ES2595377T3 - Sistema y método para la protección de una red eléctrica contra fallos - Google Patents
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Abstract
Sistema (100) para la protección de una red de energía (101) contra fallos eléctricos, dicha red de energía que está conectada a una fuente de suministro de energía eléctrica (102), sistema que comprende: - una pluralidad de disyuntores (10, 20, 30) cada uno asociado a un área de red correspondiente, dicha pluralidad de disyuntores que comprende al menos un primer disyuntor (10) operativamente asociado a una primera unidad electrónica (110) y situado en un primer nivel de jerarquía, y uno o varios disyuntores adicionales (20, 21, 22, 30, 31, 32, 33) cada uno de los cuales comprende una segunda unidad electrónica correspondiente (120, 121, 122, 130, 131, 132, 133) situados en uno o varios niveles adicionales jerárquicamente inferiores a dicho primer nivel y en cascada unos respecto a otros; caracterizado por el hecho de que - dicho primer disyuntor comprende al menos un dispositivo de desconexión electrónica semiconductor (11), y por el hecho de que dicha primera unidad electrónica está configurada de modo que, tras la aparición de un fallo eléctrico en un área de red, dicha primera unidad electrónica acciona dicho dispositivo de desconexión electrónica semiconductor para limitar el flujo de corriente a través del dispositivo de desconexión electrónica semiconductor durante al menos un periodo de tiempo predeterminado y envía a al menos uno de dicho o dichos disyuntores adicionales un comando de intervención adecuado para permitir la intervención, entre los disyuntores que detectaron el fallo, del disyuntor situado más cerca e inmediatamente aguas arriba con respecto a dicha fuente de suministro de energía (102), del área donde sucedió el fallo.
Description
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Sistema y metodo para la proteccion de una red electrica contra fallos
[0001] La presente invencion se refiere a un sistema y metodo para la proteccion de una red de energfa contra los fallos electricos.
[0002] Como se sabe, las redes o sistemas de suministro de energfa electrica usan dispositivos de proteccion, tfpicamente disyuntores, que desempenan diferentes funciones que se necesitan para asegurar el correcto funcionamiento del circuito electrico en el que se insertan y las cargas conectadas a el.
Por ejemplo, aseguran la disponibilidad de la corriente nominal necesaria para diferentes utilidades, permiten la insercion y desconexion apropiadas de cargas del circuito y, en particular, protegen la red y las cargas instaladas en ella contra eventos de fallo tales como sobrecargas y cortocircuitos.
[0003] Existen numerosas soluciones industriales para los dispositivos anteriormente mencionados para este proposito.
La solucion mas tfpica y tradicional emplea uno o varios pares de contactos, que son acoplados o separados por medios mecanicos o electromecanicos para interrumpir o restaurar la corriente en circulacion.
[0004] Otros dispositivos de proteccion mas avanzados incluyen disyuntores automaticos provistos de una unidad de proteccion electronica para activar, en caso de un fallo, una cadena cinematica que causa la separacion de los contactos del disyuntor.
[0005] Se sabe que, durante un evento de fallo en la red de energfa, es particularmente importante obtener una selectividad de intervencion muy alta de los dispositivos de proteccion anteriormente mencionados.
[0006] Se entiende que el termino "selectividad de intervencion" o, abreviado, "selectividad", significa la capacidad de aislar del suministro de energfa partes relativamente limitadas de la red que estan cerca de la ubicacion del fallo.
[0007] En otras palabras, el termino "selectividad" indica la capacidad para funcionar de forma coordinada y limitada, para reducir la ineficiencia provocada por al fallo, limitando la ineficiencia solo a las partes de la red que en efecto estan en riesgo y preservando asf, al mismo tiempo, el estado operativo del resto del sistema o red.
[0008] Por otro lado, se sabe que la obtencion de un nivel alto de selectividad es un aspecto particularmente diffcil en el diseno del sistema.
De hecho, es necesario conciliar los requisitos de mejor fiabilidad de intervencion con la necesidad obvia de contener los costes de la construccion y administracion de la red electrica.
[0009] En las redes de energfa tradicionales, un determinado nivel de selectividad se obtiene distribuyendo los dispositivos de proteccion a lo largo de niveles jerarquicos diferenciados desde el punto de vista de la energfa (los niveles aguas arriba, es decir, mas cercanos a la fuente de energfa, son generalmente considerados como de una jerarqufa mas alta), y seleccionando las caracterfsticas de desconexion para cada dispositivo de proteccion segun el nivel de jerarqufa ocupado por el dispositivo.
[0010] Teniendo en cuenta que cada derivacion de la red esta dimensionada para conducir de forma segura energfa electrica suficiente para suministrar a todos los niveles inferiores conectados a ella, la selectividad se obtiene aprovechando la diferenciacion en los parametros de desconexion (corriente de desconexion, tiempo de desconexion, inercia mecanica de contacto, etc.) existentes entre los dispositivos de proteccion de niveles de jerarqufa diferentes.
