamente.
Los valores de tensión, tales como el valor de tensión de red (Vred), umbral de tensión mínima (Vmin), umbral de tensión máxima (Vmax) y la histéresis (h) pueden estar dados, por ejemplo, en voltios o en porcentaje sobre una tensión nominal. Los valores de tiempo, tales como el tiempo de protección (tp), el tiempo de restablecimiento (tr), el tiempo de pulso (T), el tiempo mínimo (tmin) y el tiempo máximo (tmax) pueden estar dados, por ejemplo, en milisegundos o en segundos.
En definitiva, la presente invención proporciona las siguientes ventajas. Permite una protección ante el arranque de carga fría de forma automática, no requiriendo la intervención del usuario o del gestor de la red de distribución. Además, la protección puede realizarse de forma local, actuando sobre cada uno de los consumidores individualmente. La protección también puede realizarse de forma independiente del tipo de carga (capacitiva, inductiva, etc.). Adicionalmente, permite una protección de forma uniforme, en el sentido de que permite distribuir el momento de conexión de las cargas a lo largo de un tiempo aleatorio, es decir, cuando existan varios consumidores puede establecerse para cada uno de los consumidores el momento de conexión, atendiendo a un retardo aleatorio (dentro de ciertos límites), reduciéndose por tanto la probabilidad de que varios consumidores se conecten al mismo tiempo (dependiendo del número de consumidores y del retardo aleatorio programado). Adicionalmente, el dispositivo es progresivo, ya que al conectar los consumidores o cargas eléctricas de forma uniformemente distribuidas en el tiempo evita la corriente inicial de pico que puede ser interpretada por las protecciones de la subestación como una nueva falta. Adicionalmente, la invención permite su aplicación de forma inmediata ya que puede ser integrado como parte de la funcionalidad existente convencionalmente en los contadores inteligentes. En este sentido, los contadores inteligentes pueden ser reprogramados incluso remotamente desde un centro de control del operador de la red de distribución, proporcionando versatilidad a la invención.
Esta aplicación industrial es inmediata si se tiene en cuenta que todos los contadores inteligentes (3) desplegados pueden ser reprogramados remotamente (desde el centro de gestión de la red de distribución) para incluir esta funcionalidad. Por otra parte, en caso de no disponerse de un despliegue de contadores inteligentes (3) también se pueden instalar como elementos discretos, situados en la misma caja general de protección (2) que se encuentra en la entrada de todas las viviendas.
Asimismo, la invención es de especial aplicación a cualquier sistema que tras una caída de tensión por debajo de cierto límite requiera de un arranque automático, por ejemplo, debido a que tras la caída de tensión el sistema entre en un estado de bloqueo que requiera de dicho arranque. En este sentido la realización de la invención puede ser de utilidad para sistemas de rearme de cargadores de baterías, por ejemplo, para vehículos eléctricos.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Procedimiento de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica (50) con una pluralidad de consumidores (41, 42, 43) a una tensión de alimentación (12), que comprende las etapas de desconectar la tensión de alimentación (12) de una tensi ón de red (11), si un valor de tensión de red (Vred) de la tensión de red (11) es inferior a un v alor umbral de tensión mínima (Vmin), y conectar la tensión de alimentación (12) a la tensión de red (11), si el valor de tensión de red (Vred) es superior a un valor umbral de tensión máxi ma (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr).
    2 - Procedimiento de protección ante arranque de carga fría según la reivindicación 1, caracterizado por que la conexión de la tensión de alimentación (12) a la tensión de red (11) se efectúa en distintos tiempos de restablecimiento (tr) para, respectivamente, distintos consumidores (41, 42, 43).
    3. - Procedimiento de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el tiempo de restablecimiento (tr) se determina aleatoriamente para cada consumidor (41, 42, 43).
    4. -Procedimiento de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el tiempo de restablecimiento (tr) se selecciona de un rango comprendido entre un tiempo mínimo (tmin) y un tiempo máximo (tmax).
    5. - Procedimiento de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la desconexión de la tensión de alimentación (12) de la tensión de red (11) se efectúa sólo tras un tiempo de protección (tp) en el que el valor de la tensión de red (Vred) es inferior al valor umbral de tensión mínima (Vmin).
    6.- Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría de una red de distribución eléctrica (50) con una pluralidad de consumidores (41, 42, 43) a una tensión de alimentación (12), configurado para realizar un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende
    un elemento de corte (20), para conectar y desconectar la tensión de alimentación (12) de/a una tensión de red (11), y
    medios de control (30) del elemento de corte (20), para accionar el elemento de corte (20) en función de la tensión de red (11), cortando o desconectando la tensión de alimentación (12) de/a la tensión de red (11),
    los medios de control (30) estando configurados de manera que, si un valor de tensión de red (Vred) de la tensión de red (11) es inferior a un valor umbral de tensión mínima (Vmin), accionan el elemento de corte (20) desconectando la tensión de alimentación (12) de la tensión de red (11) y, si el valor de la tensión de red (Vred) es superior a un valor umbral de tensión máxima (Vmax) y/o transcurre un tiempo de restablecimiento (tr), accionan el elemento de corte (20) conectando la tensión de alimentación (12) a la tensión de red (11).
    7 - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según la reivindicación 6, caracterizado por que los medios de control (30) están configurados de manera que la conexión de la tensión de alimentación (12) a la tensión de red (11) se efectúa en distintos tiempos de restablecimiento (tr) para, respectivamente, distintos consumidores (41, 42, 43).
    8. - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado por que los medios de control (30) están configurados para determinar el tiempo de restablecimiento (tr) aleatoriamente para cada consumidor (41, 42, 43).
    9. - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que el tiempo de restablecimiento (tr) se selecciona de un rango comprendido entre un tiempo mínimo (tmin) y un tiempo máximo (tmax).
    10. - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que los medios de control (30) están configurados de manera que la desconexión de la tensión de alimentación (12) de la tensión de red (11) se efectúa sólo tras un tiempo de protección (tp) durante el que el valor de tensión de red (Vred) es inferior al valor umbral de tensión mínima (Vmin).
    11 - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que los medios de control (30) comprenden un microprocesador para procesar el accionamiento del elemento de corte (20).
    12. - Dispositivo (10) de protección ante arranque de carga fría según una de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado por que está configurado para ser instalado en una caja general de protección (2) de cada consumidor (41, 42, 43), en particular, siendo fijable a la caja general de protección por medio de un carril DIN.
    13. - Producto de programa de ordenador de protección ante arranque de carga fría en forma de un soporte de datos legible por un ordenador que almacena un programa de ordenador, caracterizado por que el programa de ordenador está configurado para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5 cuando el programa de ordenador es ejecutado por el ordenador.
    14. - Contador inteligente (3) de protección ante arranque de carga fría, caracterizado por que el contador inteligente (3) está programado para realizar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5 y/o comprende un producto de programa de ordenador según la reivindicación 13.
    15. - Contador inteligente (3) de protección ante arranque de carga fría según la reivindicación 14, caracterizado por que el contador inteligente (3) comprende el producto de programa de ordenador integrado en el contador inteligente (3) como soporte lógico inalterable.
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