MX2011002462A - Deteccion segura de descarga por arco. - Google Patents
Deteccion segura de descarga por arco.Info
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Abstract
Un dispositivo electrónico inteligente (IED) se puede configurar para detectar eventos de descarga por arco dentro de un sistema de energía utilizando mediciones de estímulo adquiridas por dispositivos de detección acoplados comunicativamente al sistema de energía. Un evento de descarga por arco se puede detectar utilizando una métrica de comparación de tiempo-intensidad, tal como una métrica de inverso de tiempo sobre estímulo, una métrica de estímulo acumulativo o similar. El estímulo puede incluir radiación electroóptica (EO) producida en la vecindad del sistema de energía, mediciones de corriente o similares. E1 IED puede detectar un evento de descarga por arco si uno o más de los tipos de estímulos son indicativos de un evento de descarga por arco. En respuesta a la detección de un evento de descarga por arco, el IED u otro elemento protector puede llevar a cabo una o más acciones protectoras tal como emisión de instrucciones de disparo o similar.
Description
DETECCION SEGURA DE DESCARGA POR ARCO
DESCRIPCION DE LA INVENCION
Esta descripción se relaciona con detección de descarga por arco (arco eléctrico o arco voltaico) , y en particular, con detección de descarga por arco en base en mediciones de estímulo obtenidas de un sistema de energía.
Las figuras anexas ilustran diversas modalidades ejemplares del presente sistema y método y son parte de la especificación. Junto con la siguiente descripción, los dibujos se muestran y explican los principios del presente sistema y método. Las modalidades ilustradas son ejemplos del presente sistema y método y no limitan el alcance del mismo.
La figura 1A es un diagrama de un sistema de energía que comprende una unidad de detección de descarga por arco ;
la figura IB es un diagrama de un sistema de energía que comprende un dispositivo electrónico inteligente y una unidad de detección de descarga por arco;
la figura 2 es un diagrama de bloques de una modalidad de una unidad de detección de descarga por arco;
La figura 3A muestra un ejemplo de una gráfica de inverso de tiempo- iluminación excesiva.
La figura 3B muestra un ejemplo de una gráfica de estímulo acumulativo.
Ref . : 218061 - -
La figura 4A es un diagrama de bloques de una modalidad de un aparato para detectar un evento de descarga por arco.
La figura 4B es un diagrama de bloques de otra modalidad de un aparato para detectar un evento de descarga por arco.
La figura 5 es un diagrama de flujo de un método para proporcionar protección segura de descarga por arco.
Las descargas por arco representan un riesgo grave tanto para el personal como para el equipo en las cercanías de la descarga. Una descarga por arco puede producir radiación electroóptica (EO, por sus siglas en inglés) intensa (que incluyen luz visible) en el área del arco. Además, se puede generar una condición sobre corriente sobre uno o varios conductores eléctricos que alimentan al arco.
Una unidad de detección de descarga por arco (AFDU, por sus siglas en inglés) , se puede configurar para monitorear una porción de un sistema de energía (por ejemplo un recinto, un alojamiento o similar) . La AFDU se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco en base en estímulos recibidos desde el sistema de energía. La AFDU puede hacer uso de diferentes estímulos que incluyen pero que no se limitan a: radiación EO, detectado en la vecindad del sistema de energía, niveles de corriente dentro del sistema de energía, niveles de voltaje en diversos puntos - -
dentro del sistema de energía, calor, detección química, diferenciales de presión (por ejemplo sonido), detección de materiales particulados dentro de un recinto o similares.
El tiempo que se requiere para detectar un evento de descarga por arco por un sistema de protección (por ejemplo una AFDU) se puede utilizar para determinar el tiempo total que se necesita para depurar la descarga por arco (por ejemplo, el tiempo total que se requiere para depurar la descarga por arco puede ser la suma del tiempo que se requiere para detectar la descarga más el tiempo que se requiere para disparar elementos protectores que responden a la detección) . El tiempo que se requiere para depurar la descarga por arco se puede denominar como "tiempo total de generación de arco" el cual se puede utilizar para calcular la energía incidente liberada por el evento de descarga de arco (dada la corriente de arco, la resistencia, la separación de conductor y similares) . El tiempo de detección del sistema de protección de descarga por arco puede variar dependiendo de la configuración del sistema de protección (por ejemplo la sensibilidad del sistema) . Se puede seleccionar la sensibilidad del sistema para proporcionar un equilibrio entre el suministro de una protección de descarga por arco adecuada y evitar una mala operación (por ejemplo detección de falsos positivos) .
La "Guide for Performing Are Flash Hazard - -
Calculations" (Guía para realizar cálculos del peligro de descarga por arco) , promulgada por el Instituto de Electrical Electronics Engineers (IEEE) IEEE 1584 proporciona varios medios para calcular energía incidente de descarga de arco, uno de los cuales se proporciona a continuación en la Ecuación 1:
Log(EN) - ?? + K2 + 1.0811 · Log(Ia) + 0.0011 · G Ecuación 1.
En la Ecuación 1, EN es la energía incidente de descarga por arco, ?? es un valor constante que depende del interruptor (que depende de si el interruptor es una configuración abierta o de caja) , K2 es una constante (0 para un interruptor no conectado a tierra o conectado a tierra de alta resistencia y -0.113 para sistemas conectados a tierra), Ia es la corriente de generación de arco máxima, y G es la separación entre conductores dentro del interruptor.
El estándar IEEE 1584 proporciona además un medio para determinar un arco de límite de protección, como sigue:
610'
Dh = 4.184-C/-£„-|
0.2. Ecuación 2.
En la Ecuación 2, Db es la distancia del límite desde el punto de generación de arco, Ct es una constante de voltaje (1.0 para voltajes superiores a lkV) , En es la energía incidente de descarga de arco normalizada (por ejemplo, calculada por la Ecuación 1 anterior), Et es la energía incidente en el límite (5.0 J/cm2 para piel desnuda) - -
y x es un constante de exponente de distancia (0.973 para un conmutador de 5 kV) .
El límite de protección puede determinar en qué momento el personal de mantenimiento puede trabajar de manera segura en relación al conmutador y/o determinar cuál engranaje protector, si lo hay, debe ser utilizado por el personal .
Existen otros estándares para calcular la energía de descarga por arco para determinar la proximidad y/o los requerimientos de engranaje protector apropiados. Por ejemplo, la National Fire Protection Association (Asociación Nacional Contra Incendios, NFPA, por sus siglas en inglés) proporciona para el cálculo de un valor de desempeño térmico de arco (ATPV, por sus siglas en inglés) , el cual es similar a la energía incidente de descarga por arco IEEE 1584. El ATPV puede determinar un límite de proximidad en el cual el personal de mantenimiento puede trabajar de manera segura. Además, el ATPV y el límite de proximidad pueden indicar la naturaleza de las prendas protectoras que deben ser utilizadas por el personal. Otros estándares relacionados con seguridad para contradescargas se proporcionan por el National Electric Code (NEC, por sus siglas en inglés) y la Occupational Safety and Health Administration (OSHA, por sus siglas en inglés) .
La figura 1A muestra una modalidad de una AFDU 103 - -
en un sistema 100 de energía eléctrica. La AFDU 103 se puede acoplar comunicativamente a porciones del sistema 100 de energía para recibir estímulos 120 desde el mismo. Como se describirá en lo siguiente, la AFDU 103 se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco que se presente dentro del sistema 100 de energía (por ejemplo dentro de un alojamiento 104) en base en el estímulo 120 recibido desde el sistema 100 de energía (por ejemplo las mediciones de corriente, medicines de radiación EO, etc.).
En algunas modalidades, la AFDU 103 se puede acoplar comunicativamente a uno o más transformadores de corriente u otros dispositivos de medición configurados para proporcionar a la AFDU 103 con estímulo 120 que comprende mediciones de corriente desde varios puntos dentro del sistema 100 de energía (por ejemplo en ambos lados de un alojamiento 104 en el sistema 100 de energía eléctrica) . El alojamiento 104 puede incluir componentes que pueden ser susceptibles a eventos de descarga por arco (por ejemplo, conmutadores, interruptores de circuito y similares).
La AFDU 103 se puede configurar para recibir otros tipos de estímulo 120 tales como mediciones de radiación EO detectadas por uno o más recolectores de radiación EO colocados dentro de la vecindad del sistema 100 de energía. Los recolectores de radiación EO se pueden colocar dentro del alojamiento 104 y/o se pueden colocar para captar radiación - -
EO producida por un evento de descarga de arco. En algunas modalidades, los recolectores de radiación EO se pueden colocar dentro de un recinto 105 de conmutador dentro del alojamiento 104.
Aunque se describen en la presente tipos particulares de estímulos 120 (por ejemplo estímulos de corriente y EO) , la AFDU 103 se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco en base en cualquier número de tipos diferentes de estímulo 120. De esta manera, esta descripción no debe considerarse como limitada a este respecto .