[0011] De esta manera, la ineficiencia provocada por un evento de fallo solo afecta a la parte de la red controlada por el dispositivo de proteccion que tiene el nivel de jerarqufa inmediatamente sobre el nivel o posicion donde ha ocurrido el propio fallo.
[0012] Algunas de las soluciones tecnicas de tipo conocido proporcionan el uso de dispositivos de proteccion del tipo denominado EFDP (Early Fault Detection Prevention o Deteccion de fallo y prevencion anticipadas), con capacidad para comunicarse entre si, para coordinar las modalidades de intervencion respectivas en caso de un evento de fallo.
[0013] Estas soluciones establecidas se disenan segun la logica de selectividad e intervencion del tipo abajo-arriba, es decir, cuando un dispositivo EFDP detecta un fallo, independientemente de su posicion en la red, genera una senal de enclavamiento que se envfa a todos los otros dispositivos EFDP situados aguas arriba en la red, inhibiendo su capacidad de intervencion.
[0014] Si el dispositivo EFDP en cuestion no es enclavado por otro dispositivo EFDP situado aguas abajo, funciona directamente desconectando la corriente.
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[0015] La patente US 7,110,231, que se considera la tecnica anterior mas cercana, divulga un sistema de proteccion adaptativa que comprende un reconectador electricamente conectado a una fuente de energfa y uno o varios seccionalizadores que estan conectados en serie con el reconectador a lo largo de un alimentador radial.
En caso de un fallo a lo largo del alimentador, primero el reconectador afsla el alimentador de la fuente de energfa.
El reconectador y los seccionalizadores se comunican entre sf a traves de una red de datos y, si el fallo es persistente, la seccion del fallo es aislada aguas arriba y aguas abajo por el reconectador y el seccionalizador adyacente o por dos seccionalizadores adyacentes.
[0016] Aunque las soluciones de tipo conocido permiten llevar a cabo la funcionalidad para la que fueron disenadas razonablemente bien, existe, sin embargo, una posibilidad y necesidad de mas mejoras.
[0017] Por lo tanto, el objeto de la presente invencion es proporcionar una solucion mejorada con respecto a las soluciones conocidas; en particular respecto a las intervenciones selectivas sobre la deteccion de un fallo electrico en la red.
[0018] Tal objeto se consigue mediante un sistema y metodo para proteger la red electrica de fallos electricos, segun las reivindicaciones independientes anexas.
[0019] Las caractensticas y ventajas se haran mas aparentes de ahora en adelante a partir de la descripcion de formas de realizacion preferidas, pero no exclusivas, del sistema y metodo segun la presente invencion, ilustradas solo por medio de ejemplos no limitativos en los dibujos anexos, en los cuales:
- las figuras 1 y 2 son diagramas de bloque que ilustran esquematicamente dos formas de realizacion posibles de un disyuntor usado en el sistema y metodo segun la invencion;
- la Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra esquematicamente una unidad electronica que se puede usar en un disyuntor de la figura 1 o 2;
- las figuras 4 y 5 ilustran esquematicamente dos ejemplos de una red de energfa, donde una pluralidad de disyuntores estan situados en dos y tres niveles jerarquicos, respectivamente;
- la Figura 6 es un diagrama de bloques que representa esquematicamente los diferentes pasos de un metodo de proteccion segun la presente invencion;
- la Figura 7 es una vista en perspective que ilustra un ejemplo de un disyuntor de caja moldeada.
[0020] Por motivos de simplicidad, en la siguiente descripcion los elementos identicos o similares funcionales y/o estructurales seran indicados con los mismos numeros de referenda en las formas de realizacion diferentes ilustradas de ahora en adelante.
[0021] Las figuras 4 y 5 ilustran esquematicamente una red de energfa 101, que esta operativamente conectada a una fuente de suministro de energfa electrica 102 y provista de una pluralidad de disyuntores 10, 20, 21,22, 30, 31, 32, 33, etc. Tales disyuntores estan dispuestos a lo largo de la estructura ramificada de la red 101 en dos o mas niveles, cada uno que protege un area de red correspondiente de varios anchos, con cargas respectivas conectadas a ellos, esquematicamente indicados en las figuras con el numero de referencia 103.
[0022] En el ejemplo ilustrativo de la figura 4, los disyuntores estan dispuestos solo en dos niveles (A), (B), mientras que en el ejemplo de la figura 5 hay un tercer nivel adicional (C); claramente, tales ejemplos no deben entenderse como limitativos de ninguna manera, ya que el metodo 200 y el sistema 100 segun la invencion, junto con los detalles que seran descritos a continuacion, son aplicables de forma similar sin considerar el numero de disyuntores y niveles en los que estan posicionados.
