MX2007015260A

MX2007015260A - Elemento de rele configurable dinamicamente y metodos relacionados.

Info

Publication number: MX2007015260A
Application number: MX2007015260A
Authority: MX
Inventors: Armando Guzman-Casillas; Luther S Anderson
Original assignee: Schweitzer Engineering Lab Inc
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-02-22
Also published as: WO2007002513A2; WO2007002513A3; AU2006261890B2; BRPI0610097A2; US20060291120A1; AU2006261890A1; ZA200707394B; US7570469B2; NZ560346A

Abstract

Un elemento de rele configurable dinamicamente configurado para proteger un sistema electrico, que incluye una cantidad de operacion de rele calculada dinamicamente, un ajuste de captacion de rele calculado dinamicamente, una marcacion de tiempo calculada dinamicamente, una pluralidad de variables calculadas dinamicamente que definen una caracteristica del elemento de rele configurable dinamicamente, y un tiempo de operacion calculado dinamicamente, el tiempo de operacion calculado dinamicamente basado en la cantidad de operacion de rele calculada dinamicamente, el ajuste de captacion de rele calculado dinamicamente, la marcacion de tiempo calculada dinamicamente y la pluralidad de variables calculadas dinamicamente. El elemento de rele puede ser un elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso, un elemento de sobrecara de corriente instantanea, un elemento de sobrecarga de corriente de captacion adaptable, y el elemento de sobrecara de voltaje de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente restringido por voltaje, y un elemento de subvoltaje de tiempo inverso.

Description

ELEMENTO DE RELÉ CONFIGURABLE DINÁMICAMENTE Y MÉTODOS RELACIONADOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona de manera general con un elemento de relé configurable dinámicamente para usarse en un sistema de distribución de energía eléctrica. La presente invención también se relaciona de manera general con métodos para configurar dinámicamente un elemento de relé.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los elementos de sobrecarga de corriente de tiempo inverso son bloques de construcción fundamentales para la protección de un sistema de energía eléctrica y han estado en servicio durante muchos años. Los elementos de sobrecarga de corriente de tiempo inverso son nombrados así debido a que la cantidad de tiempo requerida para que el elemento se imponga es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente aplicada. La sobrecarga de corriente, subvoltaje y los elementos de sobrecarga de voltaje usan características de tiempo inverso para proporcionar protección a la línea, alimentador, transformador y generador por fallas del sistema de energía y por condiciones de operación del sistema de energía anormales. Por ejemplo, los relés que incluyen esas características han estado en servicio desde principios del siglo veinte. Los relés electromecánicos IAC más viejos típicamente proporcionan una de tres características de sobrecarga de corriente de tiempo inverso específicas. (1) inversa, (2) muy inversa o (3) extremadamente inversa. La FIGURA 1 ilustra un relé de protección de sobrecarga de corriente electromecánica de la técnica anterior, designado de manera general como 100, el cual usa una característica de sobrecarga de corriente de tiempo inverso. Como se muestra en la FIGURA 1, el relé de protección de sobrecarga de corriente electromecánica 100 incluye un número de componentes. Por ejemplo, el relé 100 puede incluir un bloque de derivación de corriente 102, un cuadrante de tiempo 104, una placa de calibración unitaria instantánea 106, un ajuste de captación unitaria instantánea 108, un blanco u objetivo (posición interrumpida) 110, un contacto unitario instantáneo 112, una placa de identificación del instrumento 114, un contacto móvil de sobrecarga de corriente temporal 116, un resorte de control 118, un bloque de contacto de armazón 120, un elemento de enganche 122, un soporte 124, un disco de inducción 126, un imán amortiguador 128, una bobina de operación 130, un contacto sellado 132, un blanco u objetivo (posición de reajuste) 134, una unidad de blanco y sellado 136, derivaciones de bobina objetivo 138, un contacto estacionario de sobrecarga de corriente temporal 140 y una derivación de captación 142. Un usuario necesita seleccionar el modelo apropiado del relé para obtener la característica inversa, muy inversa o extremadamente inversa deseada. Esos relés tienen dos parámetros ajustables; un cuadrante de tiempo (TD) y la Derivación. La derivación es algunas veces referida como la Captación. La característica de los parámetros que operan en tiempo inverso, TD y Derivación, son seleccionadas al momento de ajustar el relé y no son configurables dinámicamente durante la operación del relé. La FIGURA 2 ilustra un relé numérico más novedoso, designado de manera general por 200, por ejemplo, como un relé numérico comercialmente disponible de Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. de Pullman, WA bajo el número de modelo SEL-421. Un panel frontal 201 incluye un dispositivo de visualización 202 para mostrar el evento, medición, ajuste e información del estado de prueba automática del relé. El dispositivo de visualización 202 es controlado por una pluralidad de botones pulsadores de navegación 204. El panel frontal 201 también incluye una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) objetivo de estado y conexión 206. También se proporciona una pluralidad de botones pulsadores programables 208 sobre el panel frontal 201.