La AFDU 103 se puede configurar para solicitar ciertas funciones protectoras ante la detección de un evento de descarga por arco. Se puede solicitar la función protectora por medio de una interconexión 121 de comunicaciones con el sistema 100 de energía (por ejemplo, los componentes del sistema de energía dentro del alojamiento 104) . Por ejemplo, la AFDU 103 puede activar un interruptor de circuito, un conmutador u otro equipo para separar un circuito que genere un arco de la energía y/o aislar el circuito del resto del sistema 100 de energía. De manera alternativa o adicional, la AFDU 103 puede producir una señal de alarma que puede ser recibida por otro sistema protector (por ejemplo un relevador protector, un IED o similar) , el cual se puede configurar para llevar a cabo una o más - -
acciones protectoras en respuesta a la alarma. La alarma se puede transmitir a otros dispositivos remotos y/o se puede volver disponible para su presentación en la interconexión humano-máquina (HMI, por sus siglas en inglés). Estas acciones protectoras pueden reducir la cantidad de energía liberada por el evento de descarga por arco y/o pueden advertir a otros sistemas y/o personal del evento de descarga por arco.
La figura IB muestra un sistema 101 de energía eléctrica que incluye un dispositivo 102 electrónico inteligente (IED) que comprende una AFDU 103. El IED 102 puede proporcionar diversos servicios de monitoreo y protección al sistema 101 de energía, que incluyen los componentes del sistema de energía eléctrica dentro de un alojamiento 104.
Como se utiliza en la presente, un IED (tal como el IED 102 de la figura 1) se puede referir a cualquiera de uno o una combinación de: un relevador basado en CPU y/o un relevador protector, un registrador de falla digital, una unidad de medición de fasor (PMU, por sus siglas en inglés) , una unidad de medición y control de fasor (PMCU, por sus siglas en inglés) , un concentrador de datos de fasor (PDC) , un sistema de control de área amplia (WACS, por sus siglas en inglés) , un relevador con capacidades de medición de fasor y un sistema de protección de área amplia ( APS, por sus siglas - -
en inglés) , un sistema de control y adquisición de datos supervisado (SCADA, por sus siglas en inglés) , un controlador de automatización programable (PAC, por sus siglas en inglés) , un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) , un controlador de protección de descarga por arco dedicado (por ejemplo, una AFDU) , un esquema de protección de integridad de sistema o cualquier otro dispositivo capaz de monitorear y/o proteger un sistema de energía eléctrica. En consecuencia, el IED 102 puede comprender uno o más procesadores, memoria, medios de almacenamiento legibles en computadora, interconexiones de comunicación, componentes HMI y similares. En la modalidad de la figura IB, el IED 102 puede ser un relevador protector tal como el SEL 751 fabricado y disponible de Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. de Pullman, WA.
Como se muestra en la figura IB, la AFDU 103 se puede implementar con el IED 102 (por ejemplo, como un componente del IED 102) . La AFDU 103 se puede implementar como instrucciones legibles por una máquina y/o interpretables por una máquina, almacenados en un medio de almacenamiento legible en computadora del IED 102. De manera alternativa o adicional, la AFDU 103 puede comprender uno o más componentes de elementos físicos (hardware) . En algunas modalidades, la AFDU 103 (o porciones de la misma) se pueden implementar independientemente de un IED 102 (por ejemplo, la - -
AFDU 103 puede comprender sus propios recursos de procesamiento independientes, interconexiones de comunicación, etc.).
El IED 102 y/o la AFDU 103 se pueden configurar para monitorear equipo de sistema de energía colocado dentro del alojamiento 104. El alojamiento 104 puede comprender un gabinete de conmutador, un recinto sellado o cualquier otro equipo de alojamiento. El alojamiento 104 puede encerrar equipo de conmutador tal como interruptores de circuito 110A, 110B y/o 110C y similares.
La AFDU 103 puede recibir diversos tipos de estímulo 120 del sistema 101 de energía. Los estímulos 120 se pueden recibir directamente (por ejemplo con sensores acoplados a la AFDU 103) y/o indirectamente a través de otro dispositivo, tal como el IED 102. En el ejemplo de la figura IB, la AFDU 103 está configurada para recibir estímulos de corriente (mediciones de corriente obtenidas por transformadores de corriente) y estímulos EO (radiación EO captada por recolectores de radiación EO) .. La AFDU 103 se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco en base en la corriente y en los estímulos EO 120. No obstante, en modalidades alternativas, la AFDU 103 se puede configurar para detectar eventos de descarga por arco utilizando otros tipos de estímulos (por ejemplo radiación EO y/o mediciones de corriente únicamente, calor, presión, - -
emisiones químicas, etc.).
La AFDU 103 se puede configurar para monitorear una señal de energía trifásica que comprende tres conductores 114A, 114B y 114C, cada uno de los cuales pueden correr a través del alojamiento 104 (uno para cada fase de la señal de energía trifásica) . Por ejemplo, el conductor 114A puede transportar la señal de energía eléctrica "fase A", el conductor 114B puede transportar una señal de energía eléctrica "fase B" y el conductor 114C puede transportar una señal de energía eléctrica "fase C" . Aunque una señal de energía trifásica se denomina en la presente, una persona experta en el ámbito reconocerá que las enseñanzas de esta descripción se pueden aplicar a sistemas de energía que comprenden cualquier tipo y/o número de señales de energía y, como tales, las enseñanzas de la descripción no deben considerarse como limitadas a este respecto.
En el ejemplo de la figura IB, la AFDU 103 recibe mediciones de corriente de los transformadores de corriente (CT, por sus siglas en inglés) acoplado comunicativa y/o eléctricamente a los conductores 114A, 114B y/o 114C; los CT 112A, 112B y 112C están acoplados a los conductores 114A, 114B y 114C en una primera ubicación 109 y los CT 108A, 108B y 108C están acoplados a los conductores 114A, 114B y 114C en una segunda ubicación 111 (por ejemplo en un extremo opuesto del alojamiento 104) .
- -
La AFDU 103 está acoplada comunicativamente a los recolectores de radiación EO 116A, 116B, 116C, 116D y 118 los cuales pueden estar configurados para detectar radiación EO emitida dentro de la vecindad del alojamiento 104. Como se utiliza en la presente, un recolector de radiación EO tal como los recolectores de radiación EO de punto 116A, 116B, 116C y 116D y/o recolector 118 de radiación EO de bucle se pueden configurar para captar diversos tipos de radiación EO que incluyen radiación EO visible (por ejemplo luz visible), radiación infrarroja (IR), radiación ultravioleta (UV) y/o radiación EO en otras multitudes de onda.. Además, como se utiliza en la presente, la luz o un "evento de iluminación" puede referirse a una radiación EO que comprende energía EO en muchas longitudes de onda diferentes, algunas de las cuales pueden ser visibles por el ojo humano y algunas de las cuales no. Por lo tanto, esta descripción no debe considerarse como limitada a la detección y/o procesamiento de únicamente radiación EO visible para los humanos, sino que debe leerse que abarca cualquier tipo de radiación EO conocida en el ámbito.
Los recolectores de radiación EO 116A, 116B, 116C, 116D y 118 se pueden distribuir dentro del .alojamiento 104 y pueden estar acoplados comunicativa y/o electroópticamente al IED 102 y/o a la AFDU 103. En algunas modalidades, los recolectores de radiación EO 116A, 116B, 116C y/o 116D pueden - -
ser "recolectores de puntos" que comprenden terminales de fibra óptica (u otro material conductor de EO) configurado para detectar selectivamente radiación EO dentro del alojamiento 104 (por ejemplo detectar radiación EO en puntos y/o ubicaciones particulares dentro del alojamiento 104) . Los recolectores de punto de radiación EO 116A, 116B, 116C y/o 116D se pueden colocar y/o ubicar dentro del alojamiento 104 de manera que sean capaces de recolectar y/o transmitir radiación EO producida por un evento de descarga por arco en el mismo (por ejemplo, en la vecindad de los componentes de conmutador, tal como los interruptores de circuito 110A, 110B y/o 110C, un compartimiento de troncal de interruptor (no mostrado) o similar). Por ejemplo, los recolectores de punto de radiación EO 116A, 116B, 116C y/o 116D se pueden colocar para tener una línea de visión y/o una trayectoria electroóptica a los interruptores respectivos 110A, 110B y/o 110C (por ejemplo, para evitar "sombras" u otras estructuras que oscurezcan dentro del alojamiento 104) . En algunas modalidades, los recolectores de punto 116A, 116B, 116C y/o 116D pueden ser acoplados ópticamente a elementos ópticos adicionales (no mostrados) tales como espejos, terminales de fibra óptica, lentes, materiales conductores EO o similares, los cuales se pueden configurar para dirigir radiación EO producida dentro del alojamiento 104 y/o en la vecindad de los componentes de conmutador (por ejemplo interruptores - -
110A, 110B y/o 110C) a uno o más de los recolectores 116A, 116B, 116C y/o 116D.