Ademas, el termino "carga" de debe ser entendido como la parte de la red vista aguas abajo (con respecto a la fuente) de un disyuntor, incluyendo las utilidades conectadas a tal area aguas abajo.
Tal area puede tener cualquier extension y configuracion y puede induir cualquier utilidad final (u otra carga equivalente).
[0023] En el sistema 100 y el metodo 200 segun la invencion, al menos un primer disyuntor 10 operativamente asociado a una primera unidad electronica de comando y control 110 esta situado (paso 201 del metodo ilustrado en la figura 6) en un primer nivel de jerarqrna (A) de la red; ademas (paso 201), uno o varios disyuntores adicionales 20, 21,22, 30, 31,32, n, etc., cada uno de los cuales comprende una segunda unidad electronica correspondiente 120, 121, 122, 130, 131, 132, n, etc., estan situados en uno o varios niveles adicionales (B), (C) que son jerarquicamente inferiores al primer nivel (A) y estan en cascada el uno respecto al otro, es decir, el tercer nivel es jerarquicamente inferior al segundo, el cuarto es inferior al tercero, etcetera.
[0024] Un bus de control bidireccional, indicado en las Figuras 4 y 5 por la lmea discontinua 104, es adecuado para establecer una comunicacion entre la primera unidad electronica 110 y una o varias de las segundas unidades electronicas 120, 121, 122, 130, 131, etc., cada una de ellas asociada a uno de los disyuntores adicionales 20, 21, 22, 30, 31, etc. Por ejemplo, dicho bus de control 104 puede ser un bus basado en el protocolo CAN o en el protocolo Ethernet; o, en cualquier caso, se puede usar cualquier bus adecuado para este proposito.
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[0025] Ventajosamente, el primer disyuntor 10 comprende al menos un dispositive de desconexion electronica semiconductor 11.
Segun una primera forma de realizacion ilustrada en la figura 1, el primer disyuntor 10 es un disyuntor hfbrido, es decir, un disyuntor que comprende dispositivos basados en modalidades/tecnologfas de desconexion de corriente diferentes entre si; en particular, el disyuntor 10 de la figura 1 comprende un primer dispositivo de desconexon electronica semiconductor 11 y un segundo dispositivo de desconexion electromecanica 12, por ejemplo de tipo convencional, que tiene al menos un contacto fijo 13 y un contacto 14 movil entre una posicion cerrada en la que esta acoplado a dicho contacto fijo y una posicion abierta en la que esta separado de dicho contacto fijo, segun formas de realizacion ampliamente conocidas en la tecnica y, por lo tanto, no descritas en este documento con mayor detalle.
[0026] Como se ilustra, el dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11 esta electricamente conectado en paralelo a los extremos del contacto fijo 13 y el contacto movil 14 del dispositivo 12.
[0027] Tal dispositivo de desconeXon electronica 11 esta basado, por ejemplo, en uno o varios componentes semiconductores, que se pueden elegir de la familia de los tiristores, por ejemplo tiristores, SCR (Silicon Controlled Rectifier o rectificador controlado de silicio), IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor o tiristor controlado por puerta integrada), o de la familia de los transistores, tal como por ejemplo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor o transistor bipolar de puerta aislada), MOS de potencia (Metal OXde Semiconductor o metal oxdo semiconductor ), etc. La descripcion siguiente solo hara referenda a componentes IGBT y/o IGCT por motivos de simplicidad.
[0028] Ademas, en la forma de realizacion preferida ilustrada en la figura 1, el primer disyuntor 10 comprende un bloque o circuito 15 de protecaon y disipacion, que comprende, por ejemplo, varistores de oxdo metalico MOV, cuya funcion es proteger el dispositivo electronico semiconductor 11 de sobrecargas y/o cambios de voltaje (dV/dt) mayores que un umbral establecido; asimismo, el circuito o bloque 15 disipa la energia de fallo que pasa a traves del disyuntor 10, especialmente en caso de circuitos de corriente continua fuertemente inductivos.
[0029] Un disyuntor 16 de desconexion esta presente solo si se solicita aislamiento galvanico.
[0030] En una segunda forma de realizacion ilustrada en la figura 2, el primer disyuntor 10 comprende un unico dispositivo de desconexion realizado por un dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11 anteriormente descrito, es decir, el primer disyuntor 10 es, en la practica, un disyuntor o interruptor de estado solido tambien indicado como disyuntor estatico.
[0031] En esencia, tal forma de realizacion de la figura 2 sigue la del disyuntor 10 de la figura 1, donde, sin embargo, falta el segundo dispositivo de desconexion de tipo tradicional 12 y, por lo tanto, el dispositivo de desconexon electronica 11 es atravesado por la corriente nominal en condiciones de funcionamiento normales.
[0032] La unidad electronica de comando y de control 110 asociada al primer disyuntor 10 es una unidad electronica microprocesadora adecuadamente provista de algoritmos y/o bloques de circuito ampliamente conocida en la tecnica o, en cualquier caso, facilmente realizable para alguien experto en la tecnica. En la practica, la unidad 110 es una "unidad de desconexion" integrada con funciones de comunicacion y accionamiento para el dispositivo de desconeXon semiconductor 11.
