ES2926134T3 - Sistemas y métodos para la actuación de un sistema de bloqueo del neutro de un transformador - Google Patents

Abstract

Se divulga un dispositivo de control para un circuito de protección eléctrica para uso en un sistema de corriente alterna que incluye un transformador. Un sistema de ejemplo incluye una primera sonda de medición, una segunda sonda de medición configurada para medir una propiedad eléctrica dentro del circuito de protección eléctrica y un módulo de control, que incluye un dispositivo de procesamiento. El módulo de control está configurado para monitorear una medición de la primera sonda de medición y transmitir una señal de control de activación de protección al conjunto del interruptor en base a la medición de la primera sonda de medición que excede un primer umbral predeterminado. El módulo de control también está configurado para monitorear una medición de la segunda sonda de medición y transmitir una señal de control de desactivación de protección al conjunto del interruptor en base a la medición de la segunda sonda de medición que satisface un segundo umbral predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y métodos para la actuación de un sistema de bloqueo del neutro de un transformador

Referencia cruzada con solicitudes relacionadas

La presente solicitud se presentó el 6 de enero de 2016 como una solicitud de patente internacional y reivindica la prioridad de EE.UU Número de Serie 62/100,395, titulada: "SYSTEMS AND METHODS FOR ACTUATING A TRANS-FORMER NEUTRAL BLOCKING CIRCUIT" (Sistemas y métodos para la actuación de un circuito de bloqueo neutro de un transformador), presentada el 6 de junio de 2015.

Campo técnico

La presente solicitud se refiere en general a sistemas y métodos para accionar un circuito de bloqueo del neutro de un transformador.

Antecedentes

Los equipos eléctricos, y en particular los equipos eléctricos que funcionan con corriente alterna, están sometidos a condiciones y señales de entrada variables. En disposiciones típicas, los dispositivos de corriente alterna en los Estados Unidos se supone que reciben una fuente de línea de alimentación de 60 Hz (o 50 Hz en Europa) con una magnitud predeterminada (por ejemplo, 120 voltios). Aunque estas fuentes de alimentación pueden variar algo, los dispositivos fabricados para ser utilizados con una corriente en particular generalmente pueden manejar una ligera variación en la señal de alimentación recibida.

En algunos casos, una señal de alimentación puede variar mucho debido a armónicos u otras condiciones externas. Los armónicos y las corrientes cuasi-CC pueden ser el resultado, por ejemplo, de tormentas geomagnéticas (solares) o de otros equipos eléctricos, tales como fuentes de alimentación conmutadas, equipos de arco, equipos de soldadura, etc., que están en la misma red eléctrica o circuito de alimentación local. Los armónicos y las corrientes cuasi-CC pueden hacer que el voltaje y la corriente de entrada (y la potencia resultante) de una señal de alimentación varíen drásticamente, lo que puede provocar daños en los equipos eléctricos conectados a esa fuente de alimentación.

Por ejemplo, se reconoce ampliamente que las perturbaciones geomagnéticas (GMD), tales como las tormentas geomagnéticas o el pulso E3 asociado con un pulso electromagnético de gran altitud (HEMP-E3), pueden inducir corrientes de CC o cuasi-CC llamadas corrientes inducidas geomagnéticas (GIC) o corrientes inducidas por pulso electromagnético E3 de elevada altitud (HEMP-E3) en componentes de sistemas de generación, transmisión y distribución de energía de alto voltaje (por ejemplo, líneas de transmisión de energía, transformadores de potencia, etc.). Estas corrientes de CC pueden provocar la saturación de medio ciclo en los núcleos de los transformadores de potencia, lo que a su vez puede provocar pérdidas excesivas de potencia reactiva, calentamiento, daños y/o fallos en dichos transformadores. Además la saturación de medio ciclo puede producir la generación de armónicos de la frecuencia primaria (50 o 60 Hz). Este contenido armónico, a su vez, puede hacer que se disparen los relés del sistema de potencia, lo que puede desconectar los componentes de potencia requeridos. Esto, a su vez, puede dar como resultado el colapso de partes locales o de área amplia de una red eléctrica.

Durante aproximadamente las últimas dos décadas, se han propuesto diversas soluciones sugeridas para reducir las corrientes inducidas por GIC o HEMP-E3 en los sistemas de energía. Estas soluciones generalmente adoptan una de varias formas. Una primera clase de soluciones utiliza un circuito capacitivo para proporcionar simultáneamente la vía de conexión a tierra de corriente alterna (CA) y un bloqueo para las corrientes de CC inducidas. Estas soluciones generalmente incluyen un conjunto de interruptor que permite cambiar entre una conexión normal del transformador puesto a tierra y la puesta a tierra a través del circuito capacitivo. Estas soluciones pueden permitir conexiones a tierra abiertas involuntariamente al neutro del transformador, o requerir componentes electrónicos costosos para gestionar las condiciones de fallo de puesta a tierra. Estas soluciones de circuitos capacitivos pueden requerir un reajuste de la configuración de los relés del sistema de alimentación, con respecto a los parámetros operativos actuales.

Una segunda clase de soluciones generalmente incluye el uso continuo de componentes activos utilizados para reducir eventos de GIC potencialmente dañinos de corrientes de CC o cuasi-CC en la conexión a tierra del neutro del transformador. Estas soluciones normalmente requieren electrónica de potencia costosa y están constantemente activas, por lo que cualquier fallo haría que estos sistemas no fueran fiables.

Una tercera clase de soluciones generalmente utiliza una solución resistiva en la que se utilizan resistencias de valor fijo para reducir continuamente la corriente continua en la conexión de neutro a tierra de un transformador; sin embargo, en estas soluciones, las resistencias generalmente deben tener un valor de resistencia alto y solo reducirían, no eliminarían, la corriente neutra de CC o cuasi-CC. Además, durante la instalación de estas clases de soluciones puede ser necesario un reajuste de la configuración de los relés del sistema de alimentación. Como tal, no existe una solución que proporcione un circuito de protección fiable y de bajo coste, compatible con los sistemas de suministro de energía actuales.

Por estas y otras razones, las mejoras son deseables.

Sumario

De acuerdo con la siguiente invención, las cuestiones anteriores y otras se pueden abordar mediante las reivindicaciones independientes adjuntas.

En un primer aspecto, se expone un dispositivo de control para un circuito de protección eléctrica para utilizar en un sistema de corriente alterna que incluye un transformador. El circuito de protección eléctrica incluye un conjunto de interruptor y está configurado para funcionar en un primer estado y en un segundo estado en función del conjunto de interruptor. El segundo estado proporciona un modo de protección. Un sistema a modo de ejemplo incluye una primera sonda de medición, una segunda sonda de medición configurada para medir una propiedad eléctrica dentro del circuito de protección eléctrica y un módulo de control, que incluye un dispositivo de procesamiento. El módulo de control está configurado para monitorizar una medición de la primera sonda de medición y transmitir una señal de control de activación de protección al conjunto de interruptor en base a la medición de la primera sonda de medición que excede un primer umbral predeterminado. El módulo de control también está configurado para monitorizar una medición de la segunda sonda de medición y transmitir una señal de control de desactivación de protección al conjunto de interruptor en base a la medición de la segunda sonda de medición que satisface un segundo umbral predeterminado.

En otro aspecto, se expone un dispositivo de control para un circuito de protección eléctrica para utilizar en un sistema de corriente alterna que incluye un transformador. El dispositivo de control incluye una sonda de corriente configurada para medir una corriente a través de un dispositivo de protección de sobretensiones y un módulo de control, que incluye un dispositivo de procesamiento. El módulo de control está configurado para monitorizar una medición de la sonda de corriente para determinar que el dispositivo de protección de sobretensión se ha activado y, al activarse el dispositivo de protección de sobretensión, aumenta un recuento de activación del dispositivo de protección de sobretensión. El módulo de control está configurado además para generar una alarma cuando el dispositivo de protección de sobretensión activa el recuento que excede un umbral de recuento predeterminado.