Los recolectores 116A, 116B, 116C y/o 116D pueden comprender materiales conductores EO tales como filamentos de fibra óptica capaces de recolectar radiación EO y transmitir una porción de la misma al IED 102 y/o a la AFDU 103. De manera alternativa o adicional, los recolectores de radiación EO 116A, 116B, 116C y/o 116D pueden ser capaces de recolectar radiación EO y transmitir una señal eléctrica y/u otro indicador de la radiación EO detectada al IED 102 y/o a la AFDU 103 (por ejemplo vía una red de comunicación o similar) .
La AFDU 103 se puede acoplar a otros dispositivos capaces de recolectar radiación EO tal como el recolector 118 de radiación EO de bucle, el cual puede extenderse a través de una porción del alojamiento 104. El recolector 118 de radiación EO de bucle puede comprender uno o más cables de fibra óptica revestidos (u otro material conductor EO) en donde las porciones del cable están expuestas (por ejemplo porciones del revestimiento alrededor del material conductor EO se retiran) . El recolector 118 de radiación EO de bucle se puede configurar para recibir radiación EO a través de estas porciones expuestas. La radiación EO recibida de esta manera se puede transmitir al IED 102 y/o a la AFDU 103. De manera alternativa o adicional, el recolector 118 de radiación EO de bucle puede comprender un sensor EO dedicado (no mostrado) el - -
cual puede transmitir una señal eléctrica u otro indicador de la radiación EO detectada por el mismo (por ejemplo vía una red de comunicación o similar) .
Aunque la figura IB muestra a la AFDU 103 recibiendo un estimulo EO de un conjunto particular de recolectores de radiación EO 116a, 116B, 116C, 116D y 118, una persona experta en el ámbito reconocerá que las enseñanzas de esta descripción se pueden aplicar a cualquier cantidad y/o tipo de recolectores de radiación EO que incluyen, pero que no se limitan a: lentes ópticos, guías de onda, concentradores y similares. Por lo tanto, esta descripción no debe leerse como limitada a un número, tipo y/o distribución particular de recolectores de radiación EO . Además, aunque se muestra un alojamiento 104 particular, la descripción no se limita a este respecto; las enseñanzas de esta descripción se pueden aplicar a cualquier alojamiento conocido en el ámbito que incluyen, pero que no se limitan a: una caja de interruptor, una caja de conmutadores, un recinto de barra de bus, un ducto, un conducto u otro recinto o tipo de alojamiento.
La AFDU 103 se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco en base, por ejemplo, en estímulos recibidos desde los CT 108A, 108B, 108C, 112A, 112B y 112C y/o recolectores de radiación EO 116A, 116B, 116C, 116D y 118. Los niveles altos de radiación EO y/o los niveles - -
de corriente alta pueden ser indicativos de que un evento de descarga por arco se presenta dentro del alojamiento 104. En respuesta a que la AFDU 103 detecta un evento de descarga por arco, el IED 102 se puede configurar para que lleve a cabo una o más acciones protectoras tal como disparo de uno o más interruptores de circuito (por ejemplo interruptores 106A, 106B y/o 106C) , separación de uno o más de los conductores 114A, 114B y/o 114C de la fuente de energía, transmisión de una o más señales de alarma a dispositivos externos, presentación de una alarma en una HMI o similar.
Por ejemplo, el IED 102 puede estar acoplado comunicativamente a los interruptores de circuito 106A, 106B, 106C vía una red de comunicación (por ejemplo sobre una red Ethernet, una red SCADA, una red IEEE C37.118, una red inalámbrica o similar) . En respuesta a que la AFDU 103 detecta un evento de descarga por arco sobre uno o más de los conductores 114A, 114B y/o 114C, el IED 102 puede configurarse para interrumpir el flujo de energía en el mismo .
La figura 2 muestra un sistema 200 de energía que comprende una AFDU 203. La AFDU 203 mostrada en la figura 2 puede ser parte de un IED, tal como el IED 102 que se muestra en la figura IB y/o puede ser un dispositivo independiente (por ejemplo un dispositivo agregado) el cual puede estar acoplado comunicativamente a un IED u otro dispositivo - -
protector .
En la modalidad de la figura 2, la AFDU 203 puede monitorear una porción de un sistema 200 de energía eléctrica el cual puede comprender un conductor 215 y un interruptor 206 de circuito. La AFDU 203 puede recibir diversos tipos de estímulos 220 del sistema 200 de energía eléctrica. En el ejemplo de la figura 2, la AFDU 203 recibe corriente y estímulos 220 de radiación EO vía dispositivos de medición respectivos 213 y 217. Un CT 213 se puede acoplar al conductor 215 para medir una corriente que fluye por el mismo. El CT 213 se puede acoplar comunicativamente a una entrada 211 de la AFDU 203 para proporcionar estímulos de medición de corriente al mismo. Un recolector 217 de radiación EO se puede colocar en proximidad al conductor 215 y/o dentro de un alojamiento 204 a través del cual pasa el conductor 215. El recolector 217 de radiación EO puede comprender un recolector de radiación EO de fuente de punto, un recolector de radiación EO de bucle o cualquier otro dispositivo capaz de recolectar y/o transmitir radiación EO .
Un evento de descarga por arco que se presente en la vecindad del conductor 215 (por ejemplo entre el conductor 215 y una conexión a tierra, otro conductor (no mostrado) , un conmutador (no mostrado) , un interruptor de circuito (no mostrado) o similar) puede producir un evento 250 EO. El evento 250 EO causado por la descarga por arco puede generar - -
que se emita radiación EO, la cual se puede detectar por el recolector 217 de radiación EO. Como se describe en lo anterior, el evento 250 EO puede producir radiación EO a diversas frecuencias y/o longitudes de onda, algunas de las cuales pueden ser visibles para un humano. El recolector 217 de radiación EO puede estar acoplado electroópticamente a la AFDU 203 para transmitir una porción de la radiación EO emitida por el evento 250 EO y detectada por el recolector 217 de radiación EO al sensor 221 EO de la AFDU 203.
El sensor 221 EO se puede configurar para convertir radiación EO recibida desde el recolector 217 de radiación EO en una señal indicativa de la radiación EO (por ejemplo, una señal eléctrica) . En consecuencia, el sensor 221 EO puede comprender un fotodiodo (tal como un fotodiodo de silicio) , un fotoresistor, un detector de dispositivo acoplado a carga (CCD, por sus siglas en inglés) , un detector IR, un dispositivo semi-conductor de metal-óxido complementario (CMOS, por sus siglas en inglés) y cualquier otro dispositivo o estructura capaz de convertir radiación EO en una señal eléctrica.
En algunas modalidades, la señal producida por el sensor 221 EO puede ser amplificada por un amplificador 222 y muestreada (por ejemplo, convertida en un valor digital separado) por un convertidor 223 A/D. El amplificador 222 puede comprender un amplificador de ganancia fija o variable. - -
En modalidades alternativas, el amplificador 222 se puede omitir. En modalidades implementadas utilizando circuitaje analógico, el convertidor 223 A/D se puede omitir.
Aunque la figura 2 muestra el sensor 221 EO, el amplificador 222 y un convertidor 223 A/D como parte de la AFDU 203, una persona experta en la técnica reconocerá que estos componentes se pueden colocar en proximidad al recolector 217 de radiación EO. En esta modalidad alternativa, el recolector 217 de radiación EO se puede configurar para generar una señal indicativa de la radiación EO detectada (por ejemplo, como una medición separada, muestreada) utilizando un sensor EO local, amplificador y/o convertidor A/D (no mostrado) y puede comunicar una o varias de las mediciones de la AFDU 203 vía una red de comunicación (no mostrada) o similar.
La AFDU 203 incluye un elemento 224 sobre la luz, el cual puede producir una señal 205 de luz de arco en base en las mediciones EO recibidas vía el sensor . EO . La determinación de la señal 205 de luz de arco puede indicar que la AFDU 203 ha detectado radiación EO indicativa de un evento de descarga por arco.
En algunas modalidades, el elemento 224 sobre la luz puede comparar las mediciones de radiación EO separadas y muestreadas producidas por el convertidor 223 A/D a un valor umbral de iluminación excesiva. El valor umbral de - -
iluminación excesiva puede representar un nivel de radiación EO que es indicativo de un evento de descarga por arco (por ejemplo, en oposición a cambios en condiciones de luz ambiente o similares) . La señal 205 de luz de arco se puede determinar si en el nivel de radiación EO excede el umbral. El umbral se puede adaptar de acuerdo con un nivel de sensibilidad deseado de la AFDU 203.
El elemento 224 de luz excesiva puede implementar otras técnicas de comparación. En algunas modalidades, la comparación se puede basar en una métrica de tiempo-intensidad. Una métrica de tiempo- intensidad puede incluir y valuar una relación de tiempo- intensidad del estímulo. La relación tiempo- intensidad puede ser inversa, de manera tal que conforme la intensidad del estímulo aumenta, el requerimiento de tiempo de la métrica tiempo- intensidad disminuye, y viceversa.