Los ejemplos comerciales de tal unidad electronica 110 que se pueden utilizar en el sistema y metodo segun la presente invencion son las unidades Tmax PR222DS o Emax PR123/P comercializadas por el mismo solicitante de la presente solicitud de patente.
[0033] La Figura 3 es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de una unidad electronica de comando y de control 110.
La unidad 110 ejecuta los algoritmos de proteccion mediante su microprocesador y, en particular aquellos dedicados a la selectividad, basandose en la informacion obtenida de un bloque de circuito de medicion de corriente 111, un bloque de circuito de tratamiento de protecaon de selectividad 112 (por ejemplo, el bloque donde se definen los distintos ajustes para las intervenciones de selectividad), y un bloque de circuito 113 que conecta con el bus de control 104.
Ademas, la unidad 110, mediante su microprocesador y otro circuito electronico relacionado posible: controla (mediante el bloque de circuito 114) un circuito o bloque de accionamiento 17 adecuado para accionar el dispositivo de desconeXon electronica semiconductor 11; controla (bloque de circuito 115) el comando al segundo dispositivo de desconeXon electromecanica 12 (en la caja de disyuntor hfbrido 10, mientras tal bloque esta ausente en caso de un disyuntor de estado solido); controla (bloque posible 116) el comando al disyuntor de desconexion 16, si esta presente.
Finalmente, la unidad 110 gestiona el bus de control 104 mediante su microprocesador, conforme a la informacion que deriva del bloque de tratamiento de proteccion de selectividad 112.
[0034] Los distintos componentes, por ejemplo, el microprocesador y los distintos bloques y/o circuitos electronicos, como por ejemplo del circuito de accionamiento 17, pueden ser elementos integrados en una unica unidad
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electronica, o pueden ser partes separadas funcionalmente acopladas la una a la otra y al microprocesador.
[0035] Durante el funcionamiento, un sensor de corriente 18 adecuado mide la corriente en circulacion y/o su derivada y transmite los valores medidos a la unidad electronica de comando y control 110, que los procesa mediante la ejecucion de los distintos algoritmos.
[0036] En caso de un disyuntor hfbrido (ejemplo de la figura 1), en condiciones de funcionamiento normales, el dispositivo de desconexion electromecanica 12 es atravesado por la corriente nominal, mientras que el dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11 no es atravesado por la corriente.
[0037] En caso de un disyuntor de estado solido o estatico (ejemplo de la figura 2), es decir, provisto de solo un dispositivo de desconexion electronica semiconductor, si el dispositivo semiconductor 11 se basa por ejemplo en componentes de tipo IGCT, tales componentes permanecen en un estado de conduccion sin ninguna senal en la compuerta siempre y cuando la corriente circulante sea mayor que su nivel de umbral (corriente de mantenimiento); si la corriente baja de tal valor, el circuito de accionamiento 17 debe accionar la compuerta con una pequena corriente.
Al contrario, si el dispositivo 11 se basa en componentes de tipo IGBT, el circuito de accionamiento debe aplicar un voltaje positivo a la compuerta tan cercano como posible al voltaje de saturacion para limitar perdidas de conduccon.
En estas condicones, toda la corriente circula en la parte de circuito que comprende el dispositivo 11.
[0038] En ambos ejemplos de las figuras 1 y 2, el circuito de disipacon 15 esta descargado, y el disyuntor de desconexion 16, si esta presente, esta cerrado.
[0039] Si hay un fallo electrico en cualquier area de la red, por ejemplo una sobrecarga, este siempre es detectado por el primer disyuntor 10 (gracias a su unidad electronica 110), que esta situado en el nivel de jerarqufa mas alto (en la practica, aguas arriba en la red) y por uno o varios de los disyuntores 20, 21,30, 31, etc., (en particular gracias a las unidades electronicas correspondientes 120, 121, 130, 131, etc.) posicionados en los varios niveles aguas arriba del area afectada por el fallo.
[0040] Por ejemplo, si el fallo ocurre en el area indicada por la flecha 150 en el ejemplo de la figura 4, tal fallo serfa detectado por el disyuntor 20 posicionado en el nivel (B) y por el disyuntor 10 posicionado en el nivel (A); si el fallo ocurre en el area indicada por la flecha 160 en la figura 5, tal fallo serfa detectado por el disyuntor 30 posicionado en el nivel (C), por el disyuntor 20 posicionado en el nivel (B) y por el disyuntor 10 posicionado en el nivel (A).
[0041] Cuando la unidad electronica 110 detecta las condiciones de fallo, ordena al circuito de accionamiento 17 para que accione adecuadamente el dispositivo electronico semiconductor 11.