En otro aspecto más, se describe un sistema de protección eléctrica para utilizar en un sistema de corriente alterna que incluye un transformador. El sistema incluye un módulo de control, que incluye un dispositivo de procesamiento, configurado para monitorizar una primera medición recibida correspondiente a una primera propiedad eléctrica dentro de un circuito de protección eléctrica y transmitir una señal de control de activación de protección a un conjunto de interruptor del circuito de protección eléctrica en función de la primera medida recibida que satisface un primer umbral predeterminado; y monitorizar una segunda medida recibida correspondiente a una segunda propiedad eléctrica dentro del circuito de protección eléctrica diferente de la primera propiedad eléctrica y transmitir una señal de control de desactivación de protección al conjunto de interruptor basándose en la segunda medida recibida que satisface un segundo umbral predeterminado.

El documento US 2013/308229A1 describe un sistema que incluye un circuito de protección conectado eléctricamente a un neutro de transformador. El sistema también incluye un circuito de control conectado eléctricamente al circuito de protección.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en planta frontal esquemática de un transformador protegido utilizando los métodos y sistemas descritos en este documento;

la Figura 2 ilustra una realización a modo de ejemplo de un sistema de protección eléctrica utilizable dentro de un sistema de puesta a tierra continuo, según una posible realización de la presente invención, instalado en un sitio de generación o distribución de energía;

la Figura 3 ilustra un sistema de puesta a tierra continuo que incluye la realización a modo de ejemplo de un sistema de protección eléctrica de la Figura 2 y un dispositivo de control, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 4 ilustra un proceso a modo de ejemplo para detectar un fallo de puesta a tierra y registrar el evento de fallo de puesta a tierra mientras el sistema de la Figura 3 está funcionando en un modo normal, de acuerdo con una posible realización de la presente invención;

la Figura 5 ilustra un proceso a modo de ejemplo para detectar fallos de puesta a tierra mientras el sistema de la Figura 3 está operando en el modo de protección de GIC, de acuerdo con una posible realización de la presente invención;

la Figura 6 ilustra un ejemplo de proceso para detectar cuándo se activa el dispositivo de protección de sobretensiones de la Figura 2, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 7 ilustra un proceso a modo de ejemplo para detectar una conexión abierta entre el neutro del transformador y tierra, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 8 ilustra un proceso a modo de ejemplo para detectar un evento de GIC y hacer que el sistema de protección eléctrica de la Figura 2 funcione en el modo de protección de GIC, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 9 ilustra un proceso a modo de ejemplo para detectar una corriente alterna (CA) de desequilibrio potencialmente dañina en el neutro del transformador, según una posible realización de la presente invención; la Figura 10 ilustra un proceso a modo de ejemplo para garantizar que la corriente alterna (CA) de desequilibrio en el neutro del transformador esté por debajo de los niveles que podrían dañar el componente de bloqueo de corriente de CC de la Figura 2, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 11 ilustra un proceso a modo de ejemplo para determinar si un evento de GIC ha terminado para que el dispositivo de control de la Figura 3 pueda volver a su funcionamiento normal, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 12 ilustra un proceso a modo de ejemplo para proteger el componente de bloqueo de corriente de CC de la Figura 2 de sobretensiones, según una posible realización de la presente invención;

la Figura 13 ilustra un proceso a modo de ejemplo para determinar si el dispositivo de protección de sobretensiones de la Figura 2 ha excedido un límite predeterminado de eventos de activación, según una posible realización de la presente invención; y

la Figura 14 ilustra un proceso a modo de ejemplo para determinar si el interruptor de desactivación ha sido accionado para permitir o bloquear el dispositivo de control de la Figura 1 para que no entre en el modo de protección de GIC, según una posible realización de la presente invención.

Descripción detallada

En general, la presente invención describe sistemas y métodos para proteger transformadores de servicios públicos de energía y otros equipos eléctricos o electromecánicos contra corrientes cuasi-CC dañinas y, como resultado, contenido armónico en una línea eléctrica. Las corrientes neutras cuasi-CC grandes, así como las corrientes armónicas de la línea eléctrica, son el resultado de perturbaciones geomagnéticas (GMD), tales como tormentas geomagnéticas (solares), pulso electromagnético E3 de gran altitud (HEMP-E3) o de otros equipos eléctricos, tales como fuentes de alimentación conmutadas, equipos de soldadura por arco, equipos de corte por plasma, equipos de mecanizado por descarga eléctrica, lámparas de arco, etc., que estén en la misma red eléctrica o circuito eléctrico local. En general, la presente invención describe métodos y sistemas para detectar el contenido armónico de una fuente de línea de alimentación de 50 Hz o 60 Hz, y/o corrientes neutras cuasi-CC potencialmente dañinas, para permitir que los equipos eléctricos críticos sean conmutados a un modo de operación de protección en caso de que se detecten tales armónicos o corrientes cuasi-CC. Específicamente, la presente invención se refiere a la operación específica de un controlador y a la programación incorporada en el mismo, que interactúa con un sistema de bloqueo del neutro del transformador. En algunas realizaciones, el sistema de bloqueo del neutro del transformador comprende un circuito de bloqueo del neutro del transformador. La programación descrita aquí implementa una serie de pruebas basadas en características observables del sistema de bloqueo del neutro del transformador y del entorno circundante para determinar si se responde y cómo se responde a señales de voltaje y corriente potencialmente dañinas en el transformador, protegiendo así el transformador de eventos dañinos, que pueden requerir sustituciones o reparaciones costosas.

De acuerdo con diversas realizaciones descritas en el presente documento, la protección de los sistemas de energía de alto voltaje de pulsos GMD (por ejemplo, tormentas solares) y HEMP-E3 se consigue utilizando un circuito de conexión a tierra de corriente alterna continua (CA) que utiliza un mecanismo de bloqueo de corriente de CC controlado por interruptor para eliminar las corrientes inducidas por pulsos geomagnéticos y HEMP-E3. Un componente de bloqueo de corriente de CC (que incluye uno o más condensadores, resistencias o combinaciones de los mismos) está cableado en su ubicación para proporcionar una vía de conexión a tierra de corriente alterna (CA) para los sistemas de alimentación de alto voltaje (HV), por ejemplo, al neutro de Transformadores o autotransformadores HV configuración "en estrella". En funcionamiento normal, una segunda vía de conexión a tierra paralela proporciona una vía de conexión a tierra estándar de muy baja impedancia a través de un conjunto de interruptor cerrado. Un dispositivo de protección de sobretensión está conectado en paralelo con el neutro del transformador para proporcionar una vía de conexión a tierra en caso de que se produzca un fallo de puesta a tierra en el sistema de energía mientras el sistema (o circuito) de bloqueo de neutro está en el modo de protección de GIC, como cuando un GMD o HEMP-E3 es detectado. El modo de protección de GIC es un ejemplo de un modo de protección.

Los sistemas de puesta a tierra continuos descritos en este documento proporcionan un esquema de puesta a tierra que es compatible con los esquemas de puesta a tierra de transformadores estándar y, por lo tanto, no requerirán ningún cambio en la configuración de los relés del sistema de alimentación. Cuando se detectan diversas condiciones, se abre o cierra un conjunto de interruptor, alterando así el funcionamiento del circuito. Por ejemplo, en algunas realizaciones, cuando se detecta una corriente de CC alta en la vía de conexión a tierra estándar, el conjunto de interruptor se abre bloqueando o atenuando así la corriente de CC o cuasi CC en el sistema. El bloqueo de las corrientes de CC o cuasi-CC evita la saturación de los transformadores a medio ciclo y, por lo tanto, los protege de pérdidas excesivas de potencia reactiva, de sobrecalentamiento y de daños. Además, el bloqueo de las corrientes de CC o cuasi CC evita la generación de armónicos en transformadores saturados de medio ciclo. Dichos armónicos de potencia pueden potencialmente disparar los relés del sistema de alimentación, lo que a su vez puede producir cortes de energía locales o de área amplia. Además, en ciertas realizaciones descritas en el presente documento, los sistemas de protección eléctrica incluidos en dicho sistema continuo de puesta a tierra están diseñados (configurados) para gestionar fallos de puesta a tierra en el modo de operación normal o de protección.

