DISPOSICION Y PROCEDIMIENTO PARA LA COMPENSACION DE UNA CORRIENTE DE DEFECTO EN CASO DE UN DEFECTO A TIERRA.

Disposición para la compensación de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra unipolar (E),

en particular en una red eléctrica de corriente trifásica (1) con tres conductores (L1, L2, L3), en la que al menos un punto neutro (3) por un lado secundario de al menos un transformador de suministro (2) o en un dispositivo formador de punto neutro está unido a un punto de tierra (5.1) al menos a través de una reactancia de puesta a tierra (4), en que está prevista al menos una disposición para la compensación por lo menos parcial de al menos una componente de frecuencia, que se desvía de una frecuencia básica de una tensión de red, de la corriente de defecto, en que la disposición comprende al menos tres conmutadores (7), en que los conductores (L1, L2, L3) están unidos respectivamente a por lo menos uno de los conmutadores (7), en que los conmutadores (7) están unidos a un circuito de filtrado (6) o forman parte del circuito de filtrado, en que el circuito de filtrado (6) está unido a un punto de tierra (5.1, 5.3) y en que cada uno de los conmutadores (7) es activable manual y/o automáticamente mediante una disposición de detección de defecto a tierra, que detecta el defecto a tierra (E), caracterizada porque la disposición comprende al menos un rectificador de corriente (8), en que el circuito de filtrado (6) está conformado como rectificador de corriente (8)

Disposición y procedimiento para la compensación de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra.

La invención se refiere a una disposición y a un procedimiento para la compensación de una corriente de defecto unipolar en caso de un defecto a tierra en una red de corriente trifásica de frecuencia arbitraria.

Redes de corriente trifásica públicas e industriales, en particular redes de media tensión trifásicas en el intervalo de 1 kV hasta 30 kV y redes de alta tensión con tensiones nominales menores/iguales que 110 kV, que sirven para el suministro regional, operan predominantemente con puesta a tierra resonante de punto neutro. Esto significa que el punto neutro, situado por el lado de media tensión, de un transformador de suministro o el punto neutro de un dispositivo formador de punto neutro está unido a un punto de tierra a través de una reactancia de puesta a tierra variable. Si una red de media tensión así conformada tiene un defecto a tierra en uno de los tres conductores, este estado de defecto no debe llevar a la desconexión inmediata de la línea defectuosa por motivos de fiabilidad del suministro. La corriente de defecto capacitiva que fluye en caso de un defecto a tierra está condicionada por las capacidades a tierra de la red de media tensión. Aparecen capacidades también entre los conductores entre sí, cuya contribución a la corriente de defecto en caso de un defecto a tierra unipolar es sin embargo despreciable. En caso de un defecto a tierra en un conductor, la capacidad a tierra de este conductor es cortocircuitada, mientras que las tensiones en las capacidades a tierra de los otros dos conductores, no afectados por el defecto a tierra, aumentan en el factor surd3 y la corriente de defecto capacitiva pasa a fluir en los otros dos conductores. La reactancia de puesta a tierra está ajustada de tal modo que compensa esta corriente de defecto capacitiva mediante una corriente inductiva en la zona del defecto a tierra. Esto es válido sin embargo sólo para la frecuencia de red, una frecuencia básica que la mayoría de las veces es de 50 Hz, a la que está ajustada la reactancia de puesta a tierra. La aplicación creciente de instalaciones y aparatos, alimentados por rectificadores de corriente, con fuentes de alimentación conmutadas en viviendas y en la industria lleva a realimentaciones de red, que se manifiestan entre otras cosas como distorsión armónica de la tensión de red. En particular, aparecen en este caso componentes de frecuencia del quinto y del séptimo armónico de la frecuencia básica (250 Hz y 350 Hz). Estas componentes de frecuencia armónicas de la tensión de red contribuyen en una parte considerable a las corrientes de defecto que fluyen en caso de defectos a tierra, tanto más cuanto que en los últimos años las redes de alta frecuencia han sido desarrolladas crecientemente como redes subterráneas y la proporción de líneas aéreas se reduce y que la capacidad a tierra de un cable es aproximadamente veinte a cuarenta veces mayor que la de una línea aérea para igual longitud. La porción de estas componentes de frecuencia diferentes de la frecuencia básica en la corriente de defecto no puede ser compensada con la reactancia de puesta a tierra, ya que la resonancia de ésta está ajustada de tal modo que sólo compensa la componente de 50 Hz. Este estado de cosas tiene como consecuencia un aumento de la corriente de defecto restante en la zona del defecto a tierra, y en el entorno del defecto a tierra pueden producirse tensiones peligrosas (tensiones de contacto y tensiones en escalón), que son peligrosas para la vida o para la salud humana o animal. En el documento DE 195 25 417 C2 se indica una vía de solución para la compensación de porciones óhmicas de la corriente de defecto en caso de un defecto a tierra mediante un elemento de reactancia pasivo controlado. Las componentes de frecuencia que se desvían de la frecuencia básica no se tienen sin embargo en cuenta. A partir de los documentos AT 11 35 89, US 1 983 085 y GB 279 841 son conocidas disposiciones en las que corrientes de defecto a tierra son compensadas mediante filtros pasivos, que están conectados en serie o en paralelo a la reactancia de puesta a tierra. Aquí son compensadas también porciones armónicas de las corrientes de defecto a tierra. En el documento DE 198 27 755 A1 se describe una disposición, en la que un filtro híbrido, que consta de un filtro pasivo y uno activo, está conectado entre una red de tensión alterna y tierra, en que las componentes armónicas más altas son suprimidas por el filtro activo. A partir de la publicación WINTER, Klaus M.: Swedish Distribution Networks - a New Method for Earthfault Protection in Cable - and Overhead Systems. En: Proceedings of the Fifth International Conference on Developments in Power System Protection - DPSP '93 York/UK, IEE Conference Publication Nº 368, págs. 268-270 y a partir de la publicación KRÄMER, Stephan; SCHMIDT, Rainer; WINTER, Klaus: Erdschluss-Vollschutzanlage für das 110-kV-Bahnstromnetz. En: Elektrische Bahnen, H.8, 2003, págs. 353-362 son conocidas respectivamente disposiciones en las cuales se introduce una corriente de compensación en la reactancia de puesta a tierra con un bobinado auxiliar.