En algunas modalidades, el elemento 224 de luz excesiva puede implementar una comparación de tiempo sobre estímulo (por ejemplo, una comparación de inverso de tiempo sobre radiación EO) , lo cual puede provocar que la señal 205 de luz de arco para determinar si la radiación EO detectada por la AFDU 203 se mantiene en o por encima de un nivel de intensidad particular para un umbral de tiempo correspondiente. El umbral de tiempo se puede relacionar con la intensidad del estímulo (por ejemplo en base en la intensidad de la radiación EO) ; cuanto mayor sea la intensidad de la radiación EO más corto será el umbral de tiempo, y viceversa. El umbral de tiempo se puede seleccionar a partir de una gráfica de tiempo sobre estímulo, un ejemplo de la cual se describe en lo siguiente junto con la figura 3A. La luz excesiva 224 puede determinar la señal 205 de luz de arco cuando las mediciones de radiación EO satisfacen el nivel de intensidad (por ejemplo se mantienen en o por encima del nivel de intensidad) para el umbral de tiempo seleccionado .
En otro ejemplo, la métrica de tiempo- intensidad implementada por el elemento 224 de luz excesiva puede incluir una métrica de estímulo acumulativo. Una métrica de estímulo acumulativo puede acumular mediciones de estímulo con respecto al tiempo para determinar un valor de estímulo acumulativo (por ejemplo al sumar y/o integrar las mediciones dentro de un intervalo de tiempo) . Si el valor del estímulo acumulativo excede un umbral, la señal 205 de luz de arco se puede determinar (por ejemplo, si el estímulo acumulado dentro de un período de tiempo predeterminado excede un umbral de estímulo acumulativo) . En algunas modalidades, el valor de estímulo acumulativo se puede calcular dentro de un período de tiempo predeterminado (por ejemplo dentro de un intervalo de tiempo deslizable) . Cuanto mayor sea la intensidad del estímulo más rápidamente se alcanzará el valor - -
de estímulo acumulativo umbral. Un ejemplo de una gráfica de estímulo acumulativo se describe a continuación en relación con la figura 3B.
Aunque en la presente se describen diversas métricas de comparación tiempo- intensidad (inversa de tiempo sobre estímulo y/o estímulo acumulativo), la AFDU 203 y/o el elemento 224 de luz excesiva no se limitan a este respecto y pueden utilizar y/o incorporar cualquier técnica de métrica de tiempo- intensidad y/o comparación conocida en el ámbito.
La determinación de la señal 205 de luz de arco puede ser indicativa de un evento de descarga por arco. Por lo tanto, en algunas modalidades, la señal 205 de luz de arco se puede transmitir a un IED (no mostrado) , lo cual puede provocar que se lleven a cabo una o más acciones protectoras, tal como separación del conductor 215 del sistema de energía (por ejemplo al disparar el interruptor 206 de circuito), determinando una o más alarmas o alertas, determinar la señal 229 de disparo (que se describe más adelante) y similares.
En el ejemplo de la figura 2, la AFDU 203 se configura para detectar un evento de descarga por arco en base en una combinación de EO y estímulo de corriente. Por lo tanto, se puede formar una señal 209 de detección de descarga por arco producida por la AFDU 203 a partir tanto de la señal 205 de luz de arco como de la señal 207 de corriente de arco (por ejemplo mediante la compuerta 228 Y (AND)) . La señal 207 - -
de corriente de arco se puede determinar ante la detección de una condición de corriente excesiva indicativa de un evento de descarga por arco como se describe en lo siguiente.
La entrada 211 de corriente de la AFDU 203 se puede configurar para recibir mediciones de corriente adquiridas por un CT 213, el cual puede estar acoplado comunicativa y/o eléctricamente al conductor 215. En algunas modalidades, las mediciones de corriente recibidas pueden ser filtradas (por un filtro 225, el cual puede comprender una de paso bajo, un filtro de paso de banda, un filtro contra deformaciones, una combinación de filtros o similares). Además, en algunas modalidades, una magnitud de las mediciones de corriente se pueden calcular por un bloque 226 de valor absoluto y/o se pueden muestrear (por ejemplo utilizando un convertidor A/D (no mostrado) ) .
En el ejemplo de la figura 2, la señal 207 de corriente de arco se puede formar utilizando un comparador 227 el cual puede determinar la señal 207 de corriente de arco si las mediciones de corriente exceden un umbral 208 de corriente de arco. No obstante, la descripción no se limita a este respecto; cualquier técnica de comparación conocida en el ámbito se puede utilizar para determinar la señal 207 de corriente de arco. Además, en algunas modalidades, la señal 207 de corriente de arco se puede producir utilizando un elemento de corriente excesiva (no mostrado) el cual puede - -
implementar una métrica de tiempo- intensidad como se describe en anterior (por ejemplo una técnica de comparación de inverso de tiempo sobre estímulo, una técnica de estímulo acumulativo o similar) .
La señal 205 de luz de arco y la señal 207 de corriente de arco fluyen a la compuerta 228 Y (AND) , cuya salida puede comprender una señal 209 de detección de descarga por- arco. En algunas modalidades, la AFDU 203 puede incluir además un temporizador de seguridad (no mostrado) . El temporizador de seguridad puede supervisar la señal 209 de detección de descarga por arco de manera que la señal 209 de detección de descarga por arco se determina únicamente si la salida de la compuerta 228 Y es determinada para un período de tiempo predeterminado y/o un número de ciclos de medición predeterminados.
Como se describe en lo anterior, la señal 209 de detección de descarga por arco puede provocar que se lleven a cabo una o más acciones protectoras. En algunas modalidades, la señal 209 de detección de descarga por arco se puede utilizar para activar uno o más módulos protectores (por ejemplo, módulos protectores y/o funciones de un IED (no mostrado) sobre los cuales se implementa la AFDU 203) . La figura 2 muestra la señal 209 de detección de descarga por arco que activa un módulo 209 de señal de disparo. El módulo 229 de señal de disparo puede comprender una función - -
protectora de un dispositivo protector, tal como un IED. La determinación de la señal 209 de detección de descarga por arco puede provocar que el módulo 229 de señal de disparo genere una señal de disparo al interruptor 206 de circuito. El interruptor 206 de circuito puede separar al conductor 215 de energía lo cual puede depurar el evento de descarga por arco y minimizar la energía liberada por el mismo.
La AFDU 203 y/o el módulo 229 de señal de disparo se puede configurar para transmitir la señal de detección de descarga por arco en un formato particular y/o al utilizar un protocolo particular que incluye, pero que no se limita a: Ethernet, SCADA, IEEE C37.118, SNMP o similar. Como lo apreciarán los expertos en el ámbito se puede utilizar cualquier mecanismo de señalización y/o control bajo las enseñanzas de esta descripción.
En algunas modalidades, la señal 209 de detección de descarga por arco se puede comunicar a un IED u otro dispositivo configurado para monitorear y/o proteger el sistema 200 de energía. La AFDU 203 (sola o junto con otro dispositivo tal como un IED) se pueden configurar para proporcionar otros mecanismos en monitoreo y/o protección de evento de descarga por arco que incluyen, pero que no se limitan a; transmitir la señal 209 de detección de descarga por arco a una HMI , IED u otro dispositivo; disparar interruptores de circuito adicionales; desviar energía hacia - -
o desde porciones de un sistema de energía; y similares.
En algunas modalidades, la AFDU 203 puede ser configurable . La configuración de la AFDU 203 puede comprender determinar una sensibilidad del elemento 224 de luz excesiva, determinar la sensibilidad de un elemento de corriente excesiva (no mostrado) y/o el umbral 208, determinar de qué manera la señal 209 de detección de descarga por arco se forma (por ejemplo por la señal de luz de arco únicamente 205, por una combinación de la señal 205 de luz de arco y la señal 207 de corriente de arco, etc) o similares. la AFDU 203 puede recibir información de configuración vía intercomunicación de comunicaciones (no mostrada) y/o la HMI (no mostrada) . En modalidades en donde se implementa una AFDU 203 dentro de un IED, el IED (u otro dispositivo de cálculo) se puede configurar para proporcionar una HMI u otra interconexión para proporcionar configuración de la AFDU 203.
Como se describe en lo anterior, el elemento 224 de luz excesiva se puede configurar para determinar la señal 205 de luz de arco en base en diversas condiciones diferentes que incluyen tiempos-intensidad o métrica. La figura 3A ilustra un ejemplo de una gráfica de diversa de tiempo sobre estímulo la cual puede ser utilizada por un elemento de luz excesiva tal como el elemento 224 de luz excesiva para determinar la determinación de una señal 205 de luz de arco (por ejemplo un - -
elemento de inverso de tiempo sobre - luz) . No obstante, la gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo en la figura 3A no se limita a estímulos EO y puede ser adaptada para uso con otros tipos de estímulos (por ejemplo en un elemento de corriente excesiva o similar) .
En el ejemplo de la figura 3A, el eje de las abscisas 310 de la gráfica 302 puede representar tiempo (en unidades relacionadas con el ciclo de sistema de energía) y el eje de las ordenadas 302 puede representar intensidad de estímulo (en múltiplos de un valor de captación de sensor) .