Los ejemplos de tales circuitos de bloqueo del neutro del transformador, así como el entorno en el que dichos circuitos pueden residir, están descritos y pueden ser implementados dentro de los circuitos de control y dispositivos de control como se expone en la Patente de Estados Unidos N°. 8.537.508, y la Patente de Estados Unidos N°. 8.878.396, cuyas descripciones se incorporan como referencia en su totalidad.

La Figura 1 es una vista frontal esquemática de un equipo eléctrico a modo de ejemplo protegido de acuerdo con las características de la presente invención y una disposición física de ciertos componentes de la presente invención. En la realización mostrada, una pieza de equipo eléctrico, que se muestra como un transformador de alto voltaje 100, está conectado eléctricamente a un sistema de protección eléctrica 102. El sistema de protección eléctrica 102 puede, por ejemplo, incluir al menos una parte de los dispositivos que se describen a continuación, según las realizaciones mostradas en las Figuras 2-3. El transformador de alto voltaje 100 puede estar montado sobre una plataforma de hormigón para lograr estabilidad y aislamiento del terreno. Un sistema de protección eléctrica 102 está conectado eléctricamente al transformador de alto voltaje 100 como se expuso anteriormente y está situado sobre soportes conectados a tierra eléctricamente 103. En algunas realizaciones, además de proteger de eventos de GIC, todos los componentes electrónicos de control (dispositivos semiconductores) están encerrados en una caja apantallada EMP/IEMI y filtrada eléctricamente 104 que está conectada eléctricamente al sistema de protección eléctrica 102 y al transformador 100 de alto voltaje, y al dispositivo 105 de control. Algunas realizaciones no incluyen la caja apantallada EMP/IEMI y eléctricamente filtrada 104. Cabe señalar que en estas realizaciones, el sistema es capaz de proteger los transformadores contra eventos de GIC y EMP E3, pero no contra amenazas de pulso EMP E1.

En ciertas realizaciones, el sistema de protección eléctrica 102 incluye los conjuntos de interruptores y los componentes de bloqueo de corriente de CC que se analizan en las Figuras 2 y 3, mientras que el dispositivo de control 105 contiene un circuito de detección y activación del interruptor que funciona para realizar al menos algunos de los procesos descritos en las Figuras 4-14 del presente documento; sin embargo, se pueden proporcionar otras disposiciones de componentes para un dispositivo de protección eléctrica.

Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se muestra una realización de un circuito de protección eléctrica 200, según la presente invención. El circuito de protección eléctrica 200 generalmente está conectado entre un neutro de transformador 10 de un transformador 12 y una tierra eléctrica 14. El circuito de protección eléctrica 200 incluye un conjunto de interruptor 202 que incluye un interruptor de CC controlado eléctricamente 204 conectado entre el neutro de transformador 10 y la tierra eléctrica 14. Se puede conectar una resistencia de derivación 206 entre el interruptor de CC 204 y la tierra eléctrica 14, que se puede utilizar para detectar la corriente de CC que pasa entre el neutro de transformador 10 y la tierra eléctrica 14. En ciertas realizaciones, la resistencia de derivación 206 tiene una resistencia más baja, del orden de unos pocos miliohmios, para permitir una conexión a tierra de baja impedancia a través de los interruptores. En otra realización, la resistencia de derivación 206 podría ser reemplazada por un sensor de corriente de efecto Hall u otro sensor de corriente sin contacto. Además, se puede conectar un interruptor de corriente alterna (CA) controlado eléctricamente 208 entre el neutro de transformador 10 y el interruptor de CC 204, por ejemplo, para proteger el interruptor de CC 204 de los altos voltajes durante un evento de fallo de puesta a tierra. Como ejemplo, uno o ambos del interruptor 208 de corriente alterna (CA) y del interruptor 204 de CC pueden comprender disyuntores. En algunas realizaciones, la tierra eléctrica 14 puede estar conectada a una malla de tierra de estación, mientras que en otras realizaciones puede estar conectada a la carcasa del transformador que, a su vez, está conectada a tierra.

El interruptor de CC 204 puede ser cualquiera de una variedad de interruptores de acción rápida controlados eléctricamente, tal como un interruptor de circuito de alto voltaje. En la realización mostrada, el interruptor de CC 204 es una conexión normalmente cerrada que se puede abrir rápidamente a través de una entrada de control eléctrico. El circuito de detección y control a modo de ejemplo que se puede conectar a la entrada de control se analiza a continuación, de manera adicional en relación con la Figura 3. En algunas realizaciones, cuando se abre el interruptor de CC 204, una señal procedente del interruptor de CC 204 abre el interruptor de corriente alterna (CA) 208. Poco después, el interruptor de CC 204 se cierra pero el interruptor de corriente alterna (CA) 208 permanece abierto y protege el interruptor de CC de cualquier sobretensión en la conexión del neutro.

Un componente de bloqueo de corriente de CC 210 está conectado en paralelo con el conjunto de interruptor 202 entre el neutro del transformador 10 y la tierra eléctrica 14. Como se explica a continuación con más detalle en los ejemplos, el componente de bloqueo de corriente de CC 210 puede incluir uno o más dispositivos de bloqueo de corriente continua ( por ejemplo,., condensadores o resistencias) capaces de bloquear una vía de corriente entre la tierra eléctrica 14 y el neutro del transformador 10, para evitar dañar las corrientes de tierra de CC o de cuasi CC en el neutro del transformador 10, lo que a su vez podría producir un posible daño al transformador 12 o el colapso de una red de alimentación. En el ejemplo mostrado, el componente de bloqueo de corriente continua 210 incluye la resistencia 212 y los bancos de condensadores 214. Aunque en ciertas realizaciones se utiliza un banco de capacitancia de uno o dos ohmios de impedancia (60 Hz), también se podrían utilizar otros tipos de condensadores. Sin embargo, dependiendo de la aplicación específica, se podría emplear un dispositivo de bloqueo capacitivo o resistivo (o alguna combinación de los mismos) en el circuito de protección eléctrica 200. Además, el componente de bloqueo de corriente de CC 210 está cableado a la tierra eléctrica 14, por lo que proporciona una tierra de corriente alterna (CA) para el transformador (u otro componente de potencia) incluso si el interruptor de CC 204 y el interruptor de corriente alterna (CA) 208 fallan inadvertidamente.

En el funcionamiento normal, el neutro del transformador 10 está conectado a tierra a través del conjunto de interruptor 202. Es decir, el conjunto de interruptor 202, incluidos el interruptor de CC 204 y el interruptor de corriente alterna (CA) 208, normalmente está en una posición cerrada. Esto corresponde a la configuración de puesta a tierra estándar utilizada por las empresas de servicios públicos; en consecuencia, un sistema de conexión a tierra como el que se describe en este documento no requiere reajustes en el equipo eléctrico de servicios públicos al que está conectado antes de su utilización. En este primer modo de funcionamiento (o normal), el componente de bloqueo de corriente de CC 210 no está energizado, porque el conjunto de interruptor crea un cortocircuito a su alrededor. Si se detecta una falla de puesta a tierra mientras se opera en este modo operativo normal (por ejemplo, no se detecta GIC), la puesta a tierra a través del conjunto de interruptor gestionará la corriente de fallo de puesta a tierra hasta que los relés del sistema de energía aíslen el equipo con fallo. Como se describe con mayor detalle con respecto a la Figura 8, cuando se detecta la presencia de diversas condiciones dentro del circuito de protección eléctrica 200, el dispositivo de control 105 abre el conjunto de interruptor. En este segundo modo de funcionamiento (o de protección de GIC), el componente de bloqueo de corriente de CC 210 proporciona la conexión a tierra de corriente alterna (CA) al neutro del transformador. Este modo de operación protege de corrientes de CC o cuasi-CC asociadas con eventos GMD y HEMP-E3. Este modo de protección permanece operativo hasta que el dispositivo de control 105 cierra el conjunto de interruptor 202 como se describe con mayor detalle al menos con respecto a la Figura 11.