La FIGURA 3 ilustra un menú de barra de herramientas del grupo de parámetros 300 para el relé numérico 200 mostrado en la FIGURA 2. Esos relés numéricos 200 incluyen la capacidad de seleccionar uno de un número (10) de características de operación de tiempo inverso. Esta flexibilidad evita la necesidad de especificar un relé particular de acuerdo a los requerimientos característicos de operación. Además, existen tres parámetros; la captación, el TD y control de torsión, de manera similar al relé electromecánico 100 en la FIGURA 1. En el ejemplo de la FIGURA 3, la captación de sobrecarga de corriente se define en el campo 303, la curva de sobrecarga de corriente de tiempo inverso se define en el campo 304, el cuadrante o marcación de tiempo de sobrecarga de corriente de tiempo inverso se define en el campo 305 y el control de torsión se selecciona en el campo 307. La selección de Si o No en el campo 306 determina si se activó el reajuste electromecánico de la sobrecarga de corriente en tiempo inverso. Además de esta opción, el usuario puede seleccionar la cantidad de operación requerida 308 del menú de la barra de herramientas 300, por ejemplo IAL, IA1, IA2,..., 312L, 310L. En este ejemplo, se seleccionó 310L en el campo 302. Esta selectividad optimiza el uso de los elementos de sobrecarga de corriente disponibles en el relé numérico 200. La característica de reajuste del elemento de sobrecarga de corriente puede tener un relé fijo o simula la característica del relé electromecánico. Esta simulación permite la coordinación apropiada con relés electromecánicos. El relé de sobrecarga de corriente numérico también incluye una ecuación de control de torsión que simula la operación o cierre de la bobina de sombra en el relé electromecánico. Las opciones adicionales en la barra de herramientas del menú 300 son buenas mejoras a los relés numéricos pero la funcionalidad básica sigue siendo la misma que la de las contrapartes del relé electromecánico. Esos elementos de sobrecarga de corriente en tiempo inverso numéricos tienen adaptabilidad limitada. En un ejemplo, los seis grupos de parámetros pueden ser seleccionados con ecuaciones lógicas, mientras que el relé numérico 200 se deshabilita a sí mismo durante un periodo breve de tiempo (mayor de un ciclo) durante cambios a los grupos de parámetros. Durante este tiempo, el relé numérico 200 desactiva todas las funciones del relé incluyendo el elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso. De este modo, la disponibilidad total del relé se reduce. Esta reducción en la disponibilidad no es deseable. Otro problema con los relés protectores numéricos con los elementos de sobrecarga de corriente (relés de sobrecarga de corriente) es que no son configurables dinámicamente durante las diferentes condiciones de operación del sistema de energía (por ejemplo, un transformador de energía descendente es llevado fuera de servicio vía la abertura de disyuntores de circuitos asociados) , las contribuciones de corriente de los elementos del sistema de energía circundante (por ejemplo, alimentadores) pueden cambiar haciendo por lo tanto los ajustes de la sobrecarga de corriente preseleccionados inadecuados cuando sean utilizados como parte de un esquema de coordinación de relés de sobrecarga de corriente primarios y de refuerzo. Por ejemplo, para una subestación de distribución típica con dos transformadores de energía paralelos, los relés de sobrecarga de corriente son colocados para proporcionar protección a los alimentadores asociados así como para proporcionar protección al transformador de energía de refuerzo. Además, los relés de sobrecarga de corriente son coordinados (por ejemplo, un par de relés de sobrecarga de corriente primaria y de refuerzo) , de modo que exista una perturbación mínima al sistema de energía cuando se detecte una falla. Cuando uno de los transformadores de energía (y sus relés de sobrecarga de corriente asociados) sean llevados fuera de servicio, los relés de sobrecarga de corriente del transformador que permanece en el servicio deben ser recoordinados manualmente (o a través de cambios en el grupo de parámetros o ajustes) para compensar por cambios en la contribución de corriente. El Estándar C37.112[l] del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) proporciona una ecuación (1) para simular la dinámica del disco de inducción de un relé de sobrecarga de corriente de tiempo inverso más viejo: *dt = \ J° t{I) (1) donde A ( ) = + B "TD para M > 1 (2) M " -i donde ¡Entrada Captación donde t(i) =\ "TD M 2 -L para 0 < M < 1 ( 3 ) y donde : A, B, N - son constantes que definen las características de operación del relé de tiempo inverso. tr - es el tiempo de reajuste para M = 0 T0 - es el tiempo de operación M - es el múltiplo de captación del relé Icaptacíón ~ es el ajuste de la corriente de captación del relé (umbral) lentrada ~ es la magnitud de la corriente de entrada del relé TD - es el cuadrante de marcación de tiempo del relé. La Figura 4 ilustra un diagrama el cual utiliza las Ecuaciones (1) , (2) y (3) para determinar el valor de las salidas 51T y 51R. El bloque 402 recibe el valor de M sobre la línea 404, y el Bloque 406 recibe el valor de M sobre la línea 404. Si M es mayor que 1, el interruptor 426 hace contacto con el nodo 424. Si M no es mayor de 1, el