Detección de fallos de conexión a tierra.

Una disposición de detección de fallos de conexión a tierra para una máquina eléctrica síncrona trifásica,

cuyamáquina eléctrica síncrona trifásica tiene un punto neutro conectado a tierra, donde dicho dispositivo de detecciónde fallos de conexión a tierra comprende medios de inyección dispuestos para inyectar una tensión de frecuencia nonominal (Ui) entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra, caracterizada por que dicha disposición dedetección de fallos de conexión a tierra comprende:

unos primeros medios de medición dispuestos para medir una primera corriente, resultante de dicha tensióninyectada, en una primera posición (1, 2, 3, 4) de dicha máquina síncrona trifásica eléctrica,unos segundos medios de medición dispuestos para medir una segunda corriente, resultante de dicha tensióninyectada, en una segunda posición (3, 4, 5, 6, 7) diferente de dicha primera posición de dicha máquinaeléctrica síncrona trifásica, y

unos medios de control dispuestos para detectar un fallo de conexión a tierra en dicha máquina eléctricasíncrona trifásica sobre la base de dichas primera y segunda corrientes

Detección de fallos de conexión a tierra

Campo de la invención La presente invención se refiere en general a la detección de fallos de conexión a tierra y más particularmente a una disposición de detección de fallos de conexión a tierra.

Antecedentes Los fallos de conexión a tierra en un generador bobinado del estator son el fallo más frecuente de un generador eléctrico interno, y la causa más frecuente de daño en el estator del generador y una causa directa del fallo de fase a fase del estator del generador. Todos los demás fallos eléctricos siempre están precedidos por fallos de conexión a tierra. Un fallo de conexión a tierra se provoca por un daño físico a la bobina del estator o el envejecimiento del aislamiento del estator. Por lo tanto, la protección de fallos de conexión a tierra del estator es el elemento principal de un sistema de protección para un generador. El uso inadecuado de la protección de fallos de conexión a tierra del estator aumenta la posibilidad de que un fallo de conexión a tierra se transforme en un fallo de fase a fase, que en última instancia, dañará el generador.

Para proteger eficazmente los generadores conectados a la unidad contra los efectos de los fallos de tierra en las bobinas del estator, los fenómenos que acompañan a estos fallos deben ser entendidos. Los efectos de los fallos de conexión a tierra dependen de la energía emitida en un canal de fallos de conexión a tierra y en sobretensiones de fallos de conexión a tierra. Mediante el funcionamiento adecuado de la protección de fallos de conexión a tierra es posible crear condiciones en las que la erosión del circuito magnético o del marco del estator causada por un arco de fallos de conexión a tierra es insignificante o totalmente eliminado. Por lo tanto, la ocurrencia de fallos de fase a fase en el generador es prácticamente imposible, si la protección de fallos de conexión a tierra opera correctamente. En estas condiciones se garantiza una protección óptima de unidades de generador-transformador contra los efectos de los fallos de conexión a tierra en las bobinas del estator. El tiempo de reparación de una línea de fallos de conexión a tierra debe ser bastante corto, ya que sólo tiene que ser cambiada una bobina del estator. El tiempo de reparación de un fallo de fase a fase puede durar varios meses, lo que implica un reapilado (parcial) del núcleo del estator.

Para minimizar la posibilidad de mal funcionamiento de un sistema de protección de fallos de conexión a tierra para un generador, los distintos tipos de protecciones que forman el sistema deben usar diferentes parámetros de excitación. El punto de neutro de un generador no es por lo general directamente a tierra, y las corrientes de fallos de conexión a tierra del estator son entonces relativamente bajas, sobre todo en los generadores de las unidades de generador-transformador. Pero incluso estas pequeñas corrientes pueden causar daños considerables al hierro del estator del generador. También pueden transformarse en fallos de fase a fase.