En algunas realizaciones, para tener en cuenta el caso extremadamente improbable de que se produzcan simultáneamente un GMD (o HEMP-E3) y un fallo de puesta a tierra, se incluye un dispositivo de protección de sobretensión 216 en paralelo con el conjunto de interruptor 202 y el componente de bloqueo de corriente de CC 210. En algunas realizaciones, el dispositivo de protección de sobretensión 216 está configurado para activarse a un voltaje que está por debajo del nivel de voltaje que dañaría el transformador 100 o el componente de bloqueo de corriente de C^c 210. De esta manera, el dispositivo de protección de sobretensión 216 funciona para proteger el componente de bloqueo de corriente de CC 210 de voltajes potencialmente dañinos cuando el circuito de protección eléctrica 200 está funcionando en el modo de protección de GIC. En algunas realizaciones, el conjunto de interruptor 202 después se vuelve a cerrar mediante una señal del dispositivo de control 105 en función de la detección de una corriente que pasa a través del dispositivo de protección de sobretensión 216. Por lo tanto, el dispositivo de protección de sobretensión 216 proporciona la conexión a tierra inicial dentro de un ciclo del fallo de puesta a tierra y hasta que se pueda volver a cerrar el conjunto de interruptor 202.

En este ejemplo, el dispositivo de protección de sobretensión 216 incluye una brecha de chispa triple 218. Los ejemplos de brechas de chispa triples se describen en el documento de EE.UU. con número de Serie 14/185.458. presentado el 20 de febrero de 2014 y titulado "OVERVOLTAGE PROTECTION FOR POWER SYSTEMS" (Protección contra sobretensión para sistemas de energía), cuya descripción se incorpora aquí en su totalidad como referencia. En otras realizaciones, el dispositivo de protección de sobretensión 216 comprende una única brecha de chispa. Además, en algunas realizaciones, el dispositivo de protección de sobretensiones 216 puede comprender un componente de detención de sobretensiones descrito en documento de EE.UU. con número de Serie 14/185.458, un varistor, etc. En algunas realizaciones, el dispositivo de control 105 cuenta el número de eventos en los que ha operado el dispositivo de protección de sobretensiones 216 para determinar cuándo se requiere inspección o sustitución. Los ejemplos se describen con mayor detalle con respecto a las Figuras 6 y 13.

En algunas realizaciones, se incluye un interruptor de derivación de mantenimiento 220 que funciona para desactivar el circuito de protección eléctrica 200 conectando el neutro del transformador 10 directamente a tierra eléctrica 14. Los ejemplos del interruptor de derivación de mantenimiento 220 incluyen interbloqueos de llave atrapada como los interbloqueos de llave Kirk. De esta manera, el circuito de protección eléctrica 200 puede ser retirado del funcionamiento para inspección, mantenimiento, reparación, etc.

Abriendo el conjunto de interruptor, el componente de bloqueo de corriente de CC 210 mostrado en la Figura 2 proporciona la vía de conexión a tierra de corriente alterna (CA) para el neutro del transformador 10, mientras que al mismo tiempo bloquea las corrientes de CC o cuasi-CC inducidas por una tormenta geomagnética o un evento HEMP-E3. El bloqueo de las corrientes cuasi-CC protege al transformador 12 de entrar en saturación de medio ciclo lo que, a su vez, puede provocar pérdidas excesivas de potencia reactiva, sobrecalentamiento, daños o incluso fallos en el transformador. Además, el bloqueo de la corriente cuasi-CC también evita la generación de armónicos en el sistema de energía lo que, a su vez, puede evitar que se disparen los relés, la desconexión de los componentes de compensación de energía, la carga de energía reactiva excesiva y, potencialmente, el colapso de pequeñas o grandes partes de la red eléctrica.

Además, para aumentar la fiabilidad del componente de bloqueo de corriente de CC 210, se podría utilizar un banco paralelo de múltiples condensadores o resistencias de modo que si uno o más de estos condensadores o resistencias fallan, los otros aún estarían disponibles como componentes de bloqueo.

Además, para proteger contra las porciones E1 y E2 de un pulso electromagnético de gran altitud (HEMP) y/o una interferencia electromagnética intencional (IEMI), algunos o todos los componentes electrónicos sensibles de detección y control de dicho sistema se pueden ubicar en un caja apantallado y filtrada eléctricamente, tal como la caja 104 que contiene el dispositivo de control 105 de la Figura 1. En algunas realizaciones, solo los componentes que no contienen componentes electrónicos de semiconductores sensibles no están alojados en la caja 104 y, por lo tanto, sobrevivirían a un evento EMP o IEMI. En una realización alternativa en la que el dispositivo de control 105 no está situado en una caja apantallada y filtrada eléctricamente, el transformador seguirá estando protegido de corrientes inducidas geomagnéticas y HEMP E3. Los detalles adicionales relacionados con el contenido de dicha caja se analizan con mayor detalle a continuación.

Se observa que también se pueden utilizar realizaciones alternativas de dicho circuito de protección eléctrica 200, en diferentes realizaciones de la presente descripción. Las realizaciones a modo de ejemplo se describen con más detalle en las Patentes de Estados Unidos N°. 8.878.396 y 8.537.508, cuyas descripciones se incorporan aquí en su totalidad como referencia.

Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se muestra un sistema de puesta a tierra continuo 300 que incluye el circuito de protección eléctrica 200, de acuerdo con una posible realización de la presente invención. El sistema de puesta a tierra continuo 300 también incluye un dispositivo de control 302, de acuerdo con una posible realización de la presente invención. El dispositivo de control 302 incluye electrónica de control, tal como un módulo de control 304, así como uno o más dispositivos de detección. En el ejemplo mostrado, el dispositivo de control 302 incluye los siguientes dispositivos de detección: un dispositivo de medición de GIC 306, un transformador de corriente (CT) 308, un transformador de corriente (CT) 310, un transformador de corriente (CT) 312, un sensor de corriente de neutro 314, y una sonda de voltaje 316. Algunas realizaciones incluyen más, menos o diferentes dispositivos de detección. En algunas realizaciones, el sensor de corriente de neutro 314 es una bobina de Rogowski. Los dispositivos de medición de GIC, los transformadores de corriente y los sensores de corriente mencionados anteriormente son ejemplos de sondas de corriente. Los dispositivos de detección mencionados anteriormente, incluidas las sondas de corriente y las sondas de voltaje, son ejemplos de sondas de medición.

En algunas realizaciones, el módulo de control 304 comprende un dispositivo de ordenador de propósito especial que funciona para recibir señales de los diversos dispositivos de detección, realizar continuamente diversas pruebas basadas, al menos en parte, en las señales recibidas y controlar el conjunto de interruptor 202. Un ejemplo dispositivo informático de propósito especial es el SEL Axion® Distributed Control and Integration Platform de Schweitzer Electronics Laboratory de Pullman, WA. En el ejemplo mostrado, el módulo de control 304 incluye un dispositivo de procesamiento 318, un dispositivo de memoria 320, un dispositivo de alarma 322 y un dispositivo de control de interruptor 324. Algunas realizaciones incluyen componentes adicionales, así como un dispositivo de interfaz de red que funciona para comunicarse con otros dispositivos informáticos a través de una o más redes.