A partir del documento DE 630 751 C es conocida una disposición para la compensación de la corriente de defecto a tierra en una red eléctrica de corriente trifásica con tres conductores, en la que un punto neutro en un dispositivo formador de punto neutro está unido a un punto de tierra a través de una disposición de supresión de defectos a tierra que consta de inductancias, en que están previstos tres conmutadores que, mediante un circuito de filtrado para la compensación de armónicos más altos de una frecuencia básica, pueden conmutar a tierra un conductor afectado por un defecto a tierra.

La invención tiene por ello como base la tarea de proporcionar una disposición mejorada y un procedimiento para la detección y compensación automáticas de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra.

La tarea es resuelta conforme a la invención mediante una disposición con las características de la reivindicación 1 y mediante un procedimiento con las características de las reivindicaciones 12 hasta 15.

Estructuraciones ventajosas de la invención son el objeto de las reivindicaciones subordinadas.

La disposición conforme a la invención tiene una red eléctrica de corriente trifásica con tres conductores. En lo que respecta a la red de corriente trifásica se trata en particular de una red de media tensión, que es suministrada por una red de alta tensión con un transformador de suministro con una tensión de red. El transformador de suministro tiene un lado secundario, especialmente un lado de media tensión con un punto neutro, que está unido a un punto de tierra a través de una reactancia de puesta a tierra. Alternativamente, la reactancia de puesta a tierra puede estar conectada también a través de un dispositivo formador de punto neutro. El punto de tierra es en general una instalación de puesta a tierra. La reactancia de puesta a tierra puede ser modificable en su inductancia. Además está prevista una disposición para la compensación al menos parcial de al menos una componente de frecuencia, que se desvía de una frecuencia básica de la tensión de red, de una corriente de defecto que aparece como consecuencia de un defecto a tierra unipolar. La disposición comprende al menos tres conmutadores. Cada uno de los conductores está unido a por lo menos uno de los conmutadores. Los conmutadores están unidos a un circuito de filtrado o forman parte en sí mismos de un circuito de filtrado, que a su vez está unido a un punto de tierra. El circuito de filtrado está conformado como rectificador de corriente. La disposición está dispuesta preferentemente en las proximidades del transformador de suministro. En particular cuando se emplea un circuito de filtrado pasivo, los conductores L1, L2 y L3 están unidos a respectivamente un conmutador. Los conmutadores están unidos al circuito de filtrado y éste lo está al punto de tierra, de modo que resulta una conexión en serie de cada conductor a través del conmutador y del circuito de filtrado al punto de tierra. De este modo, para un defecto a tierra que sólo aparece en uno arbitrario de los tres conductores L1, L2 o L3 sólo es necesario un circuito de filtrado común, independientemente de cuál de los conductores L1, L2 o L3 esté afectado. De este modo, empleando sólo un circuito de filtrado, que puede ser unido opcionalmente a todos los conductores L1, L2 y L3, pueden reducirse considerablemente los costes para la disposición. Para ello puede pasar a aplicarse en particular un conmutador...