El procedimiento utilizado para la protección de un generador contra fallos de conexión a tierra en la bobina del estator depende del procedimiento de conexión del generador al sistema de potencia. Hay varias posibilidades que van desde neutro a tierra directamente, diferentes niveles de conexión resistivo e inductivo del neutro, a la utilización de neutro aislado. Los generadores resistivos a tierra están conectados ya sea con una resistencia directamente o 45 transformada a través de un transformador de conexión a tierra neutro utilizando una resistencia de baja tensión en el lado secundario del transformador. Un generador directamente conectado a las barras de bus y el sistema de alimentación sin elevador de transformador generalmente es de bajo consumo de energía, y la protección de fallos de conexión a tierra se basa entonces en la supervisión de la amplitud o la dirección de la corriente de neutro. Un generador conectado al sistema de alimentación a través de un transformador elevador es teóricamente muy simple, debido a que el circuito primario del transformador elevador está siempre conectado y forma una barrera neutra para los fallos de conexión a tierra en el lado de voltaje más alto. Los fallos de conexión a tierra en la bobina del estator a continuación pueden ser detectados por el control de la tensión entre el punto neutro del generador y tierra.

Hay principalmente dos procedimientos, que en relación con un sistema de protección basado en secuencia cero,

pueden garantizar una protección del 100% para la bobina del estator del generador. Uno de los procedimientos utiliza la tercera armónica en tensiones en el punto neutro del generador y en su terminal. El otro procedimiento inyecta una señal de baja frecuencia al circuito generador.

Hay tres limitaciones principales que influyen en la longitud de la bobina del estator, que está cubierto por esta protección durante las diferentes condiciones de funcionamiento. Están conectados con los siguientes valores o parámetros del generador y el sistema de protección: corriente de fallos de conexión a tierra máxima que fluye en el punto neutro del generador; tensión de inyección mínima que se puede medir con una buena precisión, y máximo de componentes de secuencia cero en el punto neutro del generador durante fallos de conexión a tierra en la bobina del estator. Las primera y tercera limitaciones son independientes del sistema de protección y sólo dependen de 65 parámetros del generador, el sistema de conexión a tierra y la unidad del transformador. Sin embargo, la segunda limitación se puede utilizar para mejorar la protección de fallos de conexión a tierra dependiente del sistema de protección.

Además, los procedimientos de inyección existentes utilizan una frecuencia de inyección por debajo de 50 Hz, dado que las frecuencias más altas aumentan la corriente capacitiva haciendo difícil detectar cambios en la resistencia 5 usada para detectar fallos de conexión a tierra.

Además, el documento WO 00/77906 A describe un dispositivo de detección de fallos de conexión a tierra para una máquina eléctrica síncrona trifásica. La máquina eléctrica tiene un punto neutro conectado a tierra y la disposición de detección de fallos de conexión a tierra comprende medios de inyección dispuestos para inyectar una tensión de frecuencia no nominal entre el punto neutro y la conexión a tierra.

Sumario de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de detección de fallos de conexión a tierra, que 15 puede detectar fallos de tierra menos importantes en una máquina eléctrica síncrona trifásica.

La invención se basa en la constatación de que al medir las corrientes resultantes de la tensión de inyección en más de una posición en la máquina eléctrica síncrona trifásica se consigue la detección mejorada, sin aumentar la tensión de inyección.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una disposición de detección de fallos de conexión a tierra tal como se define en la reivindicación 1 adjunta.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema eléctrico como se define 25 en la reivindicación 9 adjunta.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento como se define en la reivindicación 10 adjunta.

Otras realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.

La primera corriente se mide preferentemente entre el punto neutro y la tierra de la máquina eléctrica síncrona trifásica, ya que esta posición es la menos perturbada y todavía cubre todas las tres fases de la máquina eléctrica.

La disposición de detección de fallos de conexión a tierra comprende preferentemente un transformador de tensión o un transformador de conexión a tierra, cuando se utiliza un punto neutro conectado a tierra en la máquina eléctrica.