El dispositivo de procesamiento 318 incluye uno o más circuitos integrados físicos que ejecutan selectivamente instrucciones tales como instrucciones de software. En varias realizaciones, el dispositivo de procesamiento 318 se implementa de diversas formas. Por ejemplo, en una realización a modo de ejemplo, el dispositivo de procesamiento 318 está implementado como uno o más núcleos de procesamiento. Por ejemplo, en esta realización a modo de ejemplo, el dispositivo de procesamiento 318 puede estar implementado como uno o más microprocesadores Intel Core 2. En otra realización a modo de ejemplo, el dispositivo de procesamiento 318 está implementado como uno o más microprocesadores separados. En otra realización más a modo de ejemplo, el dispositivo de procesamiento 318 está implementado como un ASIC que proporciona una funcionalidad específica. En todavía otra realización a modo de ejemplo, el dispositivo de procesamiento 318 proporciona una funcionalidad específica utilizando un ASIC y ejecutando instrucciones de software. Además, en algunas realizaciones, el dispositivo de procesamiento 318 comprende un procesador de señales digitales. En diferentes realizaciones, el dispositivo de procesamiento 318 ejecuta instrucciones de software en diferentes conjuntos de instrucciones. Por ejemplo, en varias realizaciones, el dispositivo de procesamiento 318 ejecuta instrucciones de software en conjuntos de instrucciones tales como el conjunto de instrucciones x86, el conjunto de instrucciones POWER, un conjunto de instrucciones RISC, el conjunto de instrucciones SPARC, el conjunto de instrucciones IA-64, el conjunto de instrucciones MIPS , y/u otros conjuntos de instrucciones. Por ejemplo, los procesos ilustrados y descritos con respecto a las Figuras 4-14 pueden ser ejecutados por el dispositivo de procesamiento 318 como instrucciones de software.

El dispositivo de memoria 320 incluye uno o más medios de almacenamiento de datos legibles por ordenador capaces de almacenar datos o instrucciones o ambos. En diferentes realizaciones, el dispositivo de memoria 320 está implementado de diferentes maneras. Por ejemplo, en varias realizaciones, el dispositivo de memoria 320 está implementado utilizando diversos tipos de medios de almacenamiento de datos legibles por ordenador. Los tipos a modo de ejemplo de medios de almacenamiento de datos legibles por computadora incluyen, entre otros, memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM), memoria de acceso aleatorio dinámico síncrono de velocidad de datos doble (DDR SDRAM), DRAM de latencia reducida, SDRAM DDR2, SDRAM DDR3, Rambus RAM, memoria de estado sólido, memoria temporal, memoria de solo lectura (ROM), ROM programable borrable eléctricamente y otros tipos de dispositivos y/o artículos fabricados que almacenan datos. En algunas realizaciones, el dispositivo de memoria 320 incluye medios no transitorios.

El dispositivo de alarma 322 funciona para generar una alarma como respuesta a una condición de alarma. En algunas realizaciones, el dispositivo de alarma 322 transmite un mensaje a un dispositivo informático remoto tal como un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) como respuesta a una condición de alarma. En algunas realizaciones, el dispositivo de alarma 322 admite múltiples niveles de gravedad de alarma (por ejemplo, alarma menor y alarma mayor) y funciona de manera diferente según el nivel de gravedad de una condición de alarma particular. Además, en algunas realizaciones, el dispositivo de alarma 322 funciona para registrar condiciones de alarma, tal como en un archivo, tabla de base de datos o posición de memoria.

El dispositivo de control de interruptor 324 funciona para controlar el conjunto de interruptor 202. En al menos algunas realizaciones, el dispositivo de control de interruptor 324 comprende un relé que abre y cierra el interruptor de CC 204.

Haciendo referencia general ahora a las Figuras 4-14, se describen varios procesos de prueba que son realizados por realizaciones del dispositivo de control 302 para monitorizar y operar el circuito de protección eléctrica 200. En algunas realizaciones, todos los procesos de prueba ilustrados en las Figuras 4-14 se realizan de forma continua y simultánea (en paralelo) durante el funcionamiento del sistema 300. Sin embargo, otras realizaciones incluyen menos procesos de prueba, diferentes o adicionales. Además, en algunas realizaciones, no todos los procesos de prueba se realizan de forma continua y simultánea. Por ejemplo, en algunas realizaciones, al menos uno de los procesos de prueba se realiza a intervalos.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 400 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 400 opera para detectar un fallo de puesta a tierra y registrar el evento de fallo de puesta a tierra mientras el sistema 300 está operando en el modo normal. Por ejemplo, el proceso de prueba 400 prueba la corriente alterna (CA) del neutro del transformador para eventos de fallo de puesta a tierra. La operación 402 determina si la corriente alterna (CA) a través del conjunto de interruptor 202 medida por el transformador de corriente 308 excede un umbral de fallo predeterminado para un ciclo (por ejemplo, aproximadamente 20 o 17 milisegundos a 50 o 60 Hz). En algunas realizaciones, el umbral predeterminado es de 5000 amperios. Si la corriente excede el umbral, el proceso continúa con la operación 404 donde se genera una alarma y el evento se registra como un fallo de puesta a tierra como se muestra en la Figura 4. En al menos algunas realizaciones, no se toman otras acciones en la operación 404 dado que la energía se dirige a tierra a través de los interruptores cerrados del conjunto de interruptor 202, proporcionando al sistema una vía metálica de puesta a tierra. Si la corriente no supera el umbral, el proceso repite la operación 402 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 404, el proceso 400 también vuelve a la operación 402 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica. 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 5, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 500 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 500 opera para detectar uno fallo de puesta a tierra mientras el sistema 300 está operando en el modo de protección de GIC y, como respuesta a la detección de uno fallo de puesta a tierra, cerrar el conjunto de interruptor 202 y registrar el evento de fallo de puesta a tierra. Por ejemplo, el proceso de prueba 500 prueba la corriente alterna (CA) del neutro del transformador para eventos de fallo de puesta a tierra cuando el conjunto de interruptor 202 está abierto. En la operación 502, se determina si la corriente alterna (CA) que discurre paralela al conjunto de interruptor 202 medida por el transformador de corriente (CT) 310 excede un umbral de fallo predeterminado para un ciclo. En algunas realizaciones, el umbral predeterminado es de 5000 amperios. Si la corriente excede el umbral, el proceso continúa con la operación 504 donde se envía una señal para cerrar el conjunto de interruptor 202 (por ejemplo, a través del dispositivo de control de interruptor 324) proporcionando así al sistema 300 una vía metálica de puesta a tierra y devolviendo el sistema 300 al modo de funcionamiento normal. En la operación 506, se genera una alarma y el evento se registra como un fallo de puesta a tierra. Alternativamente, si la corriente no excede el umbral en la operación 502, el proceso repite la operación 502 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 506, el proceso 500 también vuelve a la operación 502 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 600 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 600 funciona para detectar cuándo se activa el dispositivo de protección de sobretensión 216, como cuando se produce un fallo de puesta a tierra de alto voltaje mientras el sistema 300 está funcionando en el modo de protección de GIC. En la operación 602, se determina si el dispositivo de protección de sobretensión 216 ha sido activado u operado en base a si la corriente medida en el transformador de corriente 312 excede un umbral de activación predeterminado para un ciclo. En algunas realizaciones, el umbral predeterminado es de 5000 amperios. Si la corriente excede el umbral, el proceso continúa con la operación 604 donde se envía una señal para cerrar el conjunto de interruptor 202 proporcionando así al sistema 300 una vía metálica de puesta a tierra y devolviendo el sistema 300 al modo normal. En la operación 606, se incrementa un contador de eventos de activación del dispositivo de protección de sobretensiones. En algunas realizaciones, el contador se utiliza para determinar cuándo puede ser necesaria una reparación o mantenimiento en el dispositivo de protección de sobretensiones 216. En la operación 608, se genera una alarma. En algunas realizaciones, el evento también queda registrado. Alternativamente, si la corriente no excede el umbral en la operación 602, el proceso repite la operación 602 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 608, el proceso 600 también vuelve a la operación 602 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 7, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 700 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 700 funciona para detectar una conexión abierta entre el neutro del transformador 10 y la tierra eléctrica 14. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la corriente alterna de desequilibrio (CA) en la conexión del neutro 10 del transformador 12 se monitoriza continuamente para detectar un conexión de neutro abierta. En algunas realizaciones, esta condición se produce cuando el conjunto de interruptor 202 está atascado abierto y el componente de bloqueo de corriente de CC 210 es una conexión abierta (por ejemplo, el componente de bloqueo de corriente de CC 210 o un componente del mismo, tal como una resistencia o un condensador, está dañado), o el interruptor de derivación de mantenimiento 220 no se operó correctamente. Esta condición activa una alarma para que un operador pueda inspeccionar el sistema y adoptar medidas correctivas.

