ES2890233T3

ES2890233T3 - Disyuntor trifásico con conmutación específica de fase

Info

Publication number: ES2890233T3
Application number: ES18701192T
Authority: ES
Inventors: Elisabeth Lindell; Lars Liljestrand; Stefan Halen
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2038-01-29
Also published as: EP3358588A1; CN110291603B; WO2018141684A1; EP3577670B1; CN110291603A; US20190371542A1; US10622170B2; EP3577670A1

Abstract

Método para controlar un disyuntor, estando el disyuntor conectado en un sistema trifásico que tiene una carga inductiva, comprendiendo el método: medir (S100) la corriente en la primera fase (L1) o estimar la corriente en la primera fase (L1) midiendo un voltaje de fase; abrir (S110) una primera fase (L1) del sistema trifásico antes de un cruce por cero de una corriente en la primera fase (L1); abrir (S120) las fases (L2 y L3) segunda y tercera del sistema trifásico un cuarto de período después de abrir la primera fase (L1); medir (S130) un voltaje fase a fase (L1-L2) entre el voltaje de la primera fase (L1) y el voltaje de la segunda fase (L2); cerrar (S140) las fases (L1 y L2) primera y segunda a un voltaje de pico del voltaje fase a fase (L1-L2); y cerrar (S150) la tercera fase (L3) un cuarto de período después de cerrar las fases (L1 y L2) primera y segunda, en el que la primera fase (L1) se abre antes de un cruce por cero hacia una corriente positiva en la primera fase (L1), y en el que las fases (L1 y L2) primera y segunda se cierran a un voltaje de pico negativo del voltaje fase a fase (L1-L2) sin carga, o en el que la primera fase (L1) se abre antes de un cruce por cero hacia una corriente negativa en la primera fase (L1), y en el que las fases (L1 y L2) primera y segunda se cierran a un voltaje de pico positivo del voltaje fase a fase (L1-L2) sin carga.

Description

DESCRIPCIÓN

Disyuntor trifásico con conmutación específica de fase

Campo técnico

La invención se refiere a un método para controlar un disyuntor y a un controlador de disyuntor.

Antecedentes

El control de los disyuntores se ha utilizado durante mucho tiempo de diferentes formas. Se han presentado diversas soluciones sobre cómo realizar este control para alcanzar diferentes beneficios, por ejemplo, cómo abrir un disyuntor de una manera óptima o cómo cerrar un disyuntor de una manera óptima, cómo minimizar la erosión de los contactos del disyuntor y cómo minimizar la corriente de irrupción. Esto se usa principalmente a niveles de alto voltaje y superiores. El documento US 6.493.203 describe un aparato conmutador de control de fase que incorpora un controlador de apertura/cierre basado en fase para proteger una carga reactiva, tal como un transformador.

El documento EP 3125264 describe un equipo de conmutación para distribución de energía eléctrica para interrumpir de manera sincronizada una corriente, tal como se define en las etapas S100 a S120 en la reivindicación 1.

El documento GP 2090702 describe el cierre de una tercera fase 80 grados después del cierre de las otras dos fases en un contactor híbrido.

Sumario

Durante una desconexión de cargas inductivas, pueden producirse graves sobretensiones transitorias. Este es un fenómeno sobre el que se está centrando cada vez más atención, a medida que surgen aplicaciones en las que las conmutaciones se realizan mucho más frecuentemente que anteriormente. Se ha observado también que, en particular, los transformadores de tipo seco deberían ser sensibles a las sobretensiones debidas a la conmutación.

Un objeto de la presente invención es permitir un control mejorado de un disyuntor para sistemas trifásicos.

Según un primer aspecto, en la reivindicación 1 adjunta se presenta un método para controlar un disyuntor.

La primera fase puede abrirse un cuarto de período antes del cruce por cero de la corriente en la primera fase.

Según un segundo aspecto, en la reivindicación 3 adjunta se presenta un controlador de disyuntor para un sistema trifásico que tiene una carga inductiva.

El controlador de disyuntor puede estar configurado para abrir la primera fase un cuarto de período antes del cruce por cero de la corriente en la primera fase.