En particular, en el caso de un disyuntor hfbrido, la unidad electronica 110 ordena la separacion de los contactos 13, 14 que, al abrirse, cortan el flujo de corriente a traves de ellos; en tales condiciones, se genera la tension de formacon de arco necesaria para hacer que el dispositivo de desconexion electronica 11 sea conductivo y, por lo tanto, se desvfa la corriente a traves de este.
En el caso en el que el disyuntor 10 solo tiene el dispositivo de desconexion semiconductor 11 (ejemplo de la figura 2), tal condicion claramente no ocurre, ya que el dispositivo de desconexion siempre es atravesado por la corriente y no hay dispositivo de desconexion electromecanica 12.
[0042] En ambos casos, la unidad electronica 110 esta configurada para accionar (paso 202) el dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11 para que al menos limite el flujo de corriente a traves de ella a por debajo de a un umbral predefinido y al menos durante un periodo de tiempo predeterminado.
[0043] Las configuraciones de accionamiento dependen de la naturaleza del/de los componente(s) empleado(s); por ejemplo, los IGCT y otros componentes de la familia de los tiristores se accionan mediante impulsos de corriente de compuerta, mientras que los IGBT se accionan aplicando un voltaje Vge entre la compuerta y el emisor.
[0044] Por ejemplo, la unidad electronica 110 comienza a limitar la corriente al actuar sobre el bloque que controla el circuito de accionamiento 17 con una frecuencia (o ciclo de funcionamiento) calculada segun la corriente circulante.
[0045] Entretanto, la unidad electronica 110 transmite toda la informacion necesaria para ejecutar las funciones de selectividad para el bus de control 104; en particular, la unidad electronica 110 (paso 203) manda a uno o varios de los disyuntores adicionales 20, 21, 22, 30, 31, 32, etc. dispuestos en niveles inferiores un comando de intervencion 300 adecuado para permitir selectivamente la abertura, entre los disyuntores que detectaron el fallo, del disyuntor situado mas cerca y aguas arriba del area donde ha ocurrido el fallo (con respecto a la fuente de energfa de la red).
[0046] En la practica, cuando el disyuntor 10 detecta el fallo, la unidad electronica 110 comienza a limitar la corriente que circula a traves del disyuntor 10 y el disyuntor posicionado en el nivel inmediatamente por debajo y directamente afectado por el fallo (por el ejemplo, el disyuntor 20 de la figura 4), experimenta una reduccion de la corriente, por lo que sale del estado de alarma.
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Sin embargo cuando el disyuntor 10 envfa el comando de intervencion 300 a todos los disyuntores del nivel inferior (nivel (B)), tal comando es reconocido solo por el disyuntor de tal nivel inferior que ha detectado eficazmente el fallo y es asignado al area afectada por el mismo fallo.
Tal disyuntor 20 puede, por lo tanto, funcionar mediante la abertura y la desconexion del suministro de energfa del area asignada a el y localizada inmediatamente aguas abajo.
[0047] Preferiblemente, y como se ilustra en el ejemplo en la figura 5, si los disyuntores y las unidades electronicas relacionadas estan dispuestos en al menos tres niveles, el o los disyuntores adicionales 20, 21, 22 posicionados en el segundo nivel (B) jerarquicamente inferior al primer nivel (A) estan provistos de una segunda unidad electronica 120, 121, 122, etc., configurada para propagar el comando de abertura enviado por la primera unidad electronica 110 hacia los disyuntores posicionados en un tercer nivel (nivel (C)) jerarquicamente inferior al segundo nivel.
Por lo tanto, en este caso, el disyuntor 20 (siempre mediante el bus de control 104) propaga el comando de intervencion 300 hacia el nivel inferior; tal comando es reconocido solo por el disyuntor del tercer nivel (en el ejemplo de la figura 5, el disyuntor 30) que ha detectado eficazmente el fallo 160 y es asignado al area afectada por este Por lo tanto, tal disyuntor 30 puede intervenir mediante la abertura y desconexion del suministro solo en el area inmediatamente aguas abajo asignada para este.
[0048] Tal logica de intervencion selective puede ser adecuadamente expandida a cualquier numero de niveles inferiores.
[0049] Por lo tanto, cuando se produce la abertura (con la consiguiente desconexion de corriente) de un disyuntor posicionado en un nivel inferior con respecto al primer disyuntor 10, la segunda unidad electronica asociada al disyuntor que realizo la desconexion de corriente (por ejemplo, la unidad 120 asociada al disyuntor 20 o la unidad 130 del disyuntor 30) esta configurada para transmitir a la primera unidad electronica 110 una serial de consentimiento adecuada para solicitar la restauracion de las condiciones de funcionamiento antes del fallo para el primer disyuntor 10.