En la operación 702 se determina cuándo la conexión entre el neutro del transformador 10 y la tierra eléctrica 14 está abierta. En algunas realizaciones, se determina que la conexión está abierta cuando la corriente alterna (CA) de desequilibrio medida por el sensor de corriente de neutro 314 está por debajo de un umbral de corriente predeterminado durante un período de tiempo predeterminado. En algunas realizaciones, el umbral de corriente es de 0,5 amperios y el período de tiempo es de 60 segundos. En otras realizaciones, también son posibles otros umbrales de corriente y umbrales de tiempo.

Si se determina que la conexión está abierta, el proceso continúa con la operación 704 donde se envía una señal para intentar cerrar el conjunto de interruptor 202 proporcionando así al sistema 300 una vía metálica de puesta a tierra y devolviendo el sistema 300 al modo normal. En la operación 706, se opera un interruptor de desactivación a la posición de desactivación. En algunas realizaciones, el sistema 300 no entrará en el modo de protección de GIC cuando el interruptor de desactivación esté establecido en desactivación. De manera beneficiosa, el interruptor de desactivación se puede utilizar para desactivar el modo de protección cuando las mediciones indican que los componentes utilizados en el modo de protección no están operativos. En la operación 708, se genera una alarma. En algunas realizaciones, se genera una alarma principal en la operación 708. Además, en algunas realizaciones, el evento también queda registrado.

Alternativamente, si no se determina que la conexión de neutro del transformador está abierta en la operación 702, el proceso repite la operación 702 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 708, el proceso 700 también vuelve a la operación 702 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 8, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 800 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 800 funciona para detectar una corriente de CC que indica una corriente GIC o HEMP-E3 y hace que el circuito de protección eléctrica 200 funcione en el modo de protección de GIC. En al menos algunas realizaciones, un evento de GIC se detecta en base a la detección de una CC o cuasi-CC de neutro o una distorsión armónica total (THD) que excede los valores preestablecidos, o mediante una medición del campo magnético terrestre que indica un evento de GIC por encima de un umbral preestablecido, o una medición de campo electromagnético alto que indica un evento HEMP-E1. Dichas mediciones se pueden tomar, por ejemplo, desde una subestación en la que se encuentra el transformador que se está protegiendo, por ejemplo, en transformadores de potencial instalados para proporcionar una señal para un THD de voltaje o transformadores de corriente para un THD de corriente. Dicho THD de voltaje o corriente se podría recuperar mediante una sonda del dispositivo de control 302. Además, un disparador podría provenir de un dispositivo de medición separado, tal como un detector electromagnético de alto campo, para iniciar la protección para un evento HEMP-E1, o un magnetómetro para un evento solar. Un ejemplo de tal detector se describe en la Patente de Estados Unidos N° 8.773.107, cuya descripción se incorpora como referencia en su totalidad.

En la operación 802, se determina si se está detectando un evento de GIC en base a la comparación de las mediciones capturadas por el dispositivo de medición de GIC 306 en la resistencia de derivación 206 con valores de umbral predeterminados. En algunas realizaciones, el rango de valores de umbral predeterminados de corriente de CC o cuasi-CC es de 0,5 a 5 amperios y se espera que el rango del valor de umbral predeterminado para los niveles de armónicos de potencia esté en el rango de aproximadamente 1% a 10% de distorsión de armónicos total (THD). En algunas realizaciones, si se supera el valor de umbral predeterminado para CC o cuasi-CC o el valor de umbral predeterminado para niveles armónicos, se determina que se está produciendo un evento GMD.

Si se determina que se está produciendo un evento GMD, el proceso continúa con la operación 804, en la que se comprueba el interruptor de desactivación para ver si el interruptor de desactivación está en la posición de habilitación. Si el interruptor de desactivación está en la posición de habilitación, el proceso continúa con la operación 806, donde se comprueba un bit de GIC para ver si el sistema 300 puede entrar en el modo de protección de GIC. Si el bit de GIC está habilitado, el proceso continúa con la operación 808, donde se envía una señal para abrir el conjunto de interruptor 202, lo que hace que el componente de bloqueo de corriente de CC 210 sirva como vía de conexión a tierra de corriente alterna (CA) para el circuito de protección eléctrica 200 y conmutar el sistema 300 al modo de protección de GIC. El componente de bloqueo de corriente de CC 210 bloquea la corriente de CC o cuasi CC generada por el evento de GIC y, por lo tanto, protege el transformador 12 y el banco de condensadores 214. En algunas realizaciones, el dispositivo de control del interruptor 324 envía la señal para abrir el interruptor de CC 204, que a su vez puede hacer que el interruptor de corriente alterna (CA) 208 también se abra. En algunas realizaciones, el interruptor de CC 204 se vuelve a cerrar después de 0,20 segundos.

En la operación 810, se genera una alarma. En algunas realizaciones, se genera una alarma menor en la operación 810. Además, en al menos algunas realizaciones, el evento queda registrado.

Alternativamente, si no se determina que se detectó un evento GMD en la operación 802, el interruptor de desactivación no está en la posición de habilitación en la operación 804, o el bit de GIC no está habilitado en la operación 806, el proceso vuelve a la operación 802 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 810, el proceso 800 también vuelve a la operación 802 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 9, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 900 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 900 funciona para detectar una corriente alterna (CA) de desequilibrio en el neutro del transformador 10, que potencialmente podría dañar el componente de bloqueo de corriente de CC 210. En la operación 902, se determina si la corriente alterna (CA) de neutro medida por el transformador de corriente 308 o el transformador de corriente 310 supera un umbral de corriente de desequilibrio predeterminado durante un período de tiempo predeterminado. En algunas realizaciones, el umbral de corriente de desequilibrio predeterminado es de 150 amperios y el período de tiempo predeterminado es de 10 segundos. Sin embargo, otras realizaciones podrían utilizar otros umbrales.

Si la corriente excede el umbral, el proceso continúa con la operación 904 donde se envía una señal para cerrar el conjunto de interruptor 202, proporcionando así al sistema 300 una vía metálica de puesta a tierra y devolviendo el sistema 300 al modo normal (si estaba en modo de protección de GIC). En la operación 906, el bit de GIC se configura para inhabilitarlo para evitar que el sistema 300 entre en el modo de protección de GIC. En algunas realizaciones, el bit de GIC permanece deshabilitado durante al menos cinco minutos. En la operación 908, se genera una alarma. En algunas realizaciones, se genera una alarma menor en la operación 908. En algunas realizaciones, el evento también queda registrado. Alternativamente, si la corriente no excede el umbral en la operación 902, el proceso repite la operación 902 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 908, el proceso 900 también vuelve a la operación 902 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 10, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 1000 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 1000 opera para garantizar que la corriente alterna (CA) de desequilibrio en el neutro del transformador 10 esté por debajo de los niveles que podrían dañar el componente de bloqueo de corriente de CC 210. En la operación 1002, se determina si la corriente alterna (CA) del neutro medida por el transformador de corriente 308 está por debajo de un umbral de corriente de desequilibrio predeterminado durante un período de tiempo predeterminado. En algunas realizaciones, el umbral de corriente de desequilibrio predeterminado es de 125 amperios y el período de tiempo predeterminado es de 300 segundos. Sin embargo, otras realizaciones utilizan otros umbrales.

Si la corriente alterna (CA) del neutro está por debajo del umbral de corriente de desequilibrio, el proceso continúa con la operación 1004, donde se determina si el interruptor de desactivación está en la posición de habilitación. Si el interruptor de desactivación está en la posición de habilitación, el proceso continúa con la operación 1006, donde se determina si el bit de GIC está actualmente desactivado para evitar entrar en el modo de protección de GIC. Si el bit de GIC está desactivado, el proceso continúa con la operación 1008, donde el bit de GIC es activado para permitir que el sistema 300 entre en el modo de protección de GIC. En algunas realizaciones, el evento también queda registrado.