interruptor 426 hace contacto con el nodo 422. De este modo en el caso de que M sea mayor que 1, el bloque 412 recibe la salida del bloque 406 sobre la línea 408. Además, en el caso de que M no sea mayor que 1, el bloque 412 recibe la salida del bloque 402 sobre la línea 410. El resultado es que cuando M es mayor que 1, la ecuación (2) en el bloque 406 es usada para determinar t(I), y cuando M no es mayor que 1 la Ecuación (3) en el bloque 402 es usada para determinar t(I). El integrador 412 es activado para comenzar la integración de acuerdo con la Ecuación (1) . La salida 414 del bloque 412 es recibida en la entrada sin inversión del comparador 416, donde se compara con un valor de referencia de 1 en la entrada de inversión 418. Si la salida 414 del bloque 412 excede el valor de referencia, el comparador 416 fijará la salida 51T sobre su terminal de salida 420 en el lógico 1. La salida 414 del bloque 412 también es recibida en la entrada de inversión del comparador 430, donde se compara con un segundo valor de referencia de 0 en la entrada sin inversión 432. Si la salida 414 del bloque 412 no excede el segundo valor de referencia en 432, el comparador 430 fijará la salida 51R sobre su terminal de salida 434 en el lógico 1. Tradicionalmente, dado el ajuste de la corriente de captación de relé del elemento de tiempo inverso, el relé fue capaz de calcular un tiempo de operación, donde A, B, N, ICaptaci?n , TD fueron valores predeterminados seleccionados al momento de ajuste del relé. El IEEE y la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) han definido curvas estándar definiendo los valores de A, B, N. Nótese que una vez calibrado el relé, el elemento tiene un tiempo de operación t(I) donde la única cantidad variable es la magnitud de la corriente aplicada, iEntrada- La Tabla 1 muestra a continuación las constantes para obtener las características de tiempo inverso estándar: Tabla 1 Las ecuaciones (1) y (2) han sido implementadas en muchos relés numéricos usando las constantes mostradas en la Tabla 1. De acuerdo con la presente invención, es deseable reemplazar las constantes fijas y ajustables A, B, N, Icaptaci?n , TD e Ientrada con variables que se actualicen dinámicamente, sobre la base de ecuaciones programables por el usuario. Un objetivo general de la presente invención es por lo tanto proporcionar un elemento de relé configurable dinámicamente para usarse en un sistema de distribución de energía eléctrica. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar métodos para configurar dinámicamente un elemento de relé para usarse en un sistema de distribución de energía eléctrica.

LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un elemento de relé configurable dinámicamente configurado para proteger un sistema eléctrico, que incluye una cantidad de operación de relé calculada dinámicamente, un ajuste de captación de relé calculada dinámicamente, una marcación de tiempo calculada dinámicamente, una pluralidad de variables calculadas dinámicamente que definen una característica del elemento de relé configurable dinámicamente, y un tiempo de operación calculado dinámicamente. El tiempo de operación calculado dinámicamente se basa en al menos una de las siguientes cantidades calculadas dinámicamente: la cantidad de operación del relé calculada dinámicamente, el ajuste de captación de relé calculada dinámicamente, la marcación de tiempo calculada dinámicamente y la pluralidad de variables calculadas dinámicamente. El elemento de relé configurable dinámicamente puede ser seleccionado de un grupo que consiste de un elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente instantánea, un elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable, un elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente restringido por voltaje, y un elemento de subvoltaje de tiempo inverso. Por ejemplo, la cantidad de relé calculada dinámicamente es OQ; el ajuste de captación de relé calculado dinámicamente es PU y las variables calculadas dinámicamente pueden ser elegidas de las siguientes variables: A, B, N, tr, H y combinaciones de las mismas. La marcación de tiempo calculada dinámicamente es TD. El valor de N puede ser usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es mayor de 1. El valor de H puede ser usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1. El valor de tr puede ser usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es mayor de 1. Las cantidades de operación del relé calculadas dinámicamente pueden ser la corriente, voltaje, frecuencia, potencia, presión, temperatura, impedancia, o cualquier otra cantidad calculada por el elemento de relé. Los cálculos dinámicos pueden ser efectuados usando ecuaciones programables por el usuario, las cuales efectúan operaciones Booleanas y matemáticas sobre las variables mencionadas anteriormente. Preferiblemente, el elemento de relé opera sin interrupción mientras las variables son actualizadas dinámicamente. La presente invención también está dirigida a métodos para configurar dinámicamente un elemento de relé para proteger un sistema eléctrico. Los pasos del método incluyen calcular dinámicamente una cantidad de operación de relé, calcular dinámicamente un ajuste de captación de relé, calcular dinámicamente una marcación de tiempo, calcular dinámicamente una