1. Disposición para la compensación de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra unipolar (E), en particular en una red eléctrica de corriente trifásica (1) con tres conductores (L1, L2, L3), en la que al menos un punto neutro (3) por un lado secundario de al menos un transformador de suministro (2) o en un dispositivo formador de punto neutro está unido a un punto de tierra (5.1) al menos a través de una reactancia de puesta a tierra (4), en que está prevista al menos una disposición para la compensación por lo menos parcial de al menos una componente de frecuencia, que se desvía de una frecuencia básica de una tensión de red, de la corriente de defecto, en que la disposición comprende al menos tres conmutadores (7), en que los conductores (L1, L2, L3) están unidos respectivamente a por lo menos uno de los conmutadores (7), en que los conmutadores (7) están unidos a un circuito de filtrado (6) o forman parte del circuito de filtrado, en que el circuito de filtrado (6) está unido a un punto de tierra (5.1, 5.3) y en que cada uno de los conmutadores (7) es activable manual y/o automáticamente mediante una disposición de detección de defecto a tierra, que detecta el defecto a tierra (E), caracterizada porque la disposición comprende al menos un rectificador de corriente (8), en que el circuito de filtrado (6) está conformado como rectificador de corriente (8).

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la componente de frecuencia de la corriente de defecto es un armónico de la frecuencia básica.

3. Disposición según la reivindicación 2, caracterizada porque la componente de frecuencia de la corriente de defecto es el quinto y/o séptimo armónico de la frecuencia básica.

4. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el rectificador de corriente (8) está conectado en serie con la reactancia de puesta a tierra (4).

5. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el rectificador de corriente (8) está conectado en paralelo a la reactancia de puesta a tierra (4).

6. Disposición según una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizada porque para el rectificador de corriente (4) está prevista una unidad de control que vigila la red eléctrica de corriente trifásica (1) y controla y/o regula el rectificador de corriente (8) al menos en lo relativo a frecuencia y posición de fase de una corriente y/o de una tensión.

7. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la disposición comprende un circuito oscilante en paralelo conectado en serie a la reactancia de puesta a tierra (4).

8. Disposición según la reivindicación 7, caracterizada porque el circuito oscilante en paralelo contiene componentes regulables.

9. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los conmutadores (7) están conformados como conmutadores electrónicos controlables.

10. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el circuito de filtrado (6) está diseñado como un circuito de filtrado de varias frecuencias de tal modo que para al menos una primera frecuencia actúa como circuito de absorción y para al menos una segunda frecuencia actúa como circuito de bloqueo.

11. Disposición según la reivindicación 10, caracterizada porque la segunda frecuencia es la frecuencia básica.

12. Procedimiento para la compensación de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra unipolar (E) con una disposición según una de las reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque una red de corriente trifásica es vigilada en cuanto a defectos a tierra y porque en caso de existencia de un defecto a tierra unipolar de un conductor (L1, L2, L3) es activado manual o automáticamente un conmutador (7) para la unión del conductor (L1, L2, L3) con un circuito de filtrado (6) conformado como rectificador de corriente, que está unido a un punto de tierra (5.1, 5.3).

13. Procedimiento para la compensación de una corriente de defecto en caso de un defecto a tierra unipolar (E) con una disposición según una de las reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque una red de corriente trifásica es vigilada en cuanto a defectos a tierra y porque en caso de existencia de un defecto a tierra unipolar de un conductor (L1, L2, L3), mediante al menos un conmutador electrónico (7) de un circuito de filtrado (6) conformado como rectificador de corriente (8), es provocado entre el conductor (L1, L2, L3) y un punto de tierra (5.1, 5.3) un flujo de corriente que compensa al menos parcialmente al menos una componente de frecuencia de una corriente de defecto a tierra.

14. Procedimiento para la localización de un defecto a tierra en una red de corriente trifásica (1) con una disposición según una de las reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque se aplica a la red de corriente trifásica (1), en funcionamiento libre de defectos a tierra, por parte de un rectificador de corriente (8) una corriente de cero con una frecuencia de 0,1 Hz hasta 2000 Hz, que se emplea para la determinación periódica de admitancias de cero dependientes de la frecuencia, que son almacenadas como valores deseados en un dispositivo de detección, y porque por comparación de las admitancias de cero, determinadas de igual modo en caso de un defecto a tierra unipolar (E), con el valor deseado se determina un conductor (L1, L2, L3) afectado por el defecto a tierra (E) y una distancia de un lugar del defecto a tierra respecto al lugar de montaje del rectificador de corriente (8).

15. Procedimiento para la compensación de potencia reactiva en una red de corriente trifásica (1) con tres conductores (L1, L2, L3) mediante una disposición según una de las reivindicaciones 1 hasta 11, en el que la red de corriente trifásica (1) es vigilada en cuanto a potencia reactiva y en que se aplica a la red de corriente trifásica (1) en caso de existencia de potencia reactiva una corriente, que compensa al menos parcialmente la potencia reactiva, mediante un rectificador de corriente (8) unido a un punto de tierra (5.1, 5.3), en que el rectificador de corriente (6) es unido a por lo menos uno de los conductores (L1, L2, L3) de modo controlado y/o regulado mediante al menos uno de al menos tres conmutadores (7).