Método y sistema de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua.

La presente invención se refiere a un nuevo método y sistema de detección selectiva de defectos a tierra en cables de corriente continua que tienen sus pantallas conectadas a tierra en sus dos extremos.

Se identifica el cable que tiene un defecto a tierra al medir intensidad de defecto en los extremos de las dos pantallas del cable. Estas dos intensidades tienen polaridades contrarias si el cable no presenta fallo alguno. En cambio, si el cable tiene defecto, las dos intensidades tienen sentidos iguales. También se identifica el cable con defecto a tierra al medir y comparar las intensidades que circulan por los dos extremos de la pantalla del cable protegido.

Esta invención es capaz de discriminar entre las intensidades correspondientes a las maniobras de conexión de los cables protegidos y las correspondientes a los defectos a tierra de los mismos evitando así disparos erróneos o indebidos.

Método y sistema de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto presentar un nuevo método y sistema de detección diferencial de faltas a tierra en redes de energía eléctrica de corriente continua con cables aislados. Este nuevo método ofrece una perfecta detección del cable aislado con defecto, garantizando una selectividad total para evitar así disparos no deseados ó erróneos. No utiliza ningún valor de tensión de barras del sistema de corriente continua que pudiera medirse en la red protegida por este método.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Al producirse una falta a tierra en redes de suministro de energía eléctrica en corriente continua, el valor de dicha intensidad de defecto puede presentar valores muy elevados, haciéndose imprescindible su rápida detección y despeje ya que todos los elementos de potencia que conforman la red de suministro de corriente continua se ven sometidos a altas solicitaciones térmicas, pudiéndose deteriorar su aislamiento y originar daños severos.

En algunas aplicaciones, se emplea un sistema para detectar la falta que aún no siendo selectivo" tiene buenos resultados. Dicho sistema inyecta una señal de tensión de pequeña amplitud. Así se está calculando de forma permanente el valor de la resistencia de aislamiento en cada cable. Una vez ha disminuido el valor del nivel de aislamiento a valores correspondientes a situaciones consideradas de defecto, el sistema de protección proporciona primeramente una señal de alarma y, en caso de descenso progresivo del aislamiento, una segunda señal de disparo. Esta técnica se ha venido utilizando normalmente en redes de distribución eléctrica de Baja Tensión.

Existen algunas patentes relacionadas con posibles soluciones del problema técnico planteado:

ES 2 231 270 B2 (Sistema y método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores). Aunque esta patente detecta defectos a tierra en redes de corriente continua, principalmente en los sistemas de excitación de generadores síncronos, su aplicación no es adecuada para la protección de cables de corriente continua de grandes longitudes.

- WO2011157305 (FAULT PROTECTION OF HVDC TRANSMISION LINES).

Esta patente detecta y despeja defectos en cables de corriente continua leyendo los valores de tensión e intensidad que aparecen en bobinas dispuestas en serie con el propio cable de continua y el interruptor correspondiente. Esta patente no analiza las intensidades que circulan por los extremos de las pantallas y necesita instalar costosas bobinas en serie con la alimentación principal del sistema.

CN102522733 (HVDC power-transmission whole-line speed protection method by using direct-current filter current). Esta invención discrimina si los defectos se producen en el cable ó línea protegida ó en otras partes de la red a partir del análisis de las componentes de frecuencia de la intensidad que circula por el cable ó línea. Al igual que en el caso anterior, esta patente ni lee ni analiza las corrientes que circulan por las pantallas de los cables protegidos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención permite detectar de forma selectiva en sistemas de suministro de energía eléctrica de corriente continua, el cable aislado que ha perdido su aislamiento y se encuentra en situación de defecto a tierra.

En las redes eléctricas, los defectos a tierra representan más del 90% de total de faltas que se producen en los sistemas de energía eléctrica, por lo que resulta imprescindible su detección y localización de una forma precisa. En redes con alimentaciones radiales, este tipo de defecto no permite su localización si solo se emplean protecciones voltimétricas que midan las tensiones en distintos puntos de dichas redes. Por tanto, es preciso medir otras magnitudes como pueden ser las intensidades que circulan por las pantallas de los cables aislados que conforman la red de distribución radial de corriente continua.

En los sistemas eléctricos de suministro de energía eléctrica de corriente continua, al producirse un defecto a tierra en un cable y ponerse en contacto su parte activa con su pantalla, circula intensidad de defecto por la pantalla del correspondiente cable. En cambio, por las pantallas de los otros cables que forman dicho sistema eléctrico, no circula intensidad alguna ya que no existe flujo mutuo entre las partes activas de los cables y sus correspondientes pantallas. En estas condiciones y en los cables sin defecto, los condensadores formados por las capacidades entre las partes activas y las pantallas, así como los condensadores formados entre las pantallas y tierra, se encuentran cargados. Esta situación hace que solo pueda circular intensidad de defecto por la pantalla del cable que tiene un defecto a tierra.

El principio de funcionamiento se basa en la medida diferencial de las intensidades que circulan por los extremos de las pantallas de los cables en servicio. La pantalla ó pantallas por las que estén circulando intensidades en sus extremos de igual polaridad se corresponden con los cables que tienen defecto a tierra.