En general, todos los términos usados en las reivindicaciones deben interpretarse según su significado ordinario en el campo técnico, a menos que se defina explícitamente lo contrario en el presente documento. Todas las referencias a "un/una/el elemento, aparato, componente, medio, etapa, etc." deben interpretarse abiertamente como que se refieren al menos a una instancia del elemento, aparato, componente, medio, etapa, etc., a menos que se indique explícitamente lo contrario. Las etapas de cualquier método divulgado en el presente documento no tienen que realizarse en el orden exacto divulgado, a menos que se indique explícitamente.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe a continuación, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 ilustra esquemáticamente una secuencia de fases en un sistema trifásico;

La Fig. 2 ilustra esquemáticamente un tiempo de formación de arco largo en un disyuntor;

La Fig. 3 ilustra esquemáticamente un tiempo de formación de arco corto en un disyuntor;

La Fig. 4 ilustra esquemáticamente posibles ejemplos de apertura en una fase;

La Fig. 5 ilustra esquemáticamente posibles ejemplos de cierre;

La Fig. 6 es una tabla de cierre de fases sin carga, después de una apertura sin carga;

La Fig. 7 es una tabla de cierre de fases sin carga, después de una apertura con carga;

La Fig. 8 es un diagrama de flujo que ilustra un método para controlar un disyuntor en un sistema trifásico; y

La Fig, 9 ilustra esquemáticamente un sistema trifásico con disyuntores según una realización.

Descripción detallada

La invención se describirá más completamente a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran ciertas realizaciones de la invención, Sin embargo, la presente invención puede materializarse de muchas formas distintas y no debería ser interpretada como limitada a las realizaciones expuestas en el presente documento; por el contrario, estas realizaciones se proporcionan a modo de ejemplo, de manera que la presente divulgación sea exhaustiva y completa, y consiga transmitir por completo el alcance de la invención a las personas con conocimientos en la materia, Los números similares hacen referencia a elementos similares a lo largo de la descripción,

La presente invención incluye que la desconexión de una carga inductiva, con un factor de potencia de 0 < p < 1, con el fin de prevenir sobretensiones transitorias severas, a combinarse con una energización subsiguiente de una manera óptima, con el fin de minimizar también la corriente de irrupción, Al conocer el historial desde el evento de desconexión anterior, la energización puede realizarse de una manera óptima,

La presente invención reduce considerablemente las sobretensiones transitorias en la desconexión de una carga inductiva, tal como un transformador, mediante la apertura de un disyuntor, y energiza de una manera óptima un transformador al cerrar el disyuntor, Esto limita el estrés sobre los equipos conectados al sistema (tales como transformadores) y minimiza la corriente de irrupción, lo que conduce también a una reducción del estrés y hace que el sistema alcance más rápidamente el estado estacionario, Un objetivo es mantener la corriente de irrupción a una corriente de carga nominal o más baja,

La presente invención se usa en un sistema trifásico, En la Fig, 1 se ilustra una secuencia de fases de un sistema trifásico, Una primera fase se define como L¹, que tiene un voltaje U1(t) = Usen(wt), una segunda fase se define como L², que tiene un voltaje U2(t) = Usen(wt-2n/3), y una tercera fase se define como L³, que tiene un voltaje U3(t) = Usen(wt-4n/3), La apertura de un disyuntor proporcionará inicialmente una separación de los contactos, lo que generará un arco si la corriente está por encima de un nivel de interrupción de corriente, Si la corriente está por debajo del nivel de interrupción de corriente, la corriente se interrumpirá inmediatamente, Un arco generado se interrumpirá posteriormente en un cruce por cero de la corriente o, más precisamente, poco antes del cruce por cero de la corriente en el caso en el que se produce una interrupción de corriente, La separación de los contactos y la interrupción de la corriente se ilustra en las Figs, 2 y 3, En la Fig, 2 se ilustra un tiempo de formación de arco largo, que proporcionará una distancia de contacto suficiente en la interrupción de corriente que previene la reignición, En la Fig, 3 se ilustra un tiempo de formación de arco corto, que proporcionará una distancia de contacto demasiado corta en la interrupción de la corriente, lo que tendrá riesgo de reignición, En la presente descripción, la apertura de un disyuntor significa la separación de los contactos,

Una ventaja del método presentado es, por ejemplo, que no se necesita una unidad de detección de flujo residual en conexión con un transformador con un núcleo de hierro,

En una realización, el disyuntor se usa para un disyuntor (CB) de media tensión (MT), es decir, para sistemas trifásicos de 1-71 kV,

La energización de un transformador podría causar corrientes de irrupción dependiendo del ángulo de fase en el cierre de un disyuntor y del flujo remanente en el transformador, Hay al menos cuatro grados de libertad a considerar:

1, seleccionar el orden de apertura de las fases;

2, seleccionar qué cruce por cero de la corriente usar para la apertura;

3, seleccionar qué pico de voltaje usar para el cierre, positivo o negativo; y

4, seleccionar el orden de cierre de las fases,

A diferencia de los disyuntores de MT ordinarios, se usa una apertura sincronizada y siempre interrumpe:

1, en el mismo orden entre las fases; y

2, a signos conocidos (positivos o negativos) de una corriente antes de un cruce por cero de la corriente en el mismo, Un resultado es que se conoce el signo del flujo remanente en una carga inductiva con núcleo de hierro, tal como en cada tramo de un núcleo de transformador,

Las corrientes de irrupción, que se producirán en una carga inductiva durante la energización, pueden minimizarse, por lo tanto:

1, conociendo el signo del flujo remanente en cada tramo del núcleo de carga inductiva; y

2. seleccionando el pico de voltaje para el Instante de cierre del disyuntor. Aunque el texto anterior supone un sistema de CA, en el que se generará un arco durante la apertura, el sistema presentado será útil también en otras aplicaciones, tal como otros tipos de disyuntores y dispositivos de acoplamiento, tales como disyuntores basados en electrónica de potencia.

Se describirá un sistema trifásico de apertura/cierre (sin tierra) con referencia a la Fig. 9. La primera fase que se abre durante la interrupción se denomina Li. La primera fase Li puede ser una fase arbitraria de entre las tres fases del sistema trifásico. Es deseable abrir la fase Li antes de un cruce por cero de la corriente en la fase, para minimizar la sobretensión en el sistema. La apertura de la fase debería iniciarse el tiempo suficiente antes de la interrupción de la corriente, de manera que el disyuntor haya tenido tiempo de conseguir la separación de los contactos antes de la interrupción de la corriente. Preferiblemente, la separación de los contactos se consigue al menos 1 ms antes de la interrupción de la corriente. Los posibles ejemplos de apertura se ilustran en la Fig. 4, y deberían evitarse las ventanas de tiempo desde las marcas "posibles ejemplos de apertura" hasta el próximo cruce por cero de la corriente, y la separación de los contactos debería ocurrir en la ventana de tiempo antes de las marcas "posibles ejemplos de apertura" y el cruce por cero anterior de la corriente. Para garantizar que no se vuelva a generar un arco después del cruce por cero, más preferiblemente, la separación de los contactos se realiza antes del cruce por cero con un margen de seguridad de un cuarto de período, es decir, 5 ms para un sistema de 50 Hz. Al abrir un contacto en la mitad entre dos cruces por cero, se previene la reignición con un margen de seguridad. Sin embargo, se generará un arco en la apertura inicial de los contactos del disyuntor, pero se apagará en el siguiente cruce por cero.

La corriente tiene un semiperíodo (entre dos cruces por cero) de n radianes y, de esta manera, la apertura se realiza preferiblemente en la mitad de ese período en n/2 antes de un cruce por cero deseado. Para un sistema de 50 Hz, esto corresponde a aproximadamente 5 ms.

Una vez abierta la fase Li, las fases L²y L³se abren al mismo tiempo, un cuarto de período más tarde. Una vez interrumpida la corriente en la primera fase, las dos fases restantes terminan teniendo la misma corriente (aunque en dirección opuesta), y la apertura de una sola fase proporcionará el mismo resultado. De esta manera, no tiene importancia que las dos fases restantes se abran exactamente simultáneamente.

La apertura o interrupción de un sistema trifásico, que tiene una carga inductiva, tal como se presenta en este documento, se basa en aperturas activadas manualmente, lo que permite un retraso de la apertura hasta un tiempo óptimo. Durante un cortocircuito, la apertura controlada se puentea y esta situación no es relevante para la solución presentada.

Para determinar el punto de tiempo de apertura óptimo, se mide la corriente de la fase Li. Se detecta un siguiente cruce por cero de la corriente de la fase Li, y se añade un desplazamiento de tiempo suficiente, de manera que el tiempo de desplazamiento y el tiempo que necesita el interruptor automático para conseguir la separación de los contactos, juntos, proporcionen la separación de los contactos en el instante de tiempo óptimo. A continuación, se realiza la apertura de las fases L²y L³.

Cuando el sistema debe iniciarse de nuevo, los contactos del disyuntor deben cerrarse de una manera predeterminada, para minimizar las corrientes de irrupción. En este caso, se mide un voltaje sobre Li y L²para encontrar el punto de tiempo de cierre óptimo, el cual depende de la apertura anterior de los contactos del disyuntor. Es deseable cerrar las fases Li y L²en un pico de voltaje, para minimizar las corrientes de irrupción en el sistema. Los posibles ejemplos de cierre se ilustran en la Fig. 5. El cierre de solo una fase no creará un circuito cerrado, y el sistema se cierra parcialmente de nuevo solo después del cierre de dos fases. El punto de tiempo de cierre óptimo es en el pico negativo del voltaje en las fases Li y L², cuando la apertura se ha realizado en un semiperíodo negativo de la corriente a través de Li. Pueden realizarse mediciones para determinar este punto de tiempo.