En la practica, el disyuntor abierto informa al primer disyuntor 10 que actuo seccionando y aislando el area afectada por el fallo y, por lo tanto, el mismo primer disyuntor puede volver a sus condiciones de funcionamiento normales; es decir, que ya no hay necesidad de limitar la corriente a traves del dispositivo semiconductor 11, y posiblemente el dispositivo de desconexion electromecanica 12 puede ser recerrado.
[0050] Alternativamente, o ademas, la primera unidad electronica 110 esta configurada de modo que verifica directamente la corriente y, por lo tanto, el fin del fallo, lo que significa que un disyuntor aguas abajo ha realizado de forma eficaz la desconexion de la corriente.
De esta manera, las condiciones de funcionamiento anteriores al fallo se pueden restaurar para el primer disyuntor 10, sin esperar a recibir la senal de consentimiento de un disyuntor de circuito aguas abajo; claramente, la restauracion tambien puede ocurrir como resultado de un control doble, que es una verificacion directa y tambien la recepcion de la senal de consentimiento enviada desde un disyuntor aguas abajo.
[0051] Conforme al sistema 100 y al metodo 200 de la presente invencion, la primera unidad electronica 110 puede ademas estar configurada para accionar el dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11 e interrumpir completamente el flujo de corriente a traves de esta durante un periodo de tiempo predeterminado, por ejemplo un periodo superior o igual a los 100 ps (cien microsegundos); tal desconexion completa puede ocurrir, por ejemplo, en el caso de fallos particularmente graves, por ejemplo, en condiciones extremas en las que puede incluso tener una duracion temporal indefinida.
En particular, la primera unidad electronica 110 se puede configurar para accionar cfclicamente la abertura y cierre del dispositivo de desconexion electronica semiconductor 11, por ejemplo mediante el principio de cierre conocido.
[0052] Por lo tanto, en estos casos, el primer disyuntor 10 afsla toda la red aguas abajo de el durante un periodo de tiempo predeterminado y adecuado para prevenir el dano que se pueda provocar por la gravedad del fallo repentino; entretanto, sin embargo, la unidad 110 transmite la senal del comando de intervencion 300 a todos los disyuntores del nivel inferior, que estan en espera, tal y como se describe anteriormente, para uno de los disyuntores aguas abajo entre los que detectaron el fallo para realizar la desconexion mediante la interrupcion de la corriente y el aislamiento de un area mas limitada de la red.
Entonces, tambien en este caso, la segunda unidad electronica asociada al disyuntor desconectado transmite a la primera unidad electronica 110 una senal de consentimiento adecuada para solicitar la restauracion de las condiciones de funcionamiento existentes antes del fallo para el primer disyuntor 10; en este caso tambien, ademas o de forma alternativa, es posible que la unidad 110 verifique directamente que el area afectada por el fallo fue aislada por un disyuntor inferior y, por lo tanto, que el primer disyuntor 10 se pueda restaurar a las condiciones de funcionamiento existente antes del fallo.
[0053] En cualquier caso, la primera unidad electronica 110 esta configurada para abrir el primer disyuntor y, en la practica, para interrumpir permanentemente (es decir, indefinidamente hasta que, por ejemplo, un operador cause la restauracion) el flujo de corriente si, despues de un tiempo predeterminado tras la aparicion del fallo, o al alcanzar condiciones peligrosas, tal como, por ejemplo, temperaturas o corrientes particularmente altas, ningun otro disyuntor de la jerarqufa inferior ha realizado una desconexion para aislar el area afectada por tal fallo.
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[0054] En todos los casos descritos anteriorimente, el accionamiento del dispositive semiconductor 11 es muy rapido y puede generar sobretensiones, que son limitadas por el circuito de proteccion y de disipacion 15.
[0055] En la practica, se ha observado que el sistema y metodo 200 segun la invencion permite conseguir el objeto deseado ofreciendo un nivel de selectividad muy alta, y en principio aplicable a cualquier nivel de jerarqufa inferior deseado.
Tal resultado se obtiene segun una logica que es contraria a las soluciones conocidas, es decir, segun una configuracion de gestion de fallo de arriba-abajo en la que el disyuntor mas importante en la jerarqufa, que cubre de la red entera por debajo, por ejemplo el disyuntor 10, simula la intervencion accionada mediante la limitacion de la corriente y transmite a los disyuntores inferiores la solicitud de intervencion, esperando a que uno de estos aisle un area de la red tan limitada como sea posible.
[0056] Asimismo, gracias a la adopcion de un dispositivo de desconexion semiconductor (al menos para el disyuntor jerarquicamente mas importante), algunos de los inconvenientes tfpicos de los disyuntores mecanicos o electromecanicos estan limitados, por ejemplo en los circuitos de corriente continua, cuando se requieren tiempos de intervencion muy cortos o energfa de fallo muy reducida, o cuando se requiere un numero particularmente grande de operaciones electricas.