Alternativamente, si se determina que la corriente está por encima del umbral de desequilibrio en la operación 1002, se determina que el interruptor de desactivación está en la posición de desactivación en la operación 1004, o se determina que el bit de GIC no está desactivado en la operación 1006, entonces el proceso 1000 vuelve a la operación 1002 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 1008, el proceso 1000 también vuelve a la operación 1002 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 11, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 1100 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 1100 opera para determinar si un evento GMD ha terminado para que el dispositivo de control 302 pueda volver a su funcionamiento normal. En la operación 1102, el voltaje de CC de neutro a tierra del transformador medido por la sonda de voltaje 316 está por debajo de un umbral de voltaje predeterminado durante al menos un período de tiempo predeterminado. En algunas realizaciones, el umbral de voltaje predeterminado es de 8 voltios y el período de tiempo predeterminado es de 3600 segundos.

Si se satisface el umbral, el proceso continúa con la operación 1104, donde se determina si el conjunto de interruptor 202 está abierto (es decir, si el sistema 300 está funcionando en el modo de protección de GIC). Si el conjunto de interruptor 202 está abierto, el proceso continúa con la operación 1106, donde se envía una señal para hacer que el conjunto de interruptor 202 se cierre, devolviendo así el sistema 300 a su modo normal.

Alternativamente, si el voltaje de CC de neutro del transformador a tierra no está por debajo del umbral en la operación 1102 o si se determina que el conjunto de interruptor 202 está cerrado en la operación 1104, entonces el proceso vuelve a la operación 1102 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200. De manera similar, después de completar la operación 1106, el proceso 1100 también vuelve a la operación 1102 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 12, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 1200 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 1200 funciona para proteger los subcomponentes (por ejemplo, el banco de condensadores 214 y la resistencia 212) del componente de bloqueo de corriente de CC 210 de sobretensiones. En la operación 1202, se determina si se han superado los límites de tiempo de sobretensión del banco de condensadores 214 o de la resistencia 212. El tiempo de sobretensión (TOV) se determina en función de cuánto tiempo un dispositivo correspondiente está en o por encima de un voltaje, es decir, un voltaje de corriente continua (CC) o de corriente alterna (CA). El TOV se rastrea calculando un tiempo total en el que se alcanza o se excede el nivel de voltaje predeterminado. En algunas realizaciones, los límites de tiempo de sobretensión de uno o ambos del banco de condensadores 214 o la resistencia 212 se almacenan en el dispositivo de memoria 320 del módulo de control 304. Si es así, el proceso continúa con la operación 1204, donde se envía una señal para cerrar el conjunto de interruptor 202. Si no, el proceso repite la operación 1202 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200.

En la operación 1206, el interruptor de desactivación es operado a la posición de desactivación. En algunas realizaciones, el sistema 300 no entrará en el modo de protección de GIC cuando el interruptor de desactivación se establezca en desactivación. De manera beneficiosa, el interruptor de desactivación se puede utilizar para desactivar el modo de protección cuando las mediciones indican que los componentes utilizados en el modo de protección no están operativos o requieren mantenimiento. En la operación 1208, se genera una alarma. En algunas realizaciones, se genera una alarma menor en la operación 1208. Además, en algunas realizaciones, el evento también queda registrado. Después de completar la operación 1208, el proceso 1200 vuelve a la operación 1202 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 13, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 1300 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 1300 opera para determinar si el dispositivo de protección de sobretensión 216 puede necesitar inspección o reparación debido a que excedió un límite predeterminado de eventos registrados. En la operación 1302, se determina si el valor del contador del dispositivo de protección de sobretensiones supera un umbral predeterminado. En algunas realizaciones, el umbral predeterminado es de 10 eventos. Como se ilustra y describe con respecto a la Figura 6, se incrementa un contador cada vez que se detecta que el dispositivo de protección de sobretensión 216 operó o se activó. El valor del contador se puede almacenar en el dispositivo de memoria 320 del módulo de control 304. En algunas realizaciones, el contador se pone a cero después de que el dispositivo de protección de sobretensión 216 haya sido inspeccionado o reparado manualmente. Si se ha excedido el umbral predeterminado (o en algunas realizaciones se ha alcanzado), el proceso continúa con la operación 1304, donde se envía una señal para cerrar el conjunto de interruptor 202. De lo contrario, el proceso repite la operación 1302 para monitorizar continuamente el circuito de protección eléctrica 200.

En la operación 1306, se opera un interruptor de desactivación a la posición de desactivación para evitar que el sistema 300 entre en el modo de protección de GIC. En la operación 1308, se genera una alarma. En algunas realizaciones, se genera una alarma principal en la operación 1308. En algunas realizaciones, la alarma transmite un mensaje para enviar personal de mantenimiento al dispositivo de protección de sobretensiones 216. La acción más probable por parte del personal de mantenimiento será inspeccionar y reemplazar o volver a desconectar los electrodos de la brecha de chispa en el dispositivo de protección de sobretensión 216 que parecen estar excesivamente desgastados o ablacionados en el área de su espacio de separación. Además, en algunas realizaciones, el evento también queda registrado. Después de completar la operación 1308, el proceso 1300 vuelve a la operación 1302 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Haciendo referencia ahora a la Figura 14, se ilustra un proceso de prueba a modo de ejemplo 1400 llevado a cabo por algunas realizaciones del dispositivo de control 302. El proceso de prueba 1400 opera para determinar si el interruptor de desactivación ha sido operado por el dispositivo de control 302 o por un operador local o remoto para habilitar o deshabilitar el modo de protección de GIC.

En la operación 1402, se determina si ha sido operado el interruptor de desactivación. Por ejemplo, determinar si ha sido operado el interruptor de desactivación puede comprender comparar la posición actual del interruptor de desactivación con una posición previamente determinada del interruptor de desactivación (que, por ejemplo, se puede almacenar en una posición de memoria). Si es así, el proceso continúa con la operación 1406, donde se determina si el interruptor de desactivación está en la posición de habilitación. Si es así, el proceso continúa con la operación 1410, donde se habilita el bit de GIC para permitir que el sistema entre en el modo de protección de GIC. Si, por el contrario, se determina en la operación 1406 que el interruptor de desactivación no está en la posición de habilitación, el proceso continúa con la operación 1408 para determinar si el bit de GIC está habilitado. Si es así, el proceso continúa con la operación 1412 que deshabilita el bit de GIC para coincidir con el modo de conmutación de desactivación y evitar entrar en el modo de protección de GIC.

Si en la operación 1402 se determina que el interruptor de desactivación no ha sido accionado, el proceso continúa hasta la operación 1404 para determinar si el interruptor de desactivación está en la posición de desactivación. Si es así, entonces el proceso continúa con la operación 1408 para determinar si el bit de GIC está habilitado. Si es así, el proceso continúa con la operación 1412, donde el bit de GIC se desactiva para coincidir con el modo de conmutación de desactivación y evitar entrar en el modo de protección de GIC.

Después de completar la operación 1410 o la operación 1412, el proceso vuelve a la operación 1402 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200. Además, si la operación 1404 determina que el interruptor de desactivación no está en la posición de desactivación o la operación 1408 determina que el bit de GIC no está habilitado, el proceso vuelve a la operación 1402 para realizar una monitorización continua del circuito de protección eléctrica 200.

Aunque en las realizaciones mostradas se proporcionan ciertos componentes de circuito y valores de umbral a modo de ejemplo, se reconoce que también podrían utilizarse otros componentes de circuito o valores de umbral de acuerdo con la exposición en la presente memoria descriptiva.

En general, se reconoce que diversas realizaciones de la presente invención proporcionan una serie de ventajas con respecto a la protección del circuito, particularmente con respecto a señales armónicas o señales de CC o cuasi-CC en una conexión a tierra de equipos eléctricos de corriente alterna (CA), tales como un transformador utilizado para la generación, transmisión o distribución de energía. Por ejemplo, el bloqueo de la corriente de neutro de CC o casi CC evita la saturación de medio ciclo en el núcleo del transformador, lo que a su vez evita el sobrecalentamiento, el daño o el fallo del transformador. Además, el bloqueo de corriente de CC también mejora la calidad de la energía al reducir los armónicos que pueden activar los relés del sistema de energía y producir inestabilidades importantes, así como cortes de energía. Esto evita en gran medida el disparo de los relés del sistema de energía de la red pública, la desconexión de la compensación de energía y de otros componentes críticos y, a su vez, evita el colapso parcial o total de una red eléctrica en caso de eventos GMD o HEMP-E3.