La línea 304 de gráfica puede definir una condición de operación de un elemento de tiempo sobre estímulo. En consecuencia, la línea 304 de gráfica puede determinar el tiempo a un nivel de intensidad particular de estímulo que se observa antes de que opere el elemento (por ejemplo determina una salida, tal como una salida 205 de luz de arco de la figura 2) . Como se muestra en la gráfica 302, conforme se incrementa el nivel de intensidad del estímulo, disminuye el tiempo en que el estímulo debe satisfacer el nivel de intensidad antes de la operación del elemento, y viceversa. Por ejemplo, de acuerdo con la línea 304 de gráfica a niveles relativamente bajos de intensidad de estímulo (por ejemplo estímulos que tienen un nivel de intensidad de aproximadamente la captación del sensor) , el tiempo que se requiere que el estímulo satisfaga el nivel de intensidad - -
(por ejemplo para ser mantenido en o por encima del nivel de intensidad) antes de la operación del elemento es de aproximadamente 3.5/16 ciclos. A niveles de intensidad de estímulo aumentados, tal como 10 veces el valor de captación del sensor, el umbral de tiempo que el . estímulo debe satisfacer el nivel de intensidad antes de operación del elemento disminuye (por ejemplo justo por encima de 1/32 de un ciclo) . En consecuencia, un elemento supervisado por la gráfica 302 puede ser capaz de reaccionar rápidamente con un estímulo de alta intensidad mientras evita una operación indebida debido a transitorias a niveles de estímulo menores
Como se muestra en la gráfica 302, la línea 304 de gráfica varía de acuerdo con el nivel de intensidad del estímulo (conforme se incrementa el nivel de intensidad del estímulo disminuye el tiempo para operación del elemento) . En consecuencia, la gráfica 302 puede proporcionar una métrica de tiempo- intensidad dado que la gráfica 302 define una relación entre diferentes niveles de intensidad de estímulo y umbrales de tiempo correspondientes (por ejemplo los umbrales de tiempo especificados en la gráfica 302 son inversamente proporcionales al nivel de intensidad del estímulo) .
Como se ha descrito antes, una gráfica de estímulo acumulativo puede proporcionar otro ejemplo de una métrica de tiempo- intensidad . La figura 3B es un ejemplo de la métrica de tiempo- intensidad incrementada utilizando mediciones de - -
estímulo acumuladas (por ejemplo la suma o integral de mediciones de estímulo como una función del tiempo) .
La figura 3B muestra una gráfica 320 de estímulo acumulativa derivada de un conjunto de mediciones de estímulo m(t) (mostrada en el estímulo, gráfica 313 de tiempo-intensidad) . La gráfica 313 de tiempo-intensidad puede representar la intensidad de una medición de estímulo particular con respecto al tiempo. Por ejemplo, la señal 315 puede representar el nivel de intensidad de mediciones de radiación EO detectadas por un recolector de radiación EO como una función del tiempo. En consecuencia, el eje de las ordenadas 314 de la gráfica 313 puede representar intensidad de estímulo (por ejemplo como múltiplos de valor de captación de sensor o similar) y el eje de las abscisas 319 puede representar tiempo.
La gráfica 320 de estímulo acumulativa se puede generar al acumular (por ejemplo sumar o integrar) las mediciones de estímulo m(t) 315 como una función del tiempo. En consecuencia, el eje de las ordenadas de la gráfica 320 puede representar un valor de estímulo acumulado y el eje de las abscisas 319 puede representar tiempo. En el ejemplo de la figura 3B, la gráfica 320 de estímulo acumulativo se determina al acumular mediciones de estímulo dentro de un intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo un intervalo deslizable que tiene una anchura w) . Por lo tanto, en un - -
punto p particular en t0 dentro del intervalo de deslizamiento, la gráfica 320 de estímulo acumulativo se puede calcular a partir de un conjunto de mediciones diferentes m(t), como sigue:
Ecuación 3.
Si se utilizan mediciones continuas m(t), el punto p en t0 se puede calcular de acuerdo con la ecuación 4:
Ecuación 4.
En algunas modalidades, las mediciones m(t) se pueden procesar antes de ser usadas para calcular los valores integrales del intervalo deslizable (por ejemplo, se pueden filtrar, escalar o aumentar, interpolar o similares) . Además, las ecuaciones 3 y/o 4 se pueden modificar y/o adaptar de acuerdo con diversas modalidades. Por ejemplo, el punto p se puede normalizar a la anchura w del intervalo (por ejemplo, dividido entre w) , el intervalo se puede sesgar hacia adelante o hacia atrás en el tiempo o similar.
La gráfica 320 de estímulo acumulativo es un ejemplo de una gráfica integral de estímulo de intervalo deslizable calculada como se muestra en lo anterior (por ejemplo de acuerdo con las ecuaciones 1 y/o 2) . Se puede - -
definir un valor 325 de un umbral de estímulo acumulativo de manera que si el valor de estímulo acumulativo mostrado en el eje de las ordenadas 316 (por ejemplo, el valor de la integral de intervalo de deslizamiento y/o la suma (calculada por la ecuación 3 o 4)) excede el umbral 325, se puede detectar una condición de estímulo excesivo lo cual puede provocar que un elemento controlado de esta manera opere (por ejemplo, el elemento 224 de luz excesiva de la figura 2 puede determinar la salida 205 de luz excesiva) . El ejemplo de la figura 3B muestra el umbral 325 de estímulo acumulativo el cual es alcanzado por la gráfica 320 de estímulo acumulativo en el punto 327.
La gráfica 320 de estímulo acumulativo se puede modificar y adaptar de acuerdo con diversas modalidades. Por ejemplo, la anchura w del intervalo 317 deslizable puede ser adaptable de acuerdo con la naturaleza de las mediciones de estímulo m(t) (graficadas como 315 en la figura 3B) . Por ejemplo, si las mediciones muestran un nivel relativamente bajo de estímulo para un período de tiempo extendido (por ejemplo la gráfica 320 de estímulo acumulativo está aumentando y/o aumenta de manera monotónica) , la anchura w del intervalo de deslizamiento se puede expandir. En respuesta a la expansión se puede incrementar el umbral 325. De esta manera, la gráfica es capaz de reaccionar a la actividad de estímulo que se desarrolla más lentamente. De - -
manera alternativa, la anchura w del intervalo 317 deslizable se puede reducir en respuesta a mediciones 315 de estímulo altamente variables.
Como se ilustra en lo anterior, las técnicas de comparación de inverso de tiempo sobre estímulo y estímulo acumulativo descritas en la presente se pueden utilizar para supervisar detección de descarga por arco. Por ejemplo, un elemento de luz excesiva (u otro elemento de detección de descarga por arco) puede ser una detección de descarga por arco sobre una métrica de tiempo-intensidad, tal como una gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo y/o un valor de estímulo acumulativo (por ejemplo la comparación de estímulo integral de intervalo de deslizamiento) . Estas técnicas se pueden denominar como una métrica de tiempo-intensidad dado que ambas supervisan la detección de descarga por arco como una función de la intensidad de estímulo y tiempo (duración) .
La figura 4A es un diagrama de bloques de una modalidad de un aparato 400 para detectar un evento de descarga por arco. El aparato 400 se puede incluir como un componente de una AFDU (tal como la AFDU 103 y/o 203 descrita antes) y/o un IED (tal como el IED 102 descrito antes) .
El aparato 400 puede recibir señales que corresponden a las mediciones de corriente que corresponden a cada fase de una señal trifásica (fases 402A, 402B y 402C) . Cada una de las mediciones se puede comparar contra un umbral - -
404 utilizando comparadores 406A, 406B y 406C, cuyas salidas pueden fluir a una compuerta 408 0 (OR) . En consecuencia, la salida de la compuerta 408 0 puede determinar si cualquiera de las mediciones de corriente 402A, 402B y/o 402C excede el, umbral 404. La salida de la compuerta 408 O fluye a un temporizador 410 de seguridad el cual puede proporcionar funcionalidad de temporizador de captación y de expulsión. En el ejemplo de la -figura 4A, el temporizador 410 puede proporcionar un temporizador de captación de 2 muestras de medición y un temporizador de expulsión de 16 muestras. La salida del temporizador 410 puede comprender una señal 407 de detección de corriente de arco.
El aparato 400 puede recibir mediciones de radiación EO obtenidas en diversas ubicaciones dentro de un sistema de energía (por ejemplo en diversas ubicaciones dentro de un recinto de conmutador o similar) . Las mediciones de radiación EO se pueden procesar (por ejemplo se pueden transducir, filtrar, cuantificar, etc.) y se reciben como entradas 414, 416, 418 y 420.
Los comparadores 430, 432, 434 y 436 pueden comparar las entradas de medición de radiación EO 414, 416, 418 y 420 (entradas EO en la figura 4A) con los umbrales respectivos 422, 424, 426 y 428 (umbrales EO de la figura 4A) . Los umbrales EO de la figura 4A se pueden utilizar para acomodar el uso de diferentes recolectores de radiación EO - -
y/o sensores de radiación EO con el aparato 400, cada uno de los cuales se puede configurar de manera diférente y pueden tener un nivel de sensibilidad respectivo diferente (por ejemplo un nivel de captación diferente, imponer diferentes cantidades de atenuación, etc) . Las mediciones de radiación EO que exceden sus umbrales EO de la figura 4A respectivos pueden fluir hacia los elementos comparadores respectivos 438, 440, 442 y 444 (elementos compradores EO en la figura 4A) .
