SISTEMA Y METODO DE DETECCION DE FALTAS A TIERRA EN SISTEMAS DE CORRIENTE CONTINUA ALIMENTADOS MEDIANTE RECTIFICADORES.

Sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores,

comprendiendo:

- una impedancia de puesta a tierra (6) en el transformador (1) que alimenta el rectificador (3);

- un equipo de medida (23) de la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra (6), obteniendo una señal medida (5);

- un dispositivo analizador (15) encargado de analizar la señal medida (5) y que dispone de:

-medios de obtención de la amplitud de dicha señal medida (5) a la frecuencia de red f1 (Af1) y a la frecuencia 3xf1 (A3f1);

-medios de comparación (10) encargados de comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 (Af1) y 3xf1 (A3f1) con un valor determinado (AFALLO), y obtener al menos una señal de salida (11, 12, 13) indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta

Sistema y método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores.

Objeto de la invención

La presente invención es de aplicación para sistemas eléctricos en los que intervienen rectificadores, alimentados desde una red de corriente alterna a través de un transformador.

Una clara aplicación son los sistemas de generación de energía eléctrica, en los que el sistema de excitación de los generadores síncronos se alimenta por medio de un rectificador a través de un transformador de excitación. Con el sistema objeto de la presente invención se pueden detectar cortocircuitos a tierra tanto en la zona de corriente continua como en la zona de corriente alterna sin necesidad de ninguna fuente adicional de inyección de corriente o tensión y se puede distinguir en que zona se ha producido el defecto, zona de corriente continua o zona de corriente alterna.

Antecedentes de la invención

Toda instalación eléctrica debe estar dotada de sistemas de protección que la hagan segura ante posibles cortocircuitos y otros defectos que puedan causar daños tanto a las propias instalaciones como a las personas.

En el caso de grupos de generación, dichas protecciones deben, además, garantizar el suministro de energía a la red del modo más fiable posible, tratando de discriminar los niveles de gravedad de las faltas que se produzcan.

Generalmente, para la producción de energía eléctrica se utilizan generadores síncronos, cuyos rotores debe ser alimentado en corriente continua. Existen diferentes métodos para inyectar dicha corriente en el rotor de la máquina:

        • vtcortaunaExcitación estática

        • vtcortaunaExcitación indirecta con excitatriz y diodos rotativos.

El circuito de excitación de un generador es un sistema de corriente continua aislado de tierra. Una sola falta a tierra no afectará a la operación del generador ni producirá daños de efecto inmediato. Sin embargo, la probabilidad de que una segunda falta a tierra ocurra es mayor después de que se haya producido la primera. Cuando se tiene una segunda falta a tierra, una parte del devanado de excitación estará cortocircuitado, produciendo flujos desequilibrados en el entrehierro de la máquina, que darán como resultado vibraciones y calentamientos.

Ante un cortocircuito a tierra en el rotor del generador, la práctica habitual es utilizar relés de protección para provocar, dependiendo de la estrategia utilizada, bien alarmas, bien la desconexión del grupo.

Existen varios métodos de uso común para detectar defectos a tierra en los rotores de los generadores:

        • vtcortaunaUsando una fuente adicional de tensión continua: una fuente de tensión en serie con el devanado de excitación y con la bobina de un relé de sobrecorriente. Este circuito está conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocará la circulación de corriente continua proveniente de la fuente adicional y causará la operación del relé.

        • vtcortaunaUsando una fuente adicional de tensión alterna: una fuente de tensión alterna en serie con dos condensadores, con el devanado de excitación y con la bobina de un relé de sobrecorriente. Este circuito está conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocará la circulación de corriente alterna y causará la operación del relé.

        • vtcortaunaPor inyección de una onda cuadrada: se inyecta una onda de baja tensión en el devanado de excitación y se recoge la señal devuelta por éste. La forma de la onda se verá modificada debido a las capacidades del devanado. Un relé calcula la resistencia del aislamiento en función de ambas señales.

Además conviene tener en cuenta una serie de patentes relacionadas con la invención:

Tanto la patente EP131718-B1, titulada: "Earth-fault detection system for rotor winding of machine", que describe un sistema de detección de faltas a tierra en rotores utilizando un transformador toroidal; como la solicitud de patente JP6141461-A, titulada: "Rotor-winding ground-fault detector for electrical rotary machine", que utiliza una cinta de una aleación con memoria de forma que se conecta entre el devanado del rotor y el eje de la máquina, necesitan fuentes de tensión adicionales conectadas en serie.

La patente DE2843693-C, titulada: "Rotor to earth fault monitoring device", utiliza para detectar los defectos a tierra un fusible que se conecta entre el devanado rotórico y tierra.

