Procedimiento de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo,

que comprende una etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase y una etapa de tratamiento para señalizar una detección de falta a tierra aguas abajo en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, caracterizado porque dicha etapa de tratamiento comprende una etapa de cálculo de la corriente residual, una etapa consistente en proporcionar una señal representativa de la corriente residual, una etapa de comparación consistente en comparar la forma de la corriente residual con la forma de las corrientes de fase y una etapa de interpretación de esa comparación que permite deducir si la falta es o no una falta situada aguas abajo del aparato de detección de la falta.

Procedimiento de detección direccional de una falta a tierra y dispositivo para su puesta en práctica La presente invención se refiere a un procedimiento de detección direccional de falta a tierra aguas abajo, que comprende una etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase y una etapa de tratamiento para señalizar una detección de falta a tierra aguas abajo en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, así como a un dispositivo para su puesta en práctica.

Los dispositivos de detección de falta a tierra tales como los indicadores de paso de falta (IPD) así como los relés de protección que incorporan tales dispositivos son utilizados en particular en las redes de distribución eléctrica trifásicas de media tensión. En la figura 1 se representa un esquema de una red de distribución eléctrica. Esta red de distribución eléctrica 1 incorpora un transformador trifásico 2 que tiene un secundario 9 conectado a una línea principal de distribución 3 que alimenta unas líneas de salida 4. El secundario del transformador 2 incorpora un conductor común de neutro 5 generalmente conectado a tierra 6 mediante una impedancia 7. Algunas líneas de salida 4 incorporan un disyuntor 8 para proteger dicha línea. Sobre unas líneas o tramos de la red se pueden disponer dispositivos de detección de falta a tierra 10. Por ejemplo, unos dispositivos de detección 10 asociados a relés de protección 11 pueden gobernar la apertura de los contactos de un disyuntor 8, o bien unos dispositivos de detección 10 asociados a un indicador de paso de falta 14 pueden encender un piloto luminoso 15.

Cuando unas líneas de salida 4 que han de protegerse están constituidas a partir de cables enterrados, entre los cables y la tierra aparecen fuertes valores de capacidad. Estas capacidades, representadas en la figura 1 mediante condensadores 12, hacen circular grandes corrientes homopolares Io en líneas de salida sin falta a tierra o en la salida con falta aguas abajo de la falta cuando está presente una falta 13.

La figura 2 representa un esquema de un dispositivo conocido de detección de falta a tierra que utiliza señales de corriente IA, IB, IC proporcionadas por unos sensores de corriente 20A, 20B, 20C. Generalmente, el dispositivo incorpora un circuito de acondicionamiento 21 para proporcionar a un circuito de tratamiento 23 una señal Ir representativa de una corriente residual. El circuito de tratamiento incorpora un módulo de comparación 25 para tratar la señal representativa de una corriente residual y para comparar dicha señal Ir tratada con un umbral S1. Si se sobrepasa el umbral S1, se proporciona una señal de detección D para señalizar la detección de una falta a tierra.

Semejante dispositivo no puede distinguir una falta a tierra aguas abajo de una falta a tierra aguas arriba, especialmente con líneas enterradas.

Para proteger líneas de salida fuertemente capacitivas, existen dispositivos de detección que incorporan, además de los sensores de corriente, transformadores de tensión para permitir una detección direccional de tierra. En la figura 3 se representa un esquema de bloques de tal dispositivo. Así, unos transformadores de tensión 26A, 26B y 26C proporcionan señales de tensión VA, VB y VC al circuito de acondicionamiento 22 para determinar una señal representativa de una tensión residual Vr. El circuito de tratamiento 23 utiliza la señal Ir para detectar la presencia de una falta a tierra y las señales Ir y Vr para detectar la dirección de una falta aguas abajo o aguas arriba.

Los dispositivos que utilizan transformadores son muy voluminosos y costosos. Además, no siempre están adaptados para disponerse en líneas ya instaladas. En ocasiones, incluso es imposible realizar una medida de la tensión sin poner en práctica medios muy onerosos.

En una falta a tierra en una red de media tensión, el conjunto de los detectores de falta miden una corriente llamada residual correspondiente a la suma de las tres corrientes de fase, ya se hallen situados estos aparatos aguas arriba o aguas abajo de la falta a tierra.

En el caso de una red cuyo neutro se halla puesto a tierra mediante una bobina de compensación (red con neutro compensado) , el valor eficaz de la corriente residual no es suficiente para decidir si la falta queda situada aguas abajo o aguas arriba del detector. Los dispositivos conocidos utilizan entonces la tensión frente a la corriente residual para determinar la dirección de la falta.

Es conocido el documento WO 2004/079378, que describe un procedimiento de detección de faltas a tierra en redes de distribución eléctrica trifásicas.