Para minimizar las corrientes de irrupción, después de iniciar la apertura a través de la fase Li, las fases Li y L²se cierran haciendo los correspondientes polos de los disyuntores. La última fase L³se cierra un cuarto de periodo más tarde.

La apertura del disyuntor puede ocurrir, por ejemplo, para un transformador con carga o para un transformador inactivo, pero el cierre debería realizarse para un transformador en modo inactivo.

Se han realizado ensayos para la corriente de irrupción de pico, que se ilustran en las Figs. 6 y 7. Los ensayos mostrados en la Fig. 6 se realizaron para cerrar sin carga, después de abrir sin carga. Tal como puede verse, la corriente de irrupción de pico es claramente la más baja para L³, siendo la fase retardada después del cierre de las fases Li y L²en un pico negativo del voltaje fase a fase Li-L², siempre y cuando las fases se abrieran en el orden descrito anteriormente (es decir, primero se abrió la fase Li seguida de la apertura de las fases L²y L³). El orden de cierre de las fases depende del orden de apertura de las fases, es decir, el retraso del cierre de L³cuando Li se ha abierto primero minimiza la corriente de irrupción. Los ensayos mostrados en la Fig. 7 se realizaron para el cierre sin carga, después de una apertura con carga. También para este caso, al retrasar el cierre de L³después del cierre de Li y L²en un pico negativo del voltaje fase a fase Li-L², el pico de corriente de irrupción es uno de los más bajos. Retrasando L²después del cierre de Li y L³en un pico positivo del voltaje fase a fase L3-Li es igualmente bajo. El orden de cierre de las fases depende del orden de apertura de las fases, es decir, el retraso del cierre de L³o L²cuando Li se ha abierto primero minimiza la corriente de irrupción. Al seleccionar retrasar L³durante el cierre durante el cierre de Li y L²en un pico negativo del voltaje fase a fase Li-L², no es necesario considerar si el sistema tiene carga o no durante la apertura. Sin embargo, el cierre debería realizarse para un sistema sin carga inductiva adicional, por ejemplo, un transformador descargado.

Se presenta un método para controlar un disyuntor con referencia a la Fig, 8. El disyuntor está conectado en un sistema trifásico que tiene una carga inductiva y comprende la apertura S110 de una primera fase Li del sistema trifásico antes de un cruce por cero de una corriente en la primera fase L¹, la apertura S120 de las fases L²y L³segunda y tercera del sistema trifásico un cuarto de período después de abrir la primera fase L¹, el cierre S140 de las fases L¹y L²primera y segunda en un voltaje de pico de un voltaje entre las fases L¹y L²primera y segunda, y el cierre S150 de la tercera fase L³un cuarto de período después del cierre de las fases L¹y L²primera y segunda. Es decir, el orden de cierre de las fases L¹-L³depende del orden de apertura de las fases L¹-L³.

El cuarto de período en la etapa S120 de apertura y la etapa S150 de cierre es el período óptimo teórico, pero en soluciones prácticas puede variar hasta cierto punto.

El método puede comprender medir S100 la corriente en la primera fase L¹, y medir S130 el voltaje L¹- L²entre la primera fase L¹y la segunda fase L². Medir una corriente en la primera fase L¹significa que la corriente se mide directa o indirectamente. Es decir, la corriente puede medirse directamente en la primera fase L¹, o se mide la corriente de otra fase y se ajusta para la diferencia de fase entre las mismas.

El método puede comprender estimar la corriente en la primera fase L¹midiendo un voltaje de fase y midiendo S130 el voltaje entre la primera fase L¹y la segunda fase L².

La primera fase L¹puede abrirse un cuarto de período antes del cruce por cero de la corriente en la primera fase L¹.

La primera fase L¹puede abrirse antes de un cruce por cero hacia una corriente positiva en la primera fase L¹, y en el que la primera fase L¹y la segunda fase L²se cierran a un voltaje de pico negativo del voltaje fase a fase L¹-L². De manera alternativa, la primera fase L¹puede abrirse antes de un cruce por cero hacia una corriente negativa en la primera fase L¹, y en el que las fases L¹y L²primera y segunda se cierran a un voltaje de pico positivo del voltaje fase a fase L¹-L². Se presenta un controlador de disyuntor para un sistema trifásico. El sistema trifásico tiene una carga inductiva y el controlador de disyuntor comprende un controlador de disyuntor configurado para medir una corriente de la primera fase L¹en el sistema trifásico, abrir la primera fase L¹del sistema trifásico, abrir una segunda y tercera fase L²y L³del sistema trifásico después de abrir la primera fase L¹, medir un voltaje fase a fase entre la primera fase L¹y la segunda fase L², cerrar las fases L¹y L²primera y segunda, y cerrar la tercera fase L³después de cerrar las fases L¹y L²primera y segunda. Es decir, el orden de cierre de las fases L¹-L³depende del orden de apertura de las fases L¹-L³.