La patente EP643309-B1, titulada: "Earth fault detection system for electrical machine stator windings" calificada como protección de faltas a tierra en el estator, también es utilizada para detectar fallos en el rotor de los generadores.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores de acuerdo con la reivindicación 1 y a un método de acuerdo con la reivindicación 3. Realizaciones preferidas del sistema y del método se definen en las reivindicaciones dependientes.

En el sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, dichos sistemas de corriente continua disponen de un transformador, una etapa de corriente alterna a la salida del transformador que alimenta al rectificador y una etapa de corriente continua a la salida del rectificador. El sistema comprende:

- una impedancia de puesta a tierra en el transformador que alimenta el rectificador;

- un equipo de medida de la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra, o de la tensión que existe en la misma, obteniendo una señal medida;

- un dispositivo analizador encargado de analizar la señal medida y que dispone de:

        • vtcortaunamedios de obtención de la amplitud de dicha señal medida a la frecuencia de red f1 y a la frecuencia 3xf1;

        • vtcortaunamedios de comparación encargados de comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 y 3xf1 con un valor determinado A_FALLO, y obtener al menos una señal de salida indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta.

Los medios de obtención de la amplitud de la señal medida del dispositivo analizador comprenden preferentemente:

- medios para calcular la transformada de Fourier encargados de obtener el espectro de la señal medida, y

- medios de filtrado a la frecuencia f1 y 3xf1 de la señal resultante de dichos medios.

Es objeto también de la presente invención un método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, que comprende:

- referenciar a tierra, mediante una impedancia de puesta a tierra, el transformador que alimenta el rectificador;

- medir la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra , obteniendo una señal medida;

- obtener la amplitud de dicha señal medida a la frecuencia de red f1 y a la frecuencia 3xf1;

- comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 y 3xf1 con un valor determinado A_FALLO, y obtener al menos una señal de salida indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta.

La etapa de obtener la amplitud de la señal medida a la frecuencia de red f1 y a la frecuencia 3xf1 pueden comprender a su vez:

- calcular la transformada de Fourier para obtener el espectro de la señal medida, y

- filtrar dicha señal resultante a la frecuencia f1 y 3xf1.

Breve...

1. Sistema de detección de faltas, a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, disponiendo dichos sistemas de corriente continua de un transformador (1), una etapa de corriente alterna (2) a la salida del transformador (1) que alimenta al rectificador (3) y una etapa de corriente continua (4) a la salida del rectificador (3), caracterizado porque comprende:

- una impedancia de puesta a tierra (6) en el transformador (1) que alimenta el rectificador (3);

- un equipo de medida (23) de la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra (6), o de la tensión que existe en la misma, obteniendo una señal medida (5);

- un dispositivo analizador (15) encargado de analizar la señal medida (5) y que dispone de:

        • vtcortaunamedios de obtención de la amplitud de dicha señal medida (5) a la frecuencia de red f1 (A_f1) y a la frecuencia 3xf1 (A_3f1);

        • vtcortaunamedios de comparación (10) encargados de comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 (A_f1) y 3xf1 (A_3f1) con un valor determinado (A_FALLO), y obtener al menos una señal de salida (11, 12, 13) indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta.

2. Sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de obtención de la amplitud de la señal medida (5) del dispositivo analizador (15) comprenden:

- medios para calcular la transformada de Fourier (7) encargados de obtener el espectro de la señal medida (5), y

- medios de filtrado (8,9) a- la frecuencia f1 y 3xf1 de la señal resultante de dichos medios.

3. Método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, disponiendo dichos sistemas de corriente continua de un transformador (1), una etapa de corriente alterna (2) a la salida del transformador (1) que alimenta al rectificador (3) y una etapa de corriente continua (4) a la salida del rectificador (3), caracterizado porque comprende:

- referenciar a tierra, mediante una impedancia de puesta a tierra (6), el transformador (1) que alimenta el rectificador (3);

- medir la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra (6), obteniendo una señal medida (5);

- obtener la amplitud de dicha señal medida (5) a la frecuencia de red f1 (A_f1) y a la frecuencia 3xf1 (A_3f1);

- comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 (A_f1) y 3xf1 (A_3f1) con un valor determinado (A_FALLO), y obtener al menos una señal de salida (11, 12, 13) indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta.

4. Método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores según la reivindicación 3, caracterizado porque la etapa de obtener la amplitud de la señal medida (5) a la frecuencia de red f1 (A_f1) y a la frecuencia 3xf1 (A_3f1) comprende a su vez:

- calcular la transformada de Fourier para obtener el espectro de la señal medida (5), y

- filtrar dicha señal resultante a la frecuencia f1 y 3xf1.