El documento EP 1 475 874 describe un procedimiento de detección direccional de una falta a tierra así como un dispositivo para la puesta en práctica de ese procedimiento, que permite evitar esa medida de la tensión. En ese dispositivo, los medios de tratamiento señalizan una falta a tierra aguas abajo si un valor de dicha señal representativa de corriente residual sobrepasa un primer umbral predeterminado y si una relación entre un valor representativo de la amplitud de la corriente inversa y un valor representativo de una señal de corriente residual sobrepasa al menos un segundo umbral predeterminado o bien está comprendida entre dos umbrales.

La presente invención tiene por objeto otro procedimiento y otro dispositivo que realizan la detección direccional de una falta a tierra sin medida de tensión.

A tal efecto, la presente invención tiene por objeto un procedimiento de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo, que comprende una etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase y una etapa de tratamiento para señalizar una detección de falta a tierra aguas abajo en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, caracterizándose este procedimiento porque dicha etapa de tratamiento comprende una etapa de cálculo de la corriente residual; una etapa consistente en proporcionar una señal representativa de la corriente residual, una etapa de comparación consistente en comparar la forma de la corriente residual con la forma de las corrientes de fase y una etapa de interpretación de esa comparación que permite deducir si la falta es una falta situada o no aguas abajo del aparato de detección de la falta.

De acuerdo con una realización particular de la invención, si la forma de la corriente residual se asemeja fuertemente a la forma de una de las corrientes de fase, se deduce que la falta es una falta aguas abajo y, si la forma de la corriente residual no se asemeja fuertemente a la forma de una de las corrientes de fase, sino que sólo se asemeja ligeramente a dos corrientes de fase, se deduce que la falta no es una falta situada aguas abajo del aparato de detección de la falta.

De acuerdo con una realización particular, este procedimiento se pone en práctica en una red trifásica.

De acuerdo con una característica particular, dicha etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase comprende una etapa de muestreo de la corriente.

La presente invención tiene por objeto, todavía, un dispositivo de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo para la puesta en práctica de un procedimiento que comprende las características anteriormente comentadas consideradas por separado o combinadas.

Este dispositivo incorpora:

- medios para recibir señales de corriente y proporcionar señales representativas de las corrientes de fase,

- medios de tratamiento de señal conectados a los primeros medios antedichos para recibir dichas señales representativas de las corrientes de fase y para proporcionar una señal de detección de falta a tierra en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, caracterizándose este dispositivo porque estos medios de tratamiento incorporan:

- medios de cálculo de la corriente residual, medios de comparación consistentes en comparar la forma de esa corriente residual con la forma de las corrientes de fase y medios de interpretación de esa comparación consistentes en deducir de esa comparación si la falta es o no una falta aguas abajo del aparato de detección de la falta.

De acuerdo con una característica particular de la invención, los medios de interpretación de esa comparación incorporan una red de neuronas, siendo los valores de las señales aplicadas en las entradas de la red de neuronas representativos de la semejanza... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo, que comprende una etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase y una etapa de tratamiento para señalizar una detección de falta a tierra aguas abajo en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, caracterizado porque dicha etapa de tratamiento comprende una etapa de cálculo de la corriente residual, una etapa consistente en proporcionar una señal representativa de la corriente residual, una etapa de comparación consistente en comparar la forma de la corriente residual con la forma de las corrientes de fase y una etapa de interpretación de esa comparación que permite deducir si la falta es o no una falta situada aguas abajo del aparato de detección de la falta.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, si la forma de la corriente residual se asemeja fuertemente a la forma de una de las corrientes de fase, se deduce que la falta es una falta aguas abajo y, si la forma de la corriente residual no se asemeja fuertemente a la forma de una de las corrientes de fase, sino que sólo se asemeja ligeramente a dos de las corrientes de fase, se deduce que la falta no es una falta situada aguas abajo del aparato de detección de la falta.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se pone en práctica en una red trifásica y porque si la forma de la corriente residual no se asemeja fuertemente a la forma de sólo una corriente de fase, sino que sólo se asemeja ligeramente a dos corrientes de fase, se deduce que la falta no es una falta situada aguas abajo del aparato de detección de la falta.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha etapa consistente en proporcionar señales representativas de las corrientes de fase comprende una etapa de muestreo de la corriente.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de tratamiento comprende una etapa de pretratamiento que comprende las siguientes etapas:

siendo Te el período de muestreo, siendo nTe el instante actual, siendo N el número de puntos en un período y siendo IRn la máxima corriente activa eficaz circulante por la resistencia de neutro.