[0057] Desde el punto de vista de la implementacion, en el caso de un disyuntor estatico puro, el dispositivo semiconductor 11 se puede utilizar directamente en la red o posicionar dentro de un contenedor o caja especial junto con su unidad electronica; en el caso de un disyuntor hfbrido, el dispositivo 11 puede ser posicionado dentro de un disyuntor existente de tipo tradicional, por ejemplo, dentro de un disyuntor de caja moldeada (MCCB) del cual una forma de realizacion de ejemplo se ilustra en figura 7, o dentro de un disyuntor de aire, o disyuntor modular (MCB).
[0058] El sistema y metodo previamente descritos estan sujetos a numerosas modificaciones y variaciones, todas las cuales estan dentro del alcance del concepto inventivo tal y como se define en las reivindicaciones anexas; por ejemplo, en la descripcion precedente, con motivo de la simplicidad, todas las unidades electronicas relacionadas con los disyuntores jerarquicamente inferiores al primer disyuntor 10 han sido consideradas capaces de intercambiar mensajes con los disyuntores de niveles mas altos o inferiores, y de administrar la logica de selectividad arriba-abajo anteriorimente descrita.
Claramente, es posible que algunos disyuntores de un nivel determinado no esten provistos de una unidad electronica capaz de propagar al siguiente nivel la logica arriba-abajo para las intervenciones de selectividad, o que puedan no estar provistos de ningun sistema electronico; por ejemplo, esto puede ocurrir en el caso de derivaciones o areas de la red en las que su posible desconexion debido a cualquier condicion defectuosa no representa un problema.
Uno o varios de los disyuntores de nivel inferior adicionales podrfa(n) ser proporcionado(s) o podrfa(n) ser realizado(s) por un dispositivo de desconexion semiconductor del tipo previamente descrito 11.
En un determinado nivel inferior, un disyuntor podrfa estar configurado de forma similar al disyuntor 10 y su primera unidad electronica 110; en este caso, por ejemplo, los ajustes de proteccion selectiva podrfan ser regulados de modo que este disyuntor sea el mas importante jerarquicamente para los disyuntores aguas abajo y estar coordinado y ser independiente o estar jerarquicamente sujeto de cualquier manera a los del primer disyuntor 10. Ademas, todos los detalles se pueden sustituir por otros elementos tecnicos equivalentes.
Por ejemplo, una unidad electronica puede estar incluida directamente dentro del cuerpo de disyuntor al que esta asociada, o externamente.
[0059] En la practica, los materiales, asf como las dimensiones, podrfan ser de cualquier tipo segun los requisitos y el estado de la tecnica.
Claims (16)
- 51015202530354045505560651. Sistema (100) para la proteccion de una red de energfa (101) contra fallos electricos, dicha red de energfa que esta conectada a una fuente de suministro de energfa electrica (102), sistema que comprende:- una pluralidad de disyuntores (10, 20, 30) cada uno asociado a un area de red correspondiente, dicha pluralidad de disyuntores que comprende al menos un primer disyuntor (10) operativamente asociado a una primera unidad electronica (110) y situado en un primer nivel de jerarqufa, y uno o varios disyuntores adicionales (20, 21, 22, 30, 31, 32, 33) cada uno de los cuales comprende una segunda unidad electronica correspondiente (120, 121, 122, 130, 131, 132, 133) situados en uno o varios niveles adicionales jerarquicamente inferiores a dicho primer nivel y en cascada unos respecto a otros;caracterizado por el hecho de que- dicho primer disyuntor comprende al menos un dispositivo de desconexion electronica semiconductor (11), y por el hecho de que dicha primera unidad electronica esta configurada de modo que, tras la aparicion de un fallo electrico en un area de red, dicha primera unidad electronica acciona dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor para limitar el flujo de corriente a traves del dispositivo de desconexion electronica semiconductor durante al menos un periodo de tiempo predeterminado y envfa a al menos uno de dicho o dichos disyuntores adicionales un comando de intervencion adecuado para permitir la intervencion, entre los disyuntores que detectaron el fallo, del disyuntor situado mas cerca e inmediatamente aguas arriba con respecto a dicha fuente de suministro de energfa (102), del area donde sucedio el fallo.
- 2. Sistema segun la reivindicacion 1, donde, cuando aparece un fallo electrico en un area de red, dicha primera unidad electronica esta configurada para accionar dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor y romper el flujo de corriente a traves del dispositivo de desconexion electronica semiconductor durante un periodo de tiempo predeterminado.
- 3. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que siempre que ha tenido lugar la intervencion de un disyuntor entre dicho o dichos disyuntores adicionales, la segunda unidad electronica asociada al disyuntor intervenido esta configurada para enviar a dicha primera unidad electronica una senal adecuada para solicitar la restauracion de las condiciones de funcionamiento antes del fallo para dicho primer disyuntor.
- 4. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, siempre que despues de un periodo de tiempo predeterminado no ha intervenido ningun disyuntor entre dicho o dichos disyuntores adicionales, dicha primera unidad electronica esta configurada para interrumpir el flujo de corriente a traves de dicho primer disyuntor durante un periodo de tiempo indefinido.