La memoria, los ejemplos y los datos anteriores proporcionan una descripción completa de la fabricación y la utilización de la composición de la invención. Dado que se pueden llevar a cabo muchas realizaciones de la invención sin apartarse del alcance de la invención, la invención queda definida por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de control adaptado para ser conectad y configurado para controlar un circuito de protección eléctrica que incluye un conjunto de interruptor (210) conectable eléctricamente entre un neutro de transformador (10) de un transformador (12) y tierra (14) y que está configurado para operar en un primer estado y en un segundo estado basados en el conjunto de interruptor, proporcionando el segundo estado un modo de protección, comprendiendo el dispositivo de control:

(a) una primera sonda de medición (306, 314) adaptada para ser conectada eléctricamente al neutro del transformador y configurada para medir una propiedad eléctrica en el neutro del transformador;

el dispositivo de control es caracterizado por que comprende:

(b) una segunda sonda de medición (308, 310, 312) adaptada para ser conectada eléctricamente al circuito de protección eléctrica y configurada para medir una propiedad eléctrica dentro del circuito de protección eléctrica; y

(c) un módulo de control (304), que incluye un dispositivo de procesamiento (318), estando el módulo de control configurado para ejecutar instrucciones para:

(i) monitorizar una medición procedente de la primera sonda de medición (802, 1002) y generar una señal de control de activación de protección basada en la medición de la primera sonda de medición que excede un primer umbral predeterminado, estando la señal de control de activación de protección adaptada para su transmisión al conjunto de interruptor (808, 1008); y

(ii) monitorizar una medición procedente de la segunda sonda de medición (702, 902, 1202) y generar una señal de control de desactivación de protección basada en la medición de la segunda sonda de medición que satisface un segundo umbral predeterminado, estando la señal de control de desactivación de protección adaptada para transmisión al conjunto de interruptor (706, 906, 1206, 1412).

2. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la primera sonda de medición está adaptada para estar conectada eléctricamente en serie con el conjunto de interruptor y en el que la primera sonda de medición está configurada para medir al menos una corriente continua (CC) y una corriente cuasi-CC, y el módulo de control está además configurado para ejecutar instrucciones para detectar una corriente geomagnética inducida en base a la medición de la primera sonda de medición.

3. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la primera sonda de medición está adaptada para estar conectada eléctricamente en serie con el conjunto de interruptor y en el que la primera sonda de medición está configurada para medir una corriente alterna (CA) y el módulo de control está configurado para generar una alarma basándose en la determinación de que la medición de la primera sonda de medición excede el primer umbral.

4. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la segunda sonda de medición está configurada para medir una corriente alterna (CA) y el segundo umbral predeterminado se cumple cuando la corriente alterna (CA) medida supera los 5.000 amperios.

5. El dispositivo de control de la reivindicación 4, en el que la segunda sonda de medición está adaptada para poder ser conectada eléctricamente a una vía que es paralela al conjunto de interruptor.

6. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la segunda sonda de medición está configurada para medir una corriente alterna (CA) del neutro y el módulo de control está configurado además para ejecutar instrucciones para:

deshabilitar la transmisión de la señal de control de activación de protección basándose en la determinación de que la medición de la segunda sonda de medición satisface el segundo umbral predeterminado durante al menos una duración de tiempo predeterminada; y

habilitar la transmisión de la señal de control de activación de protección basándose en la determinación de que la medición de la segunda sonda de medición no satisface el segundo umbral predeterminado durante al menos una segunda duración de tiempo predeterminada.

7. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la segunda sonda de medición está configurada para medir un voltaje de CC y el segundo umbral predeterminado se cumple cuando el voltaje de CC medido es inferior a ocho voltios durante al menos 3600 segundos.

8. El dispositivo de control de la reivindicación 7, en el que la segunda sonda de medición está adaptada para ser conectada eléctricamente entre un neutro de transformador del transformador y tierra y en donde la segunda sonda de medición puede estar conectada eléctricamente para detectar una conexión abierta entre el neutro de transformador y tierra, y el módulo de control está configurado para generar una alarma y deshabilitar la transmisión de la señal de control de activación de la protección basándose en la determinación de que la medición de la segunda sonda de medición satisface el segundo umbral predeterminado cuando la medición de la segunda sonda de medición es inferior a 0,5 amperios durante al menos 60 segundos.

9. El dispositivo de control de la reivindicación 1, que comprende además una tercera sonda de medición (316) conectable eléctricamente al circuito de protección eléctrica y configurada para medir una corriente a través de un dispositivo de protección de sobretensiones, y en donde el módulo de control está configurado además para monitorizar una medición procedente de la tercera sonda de medición y transmitir la señal de desactivación al conjunto de interruptor basándose en la medición de la tercera sonda de medición que excede un tercer umbral predeterminado.

10. El dispositivo de control de la reivindicación 9, en el que el módulo de control está configurado además para incrementar un contador de eventos (606) en función de que la medición de la tercera sonda de medición supere el tercer umbral predeterminado y en donde el módulo de control está configurado además para:

deshabilitar la activación del modo de protección (1306) al determinar que el contador de eventos excede un recuento de eventos predeterminado; y/o

generar una alarma (608) después de determinar que el contador de eventos supera un recuento de eventos predeterminado.

11. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la señal de control de activación de protección activa el modo de protección del circuito de protección eléctrica haciendo que el conjunto de interruptor se abra para evitar que pase corriente a través del conjunto de interruptor y para proporcionar una conexión de corriente alterna (CA) a tierra a través de un banco de condensadores del circuito de protección eléctrica, y la señal de control de desactivación de la protección desactiva el modo de protección del circuito de protección eléctrica haciendo que el conjunto de interruptor se cierre para permitir que la corriente atraviese el conjunto de interruptor y para desactivar la conexión de corriente alterna (CA) a tierra a través del banco de condensadores del circuito de protección eléctrica.

12. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que el módulo de control está configurado además para ejecutar instrucciones para:

calcular un valor de tiempo de sobretensión en base a un voltaje de corriente alterna y un voltaje de corriente continua entre un neutro del transformador y una tierra, así como un tiempo que el voltaje de corriente alterna o el voltaje de corriente continua exceda un límite preestablecido;

deshabilitar la transmisión de la señal de control de activación de protección basándose en la determinación de que el valor de tiempo de sobretensión calculado supera un umbral de tiempo de sobretensión predeterminado.

13. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la primera sonda de medición está configurada para medir una corriente a través del conjunto de interruptor del circuito de protección eléctrica y la segunda sonda de medición está configurada para medir la corriente a través de un dispositivo de protección de sobretensiones, comprendiendo además el dispositivo de control:

una tercera sonda de medición configurable para medir una corriente en el circuito de protección eléctrica a través de una vía paralela al conjunto de interruptor; y

una cuarta sonda de medida configurable para medir un voltaje entre el neutro del transformador y una tierra.

14. El dispositivo de control de la reivindicación 1, en el que la primera sonda de medición comprende una sonda de voltaje posicionable y configurada para medir un voltaje de CC y un voltaje de corriente alterna (CA) en un neutro de transformador del transformador, y en donde la segunda sonda de medición comprende una sonda de medición posicionable y configurada para medir una corriente a través del conjunto de interruptor.

15. El dispositivo de control de la reivindicación 14, en el que el módulo de control está configurado además para:

monitorizar una medida correspondiente a una corriente a través de un dispositivo de protección de sobretensiones del circuito de protección eléctrica;

incrementar un contador de eventos en la tercera medida recibida que exceda un umbral de evento predeterminado;

deshabilitar la activación del modo de protección después de determinar que el contador de eventos excede un recuento de eventos predeterminado; y

generar una alarma después de determinar que el contador de eventos excede un recuento de eventos predeterminado.