pluralidad de variables que definen una característica del elemento de relé configurable dinámicamente, y calcular dinámicamente un tiempo de operación. El tiempo de operación calculado dinámicamente puede basarse en uno o más de la cantidad de operación de relé calculada dinámicamente; el ajuste de captación de relé calculado dinámicamente; la marcación de tiempo calculada dinámicamente; y la pluralidad de variables calculada dinámicamente. Los pasos del método adicionales incluyen seleccionar el elemento de relé configurable dinámicamente de un grupo que consiste de un elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente instantánea, un elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable, y un elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente restringida por voltaje, y un elemento de subvoltaje por tiempo inverso. Por ejemplo, la cantidad de relé calculada dinámicamente es OQ, el ajuste de captación de relé calculado dinámicamente es PU y las variables calculadas dinámicamente pueden ser elegidas de las siguientes variables: A, B, N, tr, H y combinaciones de las mismas. Además los pasos del método pueden incluir calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de N si la relación de OQ a PU es mayor de 1, calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de H si la relación de OQ a PU es menor o igual a 1, calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de tr si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1, seleccionar las cantidades de operación de relé calculadas dinámicamente del grupo que consiste de corriente, voltaje, frecuencia, potencia, presión, temperatura, impedancia, o cualquier otra cantidad calculada por el elemento de relé, usando ecuaciones programables por el usuario cuando se efectúen los cálculos dinámicos, efectuar operaciones Booleanas y matemáticas sobre las variables mencionadas anteriormente con las ecuaciones programables por el usuario, y actualizar dinámicamente las variables sin interrumpir la operación del elemento de relé.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención, junto con sus objetivos y las ventajas de la misma, pueden ser comprendidas mejor con referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos acompañantes en los cuales los números de referencia similares identifican elementos similares en las figuras, y en las cuales: La FIGURA 1 es una vista en perspectiva que ilustra un relé electromecánico de la técnica anterior con una función de protección de sobrecarga de corriente. La FIGURA 2 es una vista en perspectiva que ilustra un relé numérico de la técnica anterior con una función de protección de sobrecarga de corriente. La FIGURA 3 es un menú de barra de herramientas de la técnica anterior que ilustra un grupo de parámetros o ajustes para el relé numérico mostrado en la FIGURA 2. La FIGURA 4 es un diagrama que ilustra una implementación de la técnica anterior de un elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable para el relé numérico mostrado en la FIGURA 2 para las condiciones M>1 y 0<M<1. La FIGURA 5 es una gráfica de corriente contra tiempo que ilustra una modalidad de las características de operación del elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable de carga de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 6 es una gráfica de voltaje contra tiempo que ilustra una modalidad de las características de operación del elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 7 es un diagrama que ilustra un ejemplo que usa ecuaciones programables por el usuario para simular una característica del elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo muy inverso de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 8 es un diagrama que ilustra otra modalidad que usa ecuaciones programables por el usuario para simular una condición de elemento de sobrecarga de corriente restringida por voltaje de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 9 es un diagrama que ilustra el uso de ecuaciones programables por el usuario para implementar una característica de subvoltaje de tiempo inverso de Eskom para evitar el colapso del sistema de voltaje de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 10 es un diagrama que ilustra una característica de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso de la clase A IEC modificada de acuerdo con la presente invención. La FIGURA HA es un diagrama que ilustra la protección contra sobrecarga de corriente para una subestación de distribución típica con dos transformadores en paralelo de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 11B es un diagrama que ilustra un transformador-alimentador con los transformadores fuera de servicio de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 12 es un diagrama que ilustra la coordinación en paralelo del transformador de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 13 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad de una secuencia de cálculo del elemento de tiempo inverso configurable dinámicamente de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Se comprenderá que la presente invención puede ser realizada en otras formas específicas sin apartarse del espíritu de la misma. Los ejemplos y modalidades de la presente, por lo tanto, deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativos y no restrictivos, y la invención no se limita a los detalles presentados aquí. De acuerdo a una modalidad de la invención, el elemento de tiempo inverso descrito aquí es configurable dinámicamente de modo que (1) pueda ser calculada dinámicamente una cantidad de operación del relé, (2) puedan ser calculados dinámicamente los ajustes o parámetros de captación del relé, (3) pueda ser calculado dinámicamente el tiempo de marcación, (4) puedan ser calculadas dinámicamente las cantidades A, B, N, tr y H y (5) puedan ser calculados dinámicamente los valores para la cantidad de operación del relé, los ajustes o parámetros de captación del relé, el tiempo de marcación y las cantidades A, B, N, tr y H durante el tiempo de operación del relé. En los relés existentes, TD, A, B, N, tr, H y la cantidad de operación se fija una vez que se instala el relé, y el tiempo de operación, t, es únicamente función de la corriente aplicada t(I) para un conjunto dado de parámetros. Las nuevas Ecuaciones del elemento de tiempo inverso (4) y (5) utilizan t como función de todos los parámetros para reemplazar las Ecuaciones (2) y (3): donde: tr es el tiempo de reajuste PU (típicamente un valor de tr de 21.6 para cada característica de tiempo inverso) OQ es la cantidad de operación, reemplazando iEntrada TD es la marcación de Tiempo A, B, N, tr, y H son variables (un valor típico de H es 2) PU es la Captación, reemplazando Icaptción Ecuación (4) calcula el tiempo de operación t(0Q) cuando U> ' la Ecuación (5) calcula el tiempo de reajuste tr, cuando 0=rt =1 • Además de las salidas Booleanas de los elementos de sobrecarga de corriente temporal existentes (captación, reajuste y conexión), el nuevo elemento también produce un valor numérico que representa el por ciento del tiempo de operación total y el por ciento de conexión como se muestra en la FIGURA 4. El por ciento de conexión es igual a la conexión multiplicada por 100. Existen aplicaciones que requieren diferentes características y diferentes cantidades de operación. Algunas de esas aplicaciones incluyen: Sobrecarga de corriente de captación adaptable (véase la FIGURA 5) Sobrecarga de voltaje de tiempo inverso (véanse las FIGURAS 6 y 7) Sobrecarga de corriente restringida por voltaje (véase la FIGURA 8) Subvoltaje de tiempo inverso especial (véase la FIGURA 9) Sobrecarga de voltaje de tiempo inverso especial (véase la FIGURA 10) Coordinación adaptable en aplicaciones de transformador en paralelo (véanse las FIGURAS HA y 11B) En una modalidad, el relé numérico implementa esta adaptabilidad usando ecuaciones programables por el usuario en un relé protector numérico multifunción. Con las ecuaciones programables por el usuario de la presente invención, puede programarse un relé con una característica de sobrecarga de corriente de tiempo inverso adaptable. Como se explicó anteriormente, la FIGURA 4, ilustra un diagrama con una implementación de un elemento de sobrecarga de corriente en un relé numérico para la condición M>1. De acuerdo a la Ecuación (2) un comportamiento adaptable puede obtenerse usando la Ecuación (6) en su lugar. 3.88 t(I) = + 0.0963 ®0.5 ( 6) Entrada -1 Demanda + "-J En la Ecuación (6), la captación del elemento de sobrecarga de corriente Icaptación es función de la corriente de demanda Ioemana- El valor de la captación será pequeño para condiciones de carga ligera pero se incrementa a medida que se incrementa la carga. Este método proporciona una sensibilidad adecuada para diferentes condiciones de carga. La FIGURA 5 es una gráfica, designada de manera general 500, la cual describe una modalidad de la invención bajo las características de operación del elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptada a la carga usando la Ecuación (6) bajo condiciones de carga pesada 502 y bajo carga ligera 504. Con esta característica adaptable, la captación del elemento de tiempo inverso depende de la corriente de la demanda del alimentador. El elemento es más sensible a condiciones de carga ligera que a condiciones de carga pesada.

La aplicación del método del elemento de relé configurable dinámicamente, la captación, PU, es función de la corriente de demanda IDemanda (asignada como una variable ídem) . La cantidad de operación del Elemento de Tiempo Inverso (ITE) , captación PU, marcación de tiempo TD, y los parámetros A, B, N son: OQ:= Ientrada PU:= Idem+0.5 #(Idem es la corriente de demanda) TD:= 0.5 A:= 3.88 B:= 0.0963 N:= 2 La FIGURA 6 es una gráfica, designada, de manera general como 600, la cual describe una modalidad de la invención bajo las características de operación del elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso. Usando ecuaciones programables por el usuario, pueden crearse elementos de sobrevoltaje de tiempo inverso con una característica específica. La FIGURA 6 muestra una característica muy inversa 602 y una característica extremadamente inversa 604 de un elemento de sobrecarga de voltaje de acuerdo a la Ecuación (7). El tiempo de conexión TTT, depende de los parámetros A, B y N, y el voltaje aplicado. A=3.88 y B=0.0963 son los valores para la característica muy inversa 602, y A=5.64 y B=0.02434 son los valores para la característica extremadamente inversa 604. Cambiando o haciendo variar esos valores se generan características diferentes.