Los elementos comparadores EO de la figura 4A pueden implementar una métrica de tiempo- intensidad tal como las comparaciones de inverso de tiempo sobre estímulo y/o estímulo acumulativo (por ejemplo estímulo integral) descrito antes. En el ejemplo de la figura 4A, los comparadores EO de la figura 4A pueden comprender comparadores de inverso de tiempo sobre luz. En consecuencia, los elementos comparadores EO de la figura 4A pueden ajustar el tiempo de captación necesario para determinar sus salidas respectivas (señales de detección de luz de arco 439, 441, 443 y /o 445) de acuerdo con la intensidad de las entradas EO de la figura 4A (por ejemplo, como se describe en lo anterior en relación con la figura 3) . Aunque se describen en la presente comparadores de inverso de tiempo sobre estímulo, la descripción no se limita a este respecto. Por ejemplo, uno o más de los elementos comparadores EO de la figura 4A pueden comprender diversos - -
elementos de detección de descarga por arco tal como los elementos de inverso de tiempo sobre estímulo, elementos comparadores de estímulo acumulativo (por ejemplo estímulo integral y/o elementos de comparación de estímulo integral de intervalo deslizable) , otro tipos de comparadores de tiempo-intensidad o similares.
Se puede proporcionar un conjunto adicional de temporizadores de captación/expulsión 446, 448, 450 y/o 452 (temporizadores EO de la figura 4A) . Los temporizadores EO de la figura 4A pueden tener una expulsión de un ciclo. Las expulsiones de los temporizadores EO de la figura 4A se pueden combinar en una señal 405 de detección de luz de arco única (por ejemplo mediante una compuerta 454 O) , por ejemplo si cualquiera de las mediciones de radiación EO es indicativa de un evento de descarga por arco (de acuerdo con los elementos comparadores EO de la figura 4A) , se puede determinar la señal 405 de detección de descarga por arco.
La señal 405 de detección de luz de arco y la señal 407 de detección de corriente de arco se pueden combinar en una señal 409 de detección de descarga por arco mediante una compuerta 412 Y (AND) .
Aunque la figura 4A muestra un sistema configurado para recibir cuatro mediciones de radiación EO 414, 416, 418 y 420, la descripción no se limita a este respecto. El aparato 400 se puede adaptar para recibir cualquier cantidad - -
de mediciones de radiación EO. Similarmente , aunque el ejemplo de la figura 4A utiliza los comparadores 406A, 406B y 406C para producir la señal 407 de detección de corriente de arco, el aparato 400 se puede modificar para utilizar elementos de tiempo-intensidad tal como el elemento comparador de inverso de tiempo sobre corriente y/o estímulo acumulativo) .
La figura 4B ilustra otra modalidad de un aparato 401 para detectar un evento de descarga por arco. El aparato 401 puede ser incluido como un componente de una AFDU (tal como la AFDU 103 y/o 203 descrita) y/o un IED (tal como el IED 102 descrito antes) .
El aparato 401 determina una señal 405 de detección de luz de arco utilizando señales de estímulo EO 414, 416, 418 ó 420 como se describe en lo anterior. La señal de corriente de arco 407 se puede formar utilizando mediciones de corriente 402A, 402B o 402C.
Las mediciones de corriente 402A, 402B y/o 402C pueden fluir a través de los comparadores 406A, 406B y 406C los cuales pueden ser controlados por umbrales respectivos 403A, 403B y 403C. Los umbrales 403A, 403B y/o 403C se pueden configurar para normalizar las mediciones de corriente 402A, 402B y/o 402C (por ejemplo para tomar en consideración las diferencias en la configuración, orientación y similar de un transformador de corriente) . En algunas modalidades la - -
normalización se puede llevar a cabo fuera del aparato 400 y, de esta manera, se pueden omitir los comparadores 406A-406C y los umbrales 403A-403C.
Las mediciones de corriente pueden fluir a los elementos comparadores respectivos 404A, 404B y 404C, cada uno de los cuales puede implementar una métrica de tiempo-intensidad tal como una comparación de inverso de tiempo sobre estímulo (por ejemplo una comparación de inverso de tiempo sobre corriente), una comparación de estímulo acumulativo (por ejemplo una comparación de integral y/o estímulo integral de intervalo deslizable) o similar, Las salidas de los elementos comparadores 407A-407C pueden fluir a la compuerta 408 0 y el temporizador 410 para formar una señal 407 de detección de corriente de arco como se describe en lo anterior.
La señal 407 de detección de corriente de arco y la señal 405 de detección de luz de arco pueden fluir al elemento 403 de combinación el cual puede producir una señal 409 de detección de descarga por arco. El elemento 413 de combinación puede comprender uno o más multiplexores , elementos lógicos (por ejemplo compuertas Y, compuertas 0, etc.), elementos basculantes, interruptores o simi|lares. El elemento 413 de combinación se puede configurar (por la configuración 415) para determinar la señal 409 de detección de descarga por arco en base en diversas combinaciones de la - -
señal 407 de detección de luz de arco y la señal de detección de corriente de arco. Por ejemplo, el elemento 413 de combinación puede determinar la señal 409 de detección de descarga por arco si se determina la señal 405 de detección de luz de arco, sin importar el estado de la señal 407 de detección de corriente de arco o viceversa. De manera alternativa, el elemento de combinación 413 puede determinar la señal 409 de detección de descarga por arco únicamente de ambas, la señal 405 de detección de luz de arco y la señal 407 de detección de corriente de arco se han determinado (por ejemplo, como en la figura 4A) . La operación del elemento 413 de combinación se puede controlar por la configuración 415, la cual puede ser mostrada vía una HMI , se puede establecer por un operador humano (o de otro tipo) o similar.
La figura 5 es un diagrama de flujo de una modalidad del método 500 para proporcionar protección segura contra descarga por arco. El método 500 puede comprender una o más instrucciones ejecutables por una máquina almacenados en un medio de almacenamiento legible en computadora. Las instrucciones se pueden configurar para provocar que una máquina tal como un dispositivo de cómputo o IED realicen el método 500. En algunas modalidades, las instrucciones pueden estar constituidas como uno o más módulos de programa distintos en el medio de almacenamiento. Una o más de las instrucciones y/o etapas del método 500 pueden interactuar - -
con uno o más componentes de elementos físicos tales como medios de almacenamiento legibles en computadora, interconexiones de comunicaciones, recolectores de radiación EO, sensores EO, emisores EO y similares. En consecuencia, una o más de las etapas de método 500 se pueden relacionar con componentes de máquina particulares.
En la etapa 502, el método 500 se puede inicializar, el cual puede comprender asignar y/o inicializar recursos necesarios por el método 500, tal como interconexiones de comunicaciones, medios de almacenamiento legible en computadora, recursos de procesamiento y similares. Inicializar el método 500 puede incluir recibir estímulos desde un sistema de energía. Los estímulos pueden incluir mediciones de radiación EO y/o mediciones de corriente. En modalidades alternativas se pueden recibir otros tipos de medición tal como mediciones de voltaje, mediciones de presión y similares.
En el ejemplo de la figura 5, el método 500 puede recibir estímulos EO y de corriente (en las etapas 504 y 510) . Como se muestra en la figura 5, los estímulos EO y de corriente se pueden recibir de manera concurrente. En modalidades alternativas, los estímulos EO y de corriente se pueden recibir de manera seriada y/o asincrónica (por ejemplo a diferentes velocidades de muestreo y/o medición) .
La recepción de los estímulos EO en la etapa 504 - -
puede comprende recibir una o más señales de radiación EO recibidas por uno o más recolectores de radiación EO colocados en la vecindad de un sistema de energía eléctrica (por ejemplo dentro de un alojamiento u otro recinto en el cual se localice un conmutador u otro componente de sistema de energía) . La radiación EO recolectada de esta manera se puede transmitir al método 500 vía uno o más conductores EO (por ejemplos cables de fibra óptica o similares) . El método 500 se puede configurar para recibir una pluralidad de mediciones de radiación EO a partir de una pluralidad de recolectores de radiación EO diferentes. No obstante, por claridad, los estímulos EO se pueden denominar como una medición de radiación EO única en la descripción del método 500.
La recepción de los estímulos EO en la etapa 504 puede incluir convertir la radiación EO recibida en la etapa 504 en una señal indicativa de la intensidad de la radiación EO (por ejemplo por un sensor EO tal como un CCD o similar) y puede comprender además procesar la señal (por ejemplo filtrar la señal, cuantificar la señal, etc.). La recepción de los estímulos de corriente en la etapa 510 puede comprender recibir una o más mediciones de corriente frías por uno o más transformadores de corriente en comunicación eléctrica con un sistema de energía. En algunas modalidades, cada una de una o más mediciones de corriente puede - -
comprender mediciones separadas de una señal trifásica. No obstante, por claridad, los estímulos EO pueden hacer referencia a una medición de corriente singular en la descripción del método 500.