- 5. Sistema segun la reivindicacion 2, caracterizado por el hecho de que dicha primera unidad electronica esta configurada para accionar cfclicamente la abertura y cierre de dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor.
- 6. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho o dichos disyuntores adicionales estan situados en al menos un segundo nivel jerarquicamente inferior a dicho primer nivel, y en un tercer nivel jerarquicamente inferior al segundo nivel, y donde las segundas unidades electronicas de los disyuntores que estan situados en un segundo nivel estan configuradas para propagar el comando de intervencion enviado por dicha primera unidad electronica a los disyuntores del tercer nivel.
- 7. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha primera unidad electronica esta configurada para verificar directamente el fin del fallo y consecuentemente restaurar las condiciones de funcionamiento anteriores al fallo para dicho primer disyuntor.
- 8. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho primer disyuntor comprende un unico dispositivo de desconexion realizado por un disyuntor electronico semiconductor.
- 9. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por el hecho de que dicho primer disyuntor es un disyuntor hfbrido que comprende:- un primer dispositivo de desconexion electronica semiconductor (11); y- un segundo dispositivo de desconexion electromecanica (12) que tiene al menos un contacto fijo (13) y un contacto (14) movil entre una posicion cerrada, en la que el contacto movil (14) esta acoplado a dicho contacto fijo, y una posicion abierta, en la que el contacto movil (14) esta separado de dicho contacto fijo, dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor que esta conectado en paralelo a dichos contactos fijos y moviles.
- 10. Sistema segun una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende un bus de control bidireccional adecuado para dejar que dicha primera unidad electronica se comunique con una o varias de las segundas unidades electronicas, cada una asociada a uno de dicho o dichos disyuntores adicionales.510152025303540
- 11. Metodo (200) para la proteccion de una red de energfa (101) proporcionado por una pluralidad de disyuntores (10, 20, 30), cada uno asociado a un area de red correspondiente para ser protegida contra los fallos electricos, dicha red de energfa que esta conectada a una fuente de suministro de energfa electrica (102), metodo que comprende los pasos siguientes:- posicionar (201) en un primer nivel de jerarqufa al menos un primer disyuntor (10) operativamente asociado a una primera unidad electronica (110) y que comprende al menos un dispositivo de desconexion electronica semiconductor (11), y uno o varios disyuntores adicionales (20, 30) cada uno que comprende una segunda unidad electronica correspondiente (120, 130) en uno o varios niveles adicionales jerarquicamente inferiores a dicho primer nivel y en cascada unos respecto a otros;- al aparecer un fallo electrico en un area de red, accionar (202), mediante dicha primera unidad electronica, dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor para limitar el flujo de corriente a traves del dispositivo de desconexion electronica semiconductor al menos durante un periodo de tiempo predeterminado;- enviar (203) a al menos uno de dicho o dichos disyuntores adicionales un comando de intervencion adecuado para permitir la abertura, entre los disyuntores que detectaron el fallo, del disyuntor situado mas cerca e inmediatamente aguas arriba, con respecto a dicha fuente de suministro de energfa (102), del area donde ocurrio el fallo.
- 12. Metodo (200) segun la reivindicacion 11, donde dicho paso de accionamiento (202) comprende abrir dicho disyuntor electronico semiconductor para interrumpir el flujo de corriente a traves del dispositivo de desconexion electronica semiconductor durante un periodo de tiempo predeterminado.
- 13. Metodo (200) segun la reivindicacion 11 o 12, caracterizado por el hecho de que comprende ademas, cuando ha tenido lugar la intervencion de un disyuntor entre dicho o dichos disyuntores adicionales:- enviar una senal (204), adecuada para solicitar la restauracion de las condiciones de funcionamiento antes del fallo para dicho primer disyuntor, a dicha primera unidad electronica mediante la segunda unidad electronica asociada al disyuntor intervenido.
- 14. Metodo (200) segun una o varias de las reivindicaciones 11-13, caracterizado por el hecho de que comprende, siempre que despues de un periodo de tiempo predeterminado no ha intervenido ningun disyuntor entre dicho o dichos disyuntores adicionales:- interrumpir (205) durante un periodo de tiempo indefinido el flujo de corriente a traves de dicho primer disyuntor mediante dicha primera unidad electronica.
- 15. Metodo (200) segun la reivindicacion 12, donde dicho paso de accionamiento (202) comprende accionar cfclicamente la abertura y el cierre de dicho dispositivo de desconexion electronica semiconductor.
- 16. Metodo (200) segun una o varias de las reivindicaciones 12-14, caracterizado por el hecho de que comprende: verificar directamente el final del fallo por medio de dicha primera unidad electronica y consecuentemente restaurar las condiciones operativas antes del fallo para dicho primer disyuntor.
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