La Figura 7 es un diagrama, designado de manera general como 700, el cual ilustra un ejemplo que usa ecuaciones programables para el usuario para simular una característica de elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo muy inversa 602 descrita en la Figura 6. Aplicando el método del elemento de relé configurable dinámicamente al elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso tradicional, la cantidad de operación de ITE, captación, marcación de tiempo, los parámetros A, B, y N son: La Figura 8 es un diagrama, designado de manera general como 800, el cual ilustra un ejemplo que usa ecuaciones programables por el usuario para simular una condición de elemento de sobrecarga de corriente restringida por voltaje. La sobrecarga de corriente restringida por voltaje fue desarrollada para reemplazar los relés viejos existentes que estaban en servicio. El requerimiento fue agregar voltaje de secuencia positiva y secuencia negativa para controlar la captación del relé y la marcación de tiempo de acuerdo a la Ecuación (8) .

Aplicando el método del elemento de relé configurable dinámicamente a las ecuaciones programables por el usuario, el múltiplo de captación, M es función de la impedancia aparente: \¡ \ , y la marcación de tiempo y l función de la diferencia entre el voltaje de secuencia positivo y el voltaje de secuencia negativo. La cantidad de operación de ITE, captación, marcación de tiempo, los parámetros A, B y N son: PMV02: = 0.5+VlFIM/63-3V2FIM/190.5#Vl-V2 OQ: = LIAFM PU: = 0.5+V1FIM/63.5 TD: = (0.05<PMV02<1) *PMV02+PMV02>1+ (PMV02<0.05) *0.05 V1FIM es la magnitud de voltaje instantánea del ciclo completo de la secuencia positiva y V2FIM es la magnitud del voltaje instantánea del ciclo completo de la secuencia negativa. La Figura 9 es un diagrama, designado de manera general como 900, el cual ilustra otro ejemplo de uso de ecuaciones programables por el usuario para implementar la característica de subvoltaje de tiempo inverso de Eskom para evitar el colapso del sistema de voltaje caracterizado por la Ecuación (9): Aplicando los métodos de elemento de relé configurable dinámicamente a las ecuaciones programables por el usuario, el múltiplo de captación M, es función de la diferencia entre el voltaje nominal VNominai y el voltaje de entrada VEntrada- La cantidad de operación ITE OQ, captación PU, marcación de tiempo TD, y los parámetros A, B y N son: OQ : = Vnominal-Ventrada PU : = 1 TD : = 1 A : = 0 . 054 B : = 2 N : = 0 . 017 La Figura 10 es un diagrama, designado de manera general como 1000, el cual ilustra una característica de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso de la Clase A IEC modificado. La Ecuación (10) implementa el elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso IEC tradicional. La Figura 10 ilustra la ecuación programable por el usuario para implementar las características de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso deseadas.

En esta aplicación la cantidad de operación ITE OQ, captación PU, marcación de tiempo TD, y los parámetros A, B y N son: |0Q: = VAFM1"1000 # (Magni tud de voltaje del ciclo completo de la fase A) PU: = 1 TD: = 1 A: = 0.14 B: = 0 N: = 0.02 La FIGURA HA es un diagrama, designado de manera general como 1100, el cual ilustra la protección contra sobrecarga de corriente para una subestación de distribución típica con dos transformadores 1110 y 1111 en paralelo. La protección contra sobrecarga de corriente del transformador y el alimentador deben de tener coordinación temporal apropiada para todas las condiciones de operación. En la FIGURA HA, los elementos de sobrecarga de corriente 51, localizados en la ubicación del transformador 1110 y 1111 proporcionan protección del transformador de captación. Esos elementos de sobrecarga de corriente 51 deben coordinarse con los elementos de sobrecarga de corriente 51 localizados en una pluralidad de alimentadores 1103, 1105 y 1107. La FIGURA 11B es un diagrama, designado de manera general como 1150. Cuando uno de los transformadores como el 1111 está fuera de servicio la coordinación se ve afectada. La adaptabilidad del elemento de sobrecarga de corriente es deseable para la coordinación óptima de todas las condiciones de operación. Una solución típica para optimizar la coordinación es usar diferentes grupos de parámetros. Cada grupo de parámetros tiene los mejores parámetros del relé de sobrecarga de corriente para la condición de operación correspondiente. La FIGURA 12 es un diagrama, designado de manera general como 1300, el cual ilustra la coordinación del transformador en paralelo. En esta aplicación la marcación de tiempo es función de cuantos transformadores están en servicio. Cuando únicamente un transformador 1110 (o 1111) está en servicio, el IN101 mantiene un TD=0.4. Cuando ambos transformadores 1110 y 1111 están en servicio, el IN101 no mantiene un TD = 0.2. Aplicando los métodos del elemento de relé configurable dinámicamente a las ecuaciones programables para el usuario, la cantidad de operación de ITE OQ, la captación PU, la marcación de tiempo TD, los parámetros A, B y N son: i OQ = MAX(IAM, IBM, ICM) # (Máximo de las magnitudes de i corriente de fase) A: = = 19.61 B: = =0.491 N: = =2 PU: =3 TD: =0.4*IN101 + 0. 2* NOT(INIOI) La FIGURA 13 es un diagrama de flujo, designado de manera general como 1200, el cual describe una modalidad de una secuencia de cálculo de elemento de tiempo inverso configurable dinámicamente. El tiempo de operación, t, es una función de todas las variables anteriores, t (OQ, TD, A, B, N, PU, H, tr) combinando las Ecuaciones (4) y (5) en (1), para producir la ecuación del elemento de tiempo inverso descrita. El intervalo de procesamiento puede estar a intervalos fijos de tiempo (por ejemplo 4.16 ms) . Además, el intervalo de procesamiento puede estar en un múltiplo de la frecuencia de operación del sistema de energía o potencia (por ejemplo del ciclo) .