En las etapas 506 a 508, el método 500 puede determinar si los estímulos EO son indicativos de un evento de descarga por arco. En la etapa 506, una métrica de comparación de tiempo- intensidad se puede aplicar a las mediciones de estímulo EO recibidas en la etapa 504. La métrica e tiempo- intensidad puede incluir una métrica de comparación de inverso de tiempo sobre estímulo, una métrica de estímulo acumulativo (por ejemplo, una condición de estímulo integral o una condición de estímulo integral con intervalo deslizable) o similar. Para una condición de inverso de tiempo sobre estímulo, la evaluación puede comprender determinar un nivel de intensidad del estímulo. El nivel de intensidad se puede utilizar para seleccionar un umbral de tiempo correspondiente (por ejemplo utilizando una gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo tal como la gráfica 300 descrita en lo anterior en relación con la figura 3A) . La métrica de tiempo- intensidad de la etapa 506 se puede satisfacer-^fen la etapa 508) si las mediciones de estímulo EO satisfacen el nivel de intensidad por el período de tiempo seleccionados (por ejemplo, las mediciones de estímulo EO se mantienen en o por encima del nivel de intensidad por el. - -
período de tiempo especificado en la gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo) .
De manera alternativa o adicional, la etapa 506 puede incluir evaluar una métrica de estímulo acumulativa (por ejemplo una condición de estímulo integral). Como se describe en lo anterior, una métrica de estímulo acumulativa puede comprender calcular un valor de estímulo acumulativo por mediciones de estímulo acumulativo (por ejemplo suma o integración) con respecto al tiempo (por ejemplo dentro de un intervalo de tiempo deslizable) . Se puede detectar un evento de descarga por arco cuando el valor de estímulo acumulativo excede un umbral correspondiente como se describe en lo anterior en relación con la figura 3B.
En la etapa 508, el método 500 puede determinar si se ha satisfecho la métrica de tiempo-intensidad. Para una condición de inverso de tiempo sobre estímulo, la determinación puede comprender determinar si las mediciones de estímulo EO han satisfecho el nivel de intensidad para el umbral de tiempo correspondiente (por ejemplo, determinado en la etapa 506, por ejemplo, al consultar una gráfica o tabla de inverso de tiempo sobre estímulo) . Para una métrica de estímulo -acumulativa (por ejemplo una condición de estímulo integral) , la determinación puede comprender comparar un valor de estímulo acumulativo (por ejemplo, estímulo acumulado dentro de un intervalo deslizable) a un umbral de - -
estímulo acumulativo (por ejemplo el umbral 325 de la figura 3B) . Aunque se describen en la presente ejemplos particulares de métricas de tiempo- intensidad, el método 500 no se limita a este respecto y se puede adaptar para uso de variantes de elementos de comparación de inverso de tiempo sobre estímulo y/o estímulo acumulativo descritos en la presente y/o incorporar otras técnicas de comparación de tiempo-intensidad conocidas en el ámbito.
En la etapa 508, si se satisface la métrica de tiempo- intensidad, el flujo puede continuar a la etapa 514; de otra manera, el flujo puede regresar a las etapas 504 y 510 en donde el método 500 puede continuar monitoreando el sistema de energía (por ejemplo continuar recibiendo estímulos EO y de corriente) .
En la etapa 514, el método 500 puede determinar si tanto los estímulos EO como los estímulos recurrentes son indicativos de un evento de descarga por arco. El método 500 puede determinar que él estímulo de corriente es indicativo de un evento de descarga por arco si, en la etapa 512, el estímulo de corriente excede un umbral de corriente (por ejemplo un umbral de corriente excesiva) . Si se excede el umbral de corriente, el flujo continúa a la etapa 514; de otra manera, el flujo continúa a las etapas 504 y 510 en donde el método 500 puede continuar recibiendo estímulos desde el sistema de energía. Aunque en el ejemplo de la - -
figura 5 la etapa 512 comprende una comparación de umbral de corriente, el método 500 no se limita a este aspecto. En modalidades alternativas, el método 500 puede utilizar una métrica de tiempo- intensidad en la etapa 512 la cual puede comprender una métrica de inverso de tiempo sobre estímulo, una métrica de estímulo acumulativo (por ejemplo integral, métrica integral de intervalo deslizable) u otra métrica de tiempo- intensidad .
En la etapa 514, tanto el estímulo EO como en el estímulo de corriente son indicativos de un evento de descarga por arco, el flujo puede continuar en la etapa 516; de otra manera, el flujo puede regresar a las etapas 508 y 510 en donde el método 500 puede continuar para recibir estímulos del sistema de energía. En algunas modalidades, la etapa 514- se puede configurar para detectar un evento de descarga por arco (por ejemplo, continuar en la etapa 516), si en la etapa 508 el estímulo EO es indicativo de un evento de descarga por arco (derivación de la etapa 514) . En consecuencia, el método 500 puede detectar un evento de descarga por arco en base únicamente en el estímulo EO (sin importar los resultados de las etapas 510 y 512) . Similarmente , el método 500 se puede adaptar para detectar un evento de descarga por arco (por ejemplo continuar en la etapa 516) si el estímulo de corriente es indicativo de un evento de descarga por arco (sin importar los resultados de - -
las etapas 504-508) . Por ejemplo, la etapa 514 se puede modificar para realizar una función 0 de manera que ya sea los estímulos EO o de corriente sean indicativos de un evento de descarga por arco, el flujo pueda continuar en la etapa 516.
En la etapa 516 el método 500 puede detectar un evento de descarga por arco. La detección de un evento de descarga por arco puede comprender tomar una o más acciones que incluyan, pero que no se limiten a determinar una o más alarmas, transmitir uno o más mensajes de alerta (por ejemplo a la HMI u otros dispositivos protectores tales como los IED y similares) , provocar que uno o más interruptores se disparen, tomar una o más acciones protectoras o similares. La etapa 516 puede comprender además registrar el estímulo que ha causado que se detecte un evento de descarga por arco. El registro se puede realizar en un medio de almacenamiento legible en computadora y puede incluir una secuencia de mediciones dentro de un intervalo de tiempo que lleva a la detección. En algunas modalidades, el método 500 se puede configurar para amortiguar el estímulo recibido en la etapa 504 y 510 (almacenar las mediciones en una ubicación de almacenamiento mientras las mediciones son procesadas por el método 500) . La memoria intermedia puede ser de un tamaño que sea capaz de almacenar mediciones indicativas de 1-100 ciclos de sistema de energía o más (por ejemplo mediciones obtenidas - -
dentro de 1/60 ésimo a 100/60 ésimo de un segundo). En la etapa 516, una porción del contenido a la memoria intermedia se puede almacenar en un medio de almacenamiento legible en computadora. Además, la información de configuración del método 500 se puede almacenar, lo cual puede incluir, pero no se limita a: información de configuración en relación a la métrica de tiempo- ntensidad de las etapas 506-508 (por ejemplo la gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo, anchura del intervalo de deslizamiento, valores umbral, etc.), configuraciones de la etapa 512 de comparación de corriente (por ejemplo el valor del umbral de corriente y/o la configuración de una métrica de tiempo- intensidad aplicada a los estímulos de corriente) , la configuración de la etapa 514 y similares. Después de completar las acciones en la etapa 516, el método 500 puede finalizar en la etapa 518. De manera alternativa, el flujo puede regresar a las etapas 504 y 510 en donde el método 500 puede continuar recibiendo estímulos .
La descripción anterior proporciona numerosos detalles específicos para una comprensión profunda de las modalidades descritas en la presente. No obstante, los expertos en el ámbito reconocerán que uno o más de los detalles específicos se pueden omitir o que se pueden utilizar otros métodos, componentes o materiales. En algunos casos las operaciones no se muestran ni describen - -
detalladamente .
Además los rasgos descritos, las operaciones y características se pueden combinar de cualquier manera adecuada en una o más modalidades. También se comprenderá fácilmente que el orden de las etapas o acciones de los métodos descritos en relación con las modalidades descritas se pueden cambiar, como será evidente para una persona experta en el ámbito. De esta manera, cualquier orden en los dibujos o la descripción detallada es únicamente con propósitos ilustrativos y no significa que implique un orden requerido, a menos que se especifique que se requiere un orden .
Las modalidades pueden incluir diversas etapas las cuales pueden estar constituidas en instrucciones ejecutables por una máquina para ser ejecutadas por una computadora de propósito general o de propósito especial (u otro dispositivo electrónico) . De manera alternativa, las etapas se pueden realizar por componentes de elementos físicos que incluyen circuitos lógicos específicos para realizar las etapas o por una combinación de elementos físicos, programas y/o programas registrados .