Este nuevo método discrimina entre las intensidades que circulan por las pantallas en las maniobras de conexión de los cables y las intensidades que circulan por las pantallas cuando se ha producido un defecto.

El método de la invención presenta las siguientes características:

Identifica en base a las intensidades leídas en ambos lados de las pantallas de los cables, si dichas intensidades que circulan por las pantallas se corresponden con maniobras de energización de los cables. Para ello, se identifican las polaridades de las intensidades que circulan por los dos extremos de la pantalla del cable protegido y no da indicación de defecto alguno si:

1.- las polaridades de dichas intensidades son de distinto signo hasta la atenuación de ambas intensidades a valores debidos al rizado del sistema.

2.- la polaridad de las intensidades circulantes por los extremos de la pantalla cambian de signo, al menos, una vez hasta que se atenúan.

Identifica en base a las intensidades leídas en las pantallas de los cables, si dichas intensidades que circulan por las pantallas se corresponden con defectos a tierra en los cables de corriente continua. Para ello, se identifican las polaridades de las intensidades que circulan por los dos extremos de la pantalla del cable protegido y da indicación de defecto cuando las polaridades de dichas intensidades son de igual signo y la diferencia entre los módulos de dichas intensidades que circulan por las pantallas es superior a un valor establecido.

Por su parte, el sistema de la invención comprende:

Unos equipos de medida de la corriente que circula por la pantalla del cable aislado.

Un sistema de protección que corresponde a un dispositivo analizador encargado de analizar las señales medidas por los equipos de medida, incluyendo dicho sistema una serie de medios que corresponden a:

a) Medios para obtener la polaridad de las señales medidas en ambos extremos de la pantalla del cable aislado.

b) Medios comparadores encargados de comparar la polaridad de las señales medidas y obtener una señal de salida indicativa de la existencia o no de defecto.

c) Medios contadores de los cambios de polaridad de las intensidades que circulan por los extremos de la pantalla del cable aislado.

d) Un divisor de módulos entre las intensidades que circulan por los extremos de la pantalla del cable aislado y una intensidad de ajuste.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

En la figura 1.- Se muestra un esquema de principio de funcionamiento del sistema de la invención, donde se observan los siguientes elementos:

(1) : Fuente de tensión de corriente continua.

(2) : Barra principal de corriente continua.

(3) : Cables de corriente continua.

(4) : Pantallas de los cables de corriente continua.

(5) : Equipo de medida de intensidad en corriente continua.

(6) : Enlace de comunicación entre los equipos de medida y el nuevo sistema de

protección (12).

(7) : Defecto en un cable de corriente continua.

(8) : Intensidades de defecto.

(9) : Puesta a tierra.

La figura 2.- Muestra un esquema simplificado de la realización preferente, en donde aparecen los elementos dispuestos en...

1. Método de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua, caracterizado por que la detección del defecto a tierra se realiza comparando las polaridades de las intensidades que circulan por la pantalla del cable aislado en sus dos extremos, indicando que hay defecto a tierra cuando sus polaridades son iguales y no indicando defecto a tierra cuando las polaridades son diferentes.

2. Método de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua, según la reivindicación 1, caracterizado por que la detección del defecto a tierra se realiza comparando las polaridades de las intensidades que circulan por la pantalla del cable aislado en sus dos extremos, indicando que hay defecto a tierra cuando sus polaridades son iguales y no indicando defecto a tierra cuando las polaridades son diferentes durante un tiempo ajustable definido previamente.

3. Método de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la detección del defecto a tierra se realiza comparando los módulos de las intensidades que circulan por los dos extremos de la pantalla del cable aislado, indicando que hay defecto si la diferencia entre los módulos de dichas intensidades es superior a un valor previamente establecido cuando las polaridades de dichas intensidades son iguales.

4.- Método de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua, según las reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado por que identifica las maniobras de conexión de los cables aislados al cambiar de signo un número de veces definido previamente al menos una de las intensidades que circulan por las pantallas del cable aislado durante un tiempo previamente establecido y ser al menos una de dichas intensidades superior a un valor definido con anterioridad, originando una indicación de conexión y no de defecto ó fallo en dicho cable.

5.- Sistema de detección diferencial de defectos a tierra en cables aislados de corriente continua, estando los cables aislados con pantallas puesta a tierra, caracterizado por que comprende:

- un equipo de medida (5) de la corriente que circula por la pantalla (4) del cable aislado (3).

- Un sistema de protección (12) materializado en un dispositivo analizador encargado de analizar las señales medidas por los equipos de medida (5) , comprendiendo dicho sistema de protección:

medios para la obtención de la polaridad de las señales medidas en ambos extremos de la pantalla (4) del cable aislado (3).

Comparadores (14) encargados de comparar la polaridad de las señales medidas y obtener una señal de salida (13) indicativa de la existencia o no de defecto.

Contadores (21) para contar los cambios de polaridad de las intensidades que circulan por los extremos de la pantalla (4) del cable aislado (3) y,

Divisor de módulos (24) entre las intensidades que circulan por los extremos de la pantalla (4) del cable aislado (3) y una intensidad de ajuste medida por un módulo (22) de intensidad de ajuste.