Siguiendo el diagrama de flujo 1200, la cantidad de operación del relé OQ en las Ecuaciones (11) y (12) puede ser calculada/seleccionada dinámicamente de los valores medidos del relé en el bloque 1204, ya sea que el valor sea la corriente, el voltaje, la frecuencia, potencia, presión, temperatura, impedancia o cualquier otra cantidad análoga calculada por el relé. De manera alternativa, la cantidad de operación del relé OQ puede ser seleccionada o calculada de las entradas de voltaje medida o puede ser seleccionada o calculada usando el voltaje nominal VNom?nal y el voltaje de entrada medido Ventrada por ejemplo. De manera similar, el parámetro o ajuste de captación de relé PU puede ser calculado dinámicamente en el bloque 1206 sobre la base de, por ejemplo, la corriente medida más una cantidad fija, el parámetro de marcación de tiempo TD calculado dinámicamente en el bloque 1208 sobre la base de conjuntos ponderados de condiciones y las variables que definen una característica de los parámetros o ajustes A, B y N del elemento de relé configurable dinámicamente pueden ser calculados dinámicamente en el bloque 1216. El tiempo de operación t(OQ) puede entonces ser calculado con la Ecuación (4) en el bloque 1218. Si OQ/PU no fue mayor que 1 en el bloque 1210, el valor de las variables H y tr es determinado en el bloque 1212 y el tiempo de operación t (OQ) es determinado en el bloque 1214 de acuerdo con la Ecuación (5). El desplazamiento (T) es calculado entonces en el bloque 1222. Si T es menor que o igual a 0 en el bloque 1228, entonces se mantiene 51R para Reajustarse en el bloque 1230, y el proceso finaliza en el bloque 1220. Si T no es menor que o igual a 0 en el bloque 1228, entonces T se compara con 1 en el bloque 1224. Si T es mayor que 1 en el bloque 1224, entonces se mantiene 51T para producir una alarma o conexión en el bloque 1226, y el proceso finaliza en el bloque 1220. Si T no es mayor que 1 en el bloque 1224, y entonces el proceso finaliza en el bloque 1220. Todas las cantidades anteriores pueden ser medidas localmente o medidas remotamente y recibidas a través de un enlace de comunicación. Como resultado, los relés configurables dinámicamente son adecuados para aplicaciones múltiples y proporcionan adaptabilidad sin sacrificar disponibilidad. Preferiblemente, el relé opera sin interrupción mientras las variables sean actualizadas dinámicamente . Aunque han sido mostradas y descritas modalidades particulares de la invención, será obvio a aquellos expertos en la técnica que pueden hacerse cambios y modificaciones a éstas sin apartarse de la invención en sus aspectos más amplios.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Elemento de relé configurable dinámicamente configurado para proteger un sistema eléctrico, el elemento de relé configurable dinámicamente comprende: una cantidad de operación de relé calculada dinámicamente; un parámetro de captación de relé calculado dinámicamente; una marcación de tiempo calculada dinámicamente; una pluralidad de variables calculadas dinámicamente que definen una característica de un elemento de relé configurable dinámicamente; y un tiempo de operación calculado dinámicamente .
2. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde el tiempo de operación calculado dinámicamente se basa en uno seleccionado del grupo que consiste de la cantidad de operación de relé calculada dinámicamente, el parámetro o ajuste de captación de relé calculado dinámicamente, la marcación de tiempo calculada dinámicamente, la pluralidad de variables calculadas dinámicamente, y combinaciones de las mismas.
3. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, el elemento de relé configurable dinámicamente es seleccionado de un grupo que consiste de un elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente instantánea, un elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable, un elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente restringida por voltaje, y un elemento de subvoltaje de tiempo inverso.
4. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde la cantidad de relé calculada dinámicamente es OQ, el parámetro o ajuste de captación de relé calculada dinámicamente es PU y las variables calculadas dinámicamente son seleccionadas del grupo que consiste de: A, B, N, tr, H y combinaciones de las mismas.
5. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 4, donde el valor de N es usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es mayor de 1.
6. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 4, donde el valor de H es usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1.
7. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 4, donde el valor de tr es usado para calcular dinámicamente el tiempo de operación si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1.
8. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde las cantidades de operación del relé calculadas dinámicamente son la corriente, voltaje, frecuencia, potencia, presión, temperatura, impedancia y combinaciones de las mismas.
9. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde las cantidades de operación del relé calculadas dinámicamente son medidas localmente .
10. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde las cantidades de operación del relé calculadas dinámicamente son medidas remotamente.
11. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde los cálculos dinámicos son efectuados usando ecuaciones programables por el usuario.
12. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 11, donde las ecuaciones programables por el usuario efectúan operaciones Booleanas y matemáticas sobre las variables.
13. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde el elemento de relé opera sin interrupción mientras las variables son actualizadas dinámicamente .
14. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, donde una salida del elemento de relé comprende un valor numérico que representa uno seleccionado del grupo que consiste de un por ciento del tiempo de operación total y un por ciento de desplazamiento.
15. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, que comprende además un intervalo de procesamiento fijo en un intervalo de tiempo.
16. Elemento de relé configurable dinámicamente según la reivindicación 1, que comprende además un intervalo de procesamiento en un múltiplo de una frecuencia de operación del sistema de energía.
17. Método para configurar dinámicamente un elemento de relé para proteger un sistema eléctrico, el método comprende los pasos de: calcular dinámicamente una cantidad de operación del relé; calcular dinámicamente un parámetro de captación del relé; calcular dinámicamente una marcación de tiempo; calcular dinámicamente una pluralidad de variables que definen una característica del elemento de relé configurable dinámicamente; y calcular dinámicamente un tiempo de operación.
18. Método para configurar dinámicamente un elemento de relé según la reivindicación 17, donde el tiempo de operación calculado dinámicamente se basa en uno seleccionado del grupo que consiste de la cantidad de operación de relé calculada dinámicamente, el parámetro de ajuste de captación del relé calculado dinámicamente, en la marcación de tiempo calculada dinámicamente, la pluralidad de variables calculadas dinámicamente, y combinaciones de las mismas.
19. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: seleccionar el elemento de relé configurable dinámicamente de un grupo que consiste de un elemento de sobrecarga de corriente de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente instantánea, un elemento de sobrecarga de corriente de captación adaptable, y un elemento de sobrecarga de voltaje de tiempo inverso, un elemento de sobrecarga de corriente restringida por voltaje, y un elemento de subvoltaje de tiempo inverso.
20. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, donde la cantidad de relé calculada dinámicamente es OQ, el parámetro de captación de relé calculado dinámicamente es PU y las variables calculadas dinámicamente son seleccionadas del grupo que consiste de: A, B, N, tr, H y combinaciones de las mismas.
21. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 20, el método comprende el paso adicional de: calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de N si la relación de OQ a PU es mayor de 1.
22. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 20, el método comprende el paso adicional de: calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de H si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1.
23. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 20, el método comprende el paso adicional de: calcular dinámicamente el tiempo de operación con el valor de tr si la relación de OQ a PU es menor que o igual a 1.
24. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso de: seleccionar las cantidades de operación de relé calculadas dinámicamente del grupo que consiste de corriente, voltaje, frecuencia, potencia, presión, temperatura, impedancia y combinaciones de las mismas.
25. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: medir la cantidad de operación localmente.
26. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: medir la cantidad de operación remotamente.
27. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: usar ecuaciones programables por el usuario para efectuar los cálculos dinámicos.
28. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 27, el método comprende el paso adicional de: efectuar operaciones Booleanas y matemáticas sobre las variables con las ecuaciones programables por el usuario.
29. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: actualizar dinámicamente las variables sin interrumpir la operación del elemento de relé.
30. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, el método comprende el paso adicional de: producir un valor numérico que representa uno seleccionado del grupo que consiste de un por ciento del tiempo de operación total o un por ciento de desplazamiento.
31. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, donde el intervalo de procesamiento del método es un intervalo de tiempo fijo.
32. Método para configurar dinámicamente el elemento de relé según la reivindicación 17, donde el intervalo de procesamiento del método es un múltiple de la frecuencia de operación del sistema de energía.