El controlador de disyuntor puede estar configurado para abrir la primera fase L¹un cuarto de período antes de un cruce por cero de la corriente en la primera fase L¹.

Las fases L²y L³segunda y tercera pueden abrirse un cuarto de período después de la apertura de la primera fase L¹, y en el que la tercera fase L³puede cerrarse un cuarto de período después del cierre de la primera fase L¹y la segunda L².

El controlador de disyuntor puede comprender un procesador, que usa cualquier combinación de una o más de entre una unidad central de procesamiento adecuada, una CPU, un multiprocesador, un microcontrolador, un procesador de señal digital, DSP, un circuito integrado específico de la aplicación, etc., capaz de ejecutar instrucciones de software. de un programa de ordenador almacenado en una memoria. De esta manera, puede considerarse que la memoria es o forma parte de un producto de programa de ordenador. El procesador puede estar configurado para ejecutar un programa de ordenador almacenado en el mismo para causar que el controlador de disyuntor realice las etapas deseadas.

La invención se ha descrito anteriormente principalmente con referencia a unas pocas realizaciones. Sin embargo, tal como apreciará fácilmente una persona con conocimientos en la técnica, son igualmente posibles otras realizaciones distintas a las divulgadas anteriormente dentro del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones de patente adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para controlar un disyuntor, estando el disyuntor conectado en un sistema trifásico que tiene una carga inductiva, comprendiendo el método:

medir (S100) la corriente en la primera fase (Li ) o estimar la corriente en la primera fase (Li ) midiendo un voltaje de fase;

abrir (S110) una primera fase (L¹) del sistema trifásico antes de un cruce por cero de una corriente en la primera fase (L¹);

abrir (S120) las fases (L²y L³) segunda y tercera del sistema trifásico un cuarto de período después de abrir la primera fase (L¹);

medir (S130) un voltaje fase a fase (L¹-L²) entre el voltaje de la primera fase (L¹) y el voltaje de la segunda fase (L²); cerrar (S140) las fases (L¹y L²) primera y segunda a un voltaje de pico del voltaje fase a fase (L¹-L²); y

cerrar (S150) la tercera fase (L³) un cuarto de período después de cerrar las fases (L¹y L²) primera y segunda, en el que la primera fase (L¹) se abre antes de un cruce por cero hacia una corriente positiva en la primera fase (L¹), y en el que las fases (L¹y L²) primera y segunda se cierran a un voltaje de pico negativo del voltaje fase a fase (L¹-L²) sin carga, o

en el que la primera fase (L¹) se abre antes de un cruce por cero hacia una corriente negativa en la primera fase (L¹), y en el que las fases (L¹y L²) primera y segunda se cierran a un voltaje de pico positivo del voltaje fase a fase (L¹-L²) sin carga.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la primera fase (L¹) se abre un cuarto de período antes del cruce por cero de la corriente en la primera fase (L¹).

3. Controlador de disyuntor para un sistema trifásico que tiene una carga inductiva, comprendiendo el controlador de disyuntor:

un controlador de disyuntor configurado para medir la corriente de una primera fase (L¹) en el sistema trifásico o para estimar la corriente en la primera fase midiendo un voltaje de fase, abrir la primera fase (L¹) del sistema trifásico, abrir una segunda y tercera fase (L²y L³) del sistema trifásico un cuarto de período después de abrir la primera fase (L¹); medir un voltaje fase a fase (L¹-L²) entre la primera fase (L¹) y la segunda fase (L²), cerrar las fases (L¹y L²) primera y segunda a un voltaje de pico del voltaje fase a fase (L¹-L²) y cerrar la tercera fase (L³) un cuarto de período después de cerrar las fases (L¹y L²) primera y segunda,

en el que la primera fase (L¹) se abre antes de un cruce por cero hacia una corriente positiva en la primera fase (L¹), y en el que las fases (L¹y L²) primera y segunda se cierran a un voltaje de pico negativo del voltaje fase a fase (L¹-L²) sin carga, o

4. Controlador de disyuntor según la reivindicación 3, en el que la primera fase (L¹) se abre un cuarto de período antes de un cruce por cero de la corriente en la primera fase (L¹).