La segunda corriente se mide preferentemente en un lado secundario de un transformador de tensión o transformador de conexión a tierra, entre el suelo y un lado primario del transformador de conexión a tierra o 40 transformador de tensión, o se monta en las bobinas de fase de la máquina eléctrica trifásica.

La máquina eléctrica es preferentemente un generador. El generador puede ser un generador de alto voltaje por lo general consta de un estator de cable bobinado y tensiones en los terminales muy por encima de 25 kV. Debido al coste asociado de una unidad de inyección de la técnica anterior, la inyección de una señal de baja frecuencia se ha 45 unido sobre todo a un tipo mayor de generadores... [Seguir leyendo]

1. Una disposición de detección de fallos de conexión a tierra para una máquina eléctrica síncrona trifásica, cuya máquina eléctrica síncrona trifásica tiene un punto neutro conectado a tierra, donde dicho dispositivo de detección de fallos de conexión a tierra comprende medios de inyección dispuestos para inyectar una tensión de frecuencia no nominal (Ui) entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra, caracterizada por que dicha disposición de detección de fallos de conexión a tierra comprende:

unos primeros medios de medición dispuestos para medir una primera corriente, resultante de dicha tensión inyectada, en una primera posición (1, 2, 3, 4) de dicha máquina síncrona trifásica eléctrica, unos segundos medios de medición dispuestos para medir una segunda corriente, resultante de dicha tensión inyectada, en una segunda posición (3, 4, 5, 6, 7) diferente de dicha primera posición de dicha máquina eléctrica síncrona trifásica, y unos medios de control dispuestos para detectar un fallo de conexión a tierra en dicha máquina eléctrica síncrona trifásica sobre la base de dichas primera y segunda corrientes.

2. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha máquina eléctrica síncrona trifásica comprende una resistencia neutra (Rn) entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra, o un transformador de distribución de conexión a tierra entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra.

3. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde dicha primera posición (1, 2, 4) está entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra.

4. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,

donde dicha segunda posición (5) está montada en los bobinados de fase de dicha máquina eléctrica síncrona trifásica.

5. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

donde dicha máquina eléctrica síncrona trifásica comprende un transformador de conexión a tierra de distribución o 30 un transformador de tensión potencial.

6. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con la reivindicación 5, donde dicha segunda posición (3, 4, 5, 6) está en un lado secundario de dichos transformadores, entre la conexión a tierra y un lado primario de dichos transformadores, o está colocado en los bobinados de fase de dicha máquina eléctrica síncrona trifásica.

7. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha máquina eléctrica es un generador.

8. La disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende unos medios de detección de temperatura dispuestos para detectar una temperatura de trabajo de dicha máquina eléctrica y sus auxiliares, preferiblemente la deriva de temperatura de una resistencia neutra o los transformadores utilizados para fines de medición.

9. Un sistema eléctrico que comprende una disposición de detección de fallos de conexión a tierra de acuerdo con la reivindicación 1 y una máquina eléctrica síncrona trifásica, cuya máquina eléctrica síncrona trifásica tiene un punto neutro conectado a tierra.

10. Un procedimiento para la detección de fallos de conexión a tierra en una máquina trifásica eléctrica síncrona,

cuya máquina eléctrica síncrona trifásica tiene un punto neutro conectado a tierra, que comprende las siguientes etapas:

inyectar una tensión de frecuencia no nominal (Ui) entre dicho punto neutro y dicha conexión a tierra, y se caracterizado por la siguiente etapa:

medir una primera corriente, resultante de dicha tensión de frecuencia no nominal (Ui) inyectada, en una primera posición (1, 2, 3, 4) de dicha máquina eléctrica síncrona trifásica; medir una segunda corriente, resultante de dicha tensión de frecuencia no nominal (Ui) inyectada, en una segunda posición (3, 4, 5, 6, 7) diferente de dicha primera posición de dicha máquina eléctrica síncrona 60 trifásica; y detectar un fallo de conexión a tierra en dicha máquina eléctrica síncrona trifásica mediante cálculos en base a dichas primera y segunda corrientes.