Una 1ª etapa de cálculo de la corriente residual:

irf* = iaf* + ibf* + icf*, siendo iaf*, ibf*' e icf* los valores de las corrientes muestreadas, una 2ª etapa de cálculo de las siguientes magnitudes intermedias:

mod_ia (nTe ) =

ia sin/cos

mod_ib (nTe ) =

ib

sin/cos

mod_ic (nTe ) =

ic

sin/cos

mod_ir (nTe ) =

ir sin/cos 2 2 2 2

y los módulos al cuadrado de las señales calculadas a partir de un con ia ib icir

sin/cos , sin/cos , sin/cos sin/cos tratamiento de Fourier que extrae la componente fundamental,

(ia -ir

- min (mod_ia (nTe ) , mod_ib (nT ) , mod_ic (nTe ) ) )

e

sin/cos

mod_da (nTe ) = max (mod_ia (nTe ) , mod_ib (nTe ) , mod_ic (nTe ) )

(ib -ir

- min (mod_ia (nT ) , mod_ib (nT ) , mod_ic (nT ) ) )

eee

sin/cos

mod_db (nTe ) = max (mod_ia (nT ) , mod_ib (nT ) , mod_ic (nT ) )

eee

(ic -ir

- min (mod_ia (nT ) , mod_ib (nT ) , mod_ic (nT ) ) )

eee

sin/cos

mod_dc (nTe ) = .

max (mod_ia (nT ) , mod_ib (nT ) , mod_ic (nT ) )

eee Una 3ª etapa de cálculo de las entradas de una red de neuronas e1 = max (mod_da, mod_db, mod_dc)

e2 = min (mod_da, mod_db, mod_dc)

e3 = mod_da + mod_db + mod_dc e1 ºe2

mod_ir

e =

2*IRn *

e =

n (irf (kTe ) )

Nk =n-N 1

max (abs (mod_ia -mod_ib, mod_ib -mod_ic, mod_ic -mod_ia) )

e = .

6 mod_ia mod_ib mod_ic

6. Procedimiento de detección según la reivindicación 5, caracterizado porque la etapa de tratamiento comprende asimismo una 4ª etapa de cálculo de la red de neuronas (RN) .

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la etapa de tratamiento comprende además una etapa llamada de confirmación en la que el disparo se activa si se cumplen las 2 condiciones siguientes: S (t) > 0, 5, siendo S (t) la salida de la red de neuronas en el instante actual e IR > Ios, es decir, siendo el valor máximo de la corriente residual superior a un umbral Ios ajustable.

8. Dispositivo de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo para la puesta en práctica de un procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Dispositivo de detección direccional de una falta a tierra aguas abajo para la puesta en práctica de un procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que incorpora:

- unos primeros medios (17, 18) para recibir señales de corriente y proporcionar señales representativas de las corrientes de fase,

- unos segundos medios de tratamiento de señal (19, 20, 21) conectados a los primeros medios antedichos (17, 18) para recibir dichas señales representativas de las corrientes de fase y para proporcionar una señal de detección de falta a tierra en función de dichas señales representativas de las corrientes de fase, caracterizado porque estos medios de tratamiento (19, 20, 21) incorporan:

- medios de pretratamiento (19) , que incorporan medios de cálculo para calcular la corriente residual, y medios de comparación (19) para comparar la forma de esa corriente residual con la forma de las corrientes de fase y medios llamados de interpretación (20, 21) para interpretar esa comparación y deducir de esa comparación si la falta es o no una falta aguas abajo del aparato de detección de la falta.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque los medios de interpretación (20, 21) de esa comparación incorporan una red de neuronas (20) , siendo los valores de las señales aplicadas en las entradas (e1, e2, e3, e4, e5 y e6) de la red de neuronas (20) representativos de la semejanza entre la forma de las corrientes de fase (iaf*, ibf* e icf*) y la forma de la corriente residual (irf*) .

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la red de neuronas (20) incorpora tres capas (27, 28, 29) de neuronas n, seis entradas (e1, e2, e3, e4, e5 y e6) y una salida de señal de disparo SRN, estando conectadas las seis entradas (e1, e2, e3, e4, e5 y e6) a una primera capa (27) que incorpora seis neuronas n, estando conectada la salida SRN a una tercera capa (29) que incorpora una neurona, estando conectada una

segunda capa (28) que incorpora tres neuronas a la primera (27) y a la tercera capa (29) .

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por incorporar un filtro analógico (17) unido como entrada a las líneas de fases (a, b, c) y como salida a las entradas de un dispositivo de muestreo (18) cuyas salidas están unidas eléctricamente a las entradas de un dispositivo de pretratamiento (19)

unido como salida a las entradas (e1 a e6) de una red de neuronas (20) .

13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque el dispositivo de pretratamiento (19) incorpora tres entradas y seis salidas, que están unidas a las seis entradas (e1, e2, e3, e4, e5 y e6) de la red de neuronas (20) , que incorpora una salida SRN.

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el aparato de detección eléctrica es un relé de protección.

15. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el aparato de 20 detección eléctrica es un indicador de paso de falta.