También se pueden proporcionar modalidades como un producto de programa de computadora que incluye un medio de almacenamiento legible en computadora que tiene almacenada instrucciones en la misma que pueden ser utilizadas para - -
programar una computadora (u otro dispositivo electrónico) para realizar los procesos descritos en la presente. Los medios de almacenamiento legibles en computadora pueden incluir pero no se limitan a: unidades de disco duro, discos flexibles, discos ópticos, CD-ROM, DVD-ROM, ROM, RAM, EPROM, EEPROM, tarjetas magnéticas u ópticas, dispositivos de memoria de estado sólido u otros tipos de medios de almacenamiento legibles por medios/máquinas adecuados para almacenar instrucciones electrónicas.
Como se utiliza en la presente, un módulo o componente de programa puede incluir cualquier tipo de instrucción de computadora o código ejecutable en computadora localizado dentro de un dispositivo de memoria y/o un medio de almacenamiento legible por una computadora. Por ejemplo, un módulo de programa puede comprender uno o más bloques físicos o lógicos de instrucciones de computadora los cuales se pueden organizar como una rutina, programa, objeto, componente, estructura de datos, etc., que realice una o más tareas o implemente tipos de datos abstractos particulares.
En algunas modalidades, un módulo de programa particular puede comprender instrucciones separadas que se almacenan en lugares diferentes en un dispositivo de memoria las cuales juntas implementan la funcionalidad descrita del módulo. En realidad, un módulo puede comprender una instrucción única o muchas instrucciones y puede estar distribuido sobre segmentos de código diferentes, entre programas diferentes y a través de varios dispositivos de memoria. Algunas modalidades se pueden llevar a la práctica en un ambiente de computación distribuido en donde las tareas se realizan por un dispositivo de procesamiento remoto unido a través de una red de comunicaciones. En un ambiente de computación distribuida los módulos de programas se pueden localizar en dispositivos de almacenamiento de memoria locales y/o remotos. Además, los datos que están enlazados o que se unen en un registro de base de datos pueden estar residentes en el mismo dispositivo de memoria o en varios dispositivos de memoria y se pueden enlazar uniéndose en campos de un registro en una base de datos a través de una red .
Se comprenderá por aquellos que tienen habilidad en el ámbito que pueden realizarse muchos cambios a los detalles de las modalidades descritas en lo anterior sin apartarse de los principios subyacentes de la invención.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (29)
1. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) para detectar un evento de descarga por arco en un sistema de energía, caracterizado porque comprende: una primera entrada para recibir radiación electroóptica (EO) recolectada por un primer recolector de radiación EO acoplado comunicativamente al sistema de energía; y un elemento de luz excesiva configurado para determinar una primera señal de detección de descarga por arco al aplicar una métrica de tiempo-intensidad a la radiación EO recibida ; en donde el IED detecta un evento de descarga por arco utilizando la primera señal de detección de descarga por arco.
2. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de luz excesiva está configurado para determinar un nivel de intensidad de la radiación EO recibida, seleccionar un umbral de tiempo utilizando el nivel de intensidad determinado y determinar la primera señal de detección de descarga por arco cuando la radiación EO recibida satisface el nivel de intensidad para el umbral de tiempo seleccionado.
3. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el umbral de tiempo es inversamente proporcional al nivel de intensidad determinado.
4. El IED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el umbral de tiempo se selecciona utilizando una gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo.
5. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de luz excesiva está configurado para determinar la primera señal de detección de descarga por arco en base en un valor de estímulo acumulativo determinado al acumular la radiación EO recibida.
6. El IED de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el valor de estímulo acumulativo está determinado al sumar la radiación EO recibida dentro de un intervalo de tiempo.
7. El IED de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el valor de estímulo acumulativo está determinado al integrar la radiación EO recibida dentro de un intervalo de tiempo.
8. El IED de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento de luz excesiva está configurado para determinar la primera señal de detección de descarga por arco cuando el valor de estímulo acumulativo excede un umbral .
9. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer recolector de radiación EO es una comunicación electroóptica con el IED vía un conductor EO, y en donde el primer recolector de radiación EO es uno de un punto de recolector de radiación EO y un recolector de radiación EO de bucle.
10. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además: una segunda entrada para recibir mediciones de estímulo adquiridas por un segundo detector acoplado comunicativamente al sistema de energía, en donde las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector son de un tipo de estímulo diferente al de la radiación EO recolectada por el primer recolector de radiación EO; y un segundo elemento de comparación configurado para determinar una segunda señal de detección de descarga por arco en base en las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector, y en donde el IED está configurado para detectar un evento de descarga por arco en base en la primera señal de detección de descarga por arco y la segunda señal de detección de descarga por arco.
11. El IED de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo elemento de comparación está configurado para determinar la segunda señal de detección de descarga por arco cuando las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector exceden un umbral .
12. El IED de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el segundo elemento de comparación está configurado para determinar la segunda señal de detección de descarga por arco al aplicar una métrica de comparación de tiempo- intensidad a las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector.
13. El IED de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el segundo elemento de comparación aplica una de una métrica de comparación de inverso de tiempo sobre estímulo y una métrica de comparación de estímulo acumulativo.
14. El IED de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo detector está configurado para medir una corriente dentro del sistema de energía.
15. El IED de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el IED está configurado para detectar un evento de descarga por arco cuando ambos, la primera señal de detección de descarga por arco y la segunda señal de detección de descarga por arco son determinadas .
16. El IED de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el IED está configurado para detectar un evento de descarga por arco cuando se determinen ya sea la primera o la segunda señales de detección de descarga por arco.
17. El IED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el IED está configurado para detectar un evento de descarga por arco cuando se determina la primera señal de detección de descarga por arco.
18. Un método para detectar un evento de descarga por arco en un sistema de energía, caracterizado porque comprende : recibir mediciones de estímulo de radiación electroóptica (EO) recolectado por un primer recolector de radiación EO en una comunicación electroóptica con el sistema de energía; evaluar una métrica de tiempo- intensidad utilizando las mediciones de estímulo de radiación EO; detectar un evento de descarga por arco cuando las mediciones de estímulo de radiación EO satisfacen la métrica de tiempo- intensidad; y tomar una o más acciones protectoras en respuesta a la detección de un evento de descarga por arco.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la evaluación de la métrica de tiempo- intensidad comprende calcular un valor de estímulo acumulativo utilizando las mediciones de estímulo de radiación EO en donde las mediciones de estímulo de radiación EO satisfacen la métrica de tiempo- intensidad cuando el valor de estímulo acumulativo excede un umbral de estímulo acumulativo .
20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el valor de estímulo acumulativo se calcula al sumar las mediciones de estímulo de radiación EO dentro de un intervalo de tiempo.
21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el valor de estímulo acumulativo se calcula al integrar las mediciones de estímulo de radiación EO dentro de un intervalo de tiempo.
22. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el recolector de radiación EO comprende uno de un recolector de radiación EO de punto y un recolector de radiación EO de bucle.
23. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende además recibir mediciones de estímulo en relación al sistema deenergía desde un segundo detector, en donde las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector son mediciones de un tipo de estímulo diferente a las mediciones de estímulo de radiación EO, en donde se detecta un evento de descarga por arco cuando el valor de estímulo acumulativo excede el umbral de estímulo acumulativo y las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector exceden un umbral.
24. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la evaluación de la métrica del tiempo- intensidad comprende seleccionar un umbral de tiempo en base en un nivel de intensidad de las mediciones de estímulo de radiación EO, y en donde la métrica del tiempo- intensidad se satisface cuando las mediciones de estímulo de radiación EO satisfacen el nivel de intensidad para el umbral de tiempo seleccionado .
25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el umbral de tiempo es inversamente proporcional al nivel de intensidad.
26. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el umbral de tiempo se selecciona de una gráfica de inverso de tiempo sobre estímulo.
27. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el primer recolector de radiación EO es uno de un recolector de radiación EO en punto y un recolector de radiación EO de bucle.
28. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque comprende además recibir mediciones de estímulo en relación al sistema de energía desde un segundo detector, en donde las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector son de un tipo de estímulo diferente al de las mediciones de estímulo de radiación EO, y en donde un evento de descarga de arco se detecta cuando las mediciones de estímulo de radiación EO satisfacen el nivel de intensidad por el período de tiempo seleccionado y las mediciones de estímulo recibidas desde el segundo detector exceden un umbral .
29. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para proporcionar protección de descarga por arco en un sistema de energía, caracterizado porque comprende: una primera entrada para recibir mediciones de radiación electroóptica (EO) en el sistema de energía; y una segunda entrada para recibir mediciones de corriente detectadas en el sistema de energía, en donde el IED está configurado para determinar un nivel de intensidad de las mediciones de radiación EO, seleccionar un umbral de tiempo en base en el nivel de intensidad determinado y determinar una primera señal de detección de descarga por arco cuando las mediciones de radiación EO satisfacen el nivel de intensidad determinado para el umbral de tiempo seleccionado, en donde el IED está configurado para determinar una segunda señal de detección de descarga por arco cuando las mediciones de corriente exceden un umbral de corriente excesiva, en donde el IED está configurado para detectar un evento de descarga por arco utilizando la primera señal de detección de descarga por arco y la segunda señal de detección de descarga por arco.
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