Método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina.

Método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina,

que comprende:

- la desconexión de la máquina de la red mediante la apertura del interruptor del generador (10);

- la medida de la tensión inducida en las tres fases (16, 17, 18) con respecto a tierra, después de la apertura del interruptor de grupo (10);

- la determinación de la fase con defecto mediante la comparación de las tres tensiones fase-tierra medidas en las fases (16, 17, 18) siendo la de menor tensión la que tiene el defecto (18);

- el cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26);

- el cálculo del porcentaje del devanado donde se encuentra el defecto mediante la relación entre la tensión fase-tierra de la fase con defecto a tierra (18) con respecto a la tensión calculada fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26).

Método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención permite localizar la posición de un defecto a tierra en el devanado estatórico de una máquina síncrona mediante el análisis de las tensiones de la máquina síncrona tras el defecto y posterior desconexión de la red eléctrica.

Una clara aplicación son los sistemas de generación de energía eléctrica, en los que se utilizan generadores síncronos. Con el método objeto de la presente invención se puede conocer la posición del defecto tras producirse el mismo, sin necesidad de realizar ninguna operación en la máquina.

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.

En caso de un defecto a tierra en el estator los sistemas de protección deben dejar la máquina síncrona fuera de servicio. Para ello se deben abrir los interruptores de campo (devanado inductor) y de máquina (devanado inducido) . Al abrir el interruptor trifásico del inducido, las corrientes alternas por las tres fases de la máquina síncrona se hacen nulas prácticamente de forma instantánea. Sin embargo la corriente en el devanado inductor, al ser corriente continua, no se hace nula bruscamente, ya que es un devanado muy inductivo y si esto fuera así se tendría una gran sobretensión. Es práctica habitual insertar una resistencia para disipar la energía almacenada en este devanado y hacer la corriente de excitación nula sin que su derivada sea muy elevada. Por otro lado la velocidad de la máquina no se hace nula de forma instantánea, es decir, aunque se haya dejado fuera de servicio la máquina, ésta sigue girando durante los primeros instantes debido fundamentalmente a la inercia de las masas rotativas, bien sean del generador o de la máquina motriz.

Por tanto a pesar que el sistema de protecciones haya dejado la máquina fuera de servicio se tiene tensión en el inducido de la máquina.

Una vez que la máquina está desconectada de la red la tensión que se mide, al no haber corriente, coincide con la fuerza electromotriz.

Existen varios métodos de uso común para localizar defectos a tierra en los estatores de las máquinas síncronas. Es práctica habitual que el valor del defecto a tierra sea reducido para no dañar el paquete magnético de la máquina, lo que dificulta la localización, ya que no se aprecia ningún daño a simple vista. Para reparar la avería es necesario en primer lugar localizar el punto exacto del devanado que ha sufrido el defecto.

Para ello, algunos de los métodos más comúnmente utilizados son:

Inyectar una tensión creciente entre la fase con defecto y el paquete magnético, hasta que por efecto de la energía disipada en el cortocircuito se produzca alguna señal, como humo o chispeo, que permita localizar el lugar en el que el devanado está en contacto con paquete magnético.

Medir el aislamiento de los devanados del estator de la máquina síncrona hasta localizar en cuál de ellos está el cortocircuito. Una vez detectado, se divide el devanado en dos trozos y se vuelve a medir el aislamiento de cada uno de los mismos. Cuando se sabe en cuál de ellos está el defecto, se vuelve a repetir la operación, dividiendo el tramo de nuevo en dos trozos, y midiendo el aislamiento en cada uno. Este proceso se repite tantas veces como sea necesario hasta localizar el punto en el que está el cortocircuito.

Inyectar una tensión alterna en el devanado de excitación del generador con la máquina parada y verificar las tensiones inducidas en los devanados del inducido repitiendo este proceso para diferentes posiciones del rotor.

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

- La patente de invención SU1347113-A, titulada: “Protecting three-phase electric motor from faulty operation modes - by using trips reacting to zero phase-sequence with triple frequency”, describe un sistema de detección de faltas a tierra en estatores mediante la medida de una corriente de secuencia cero.

- La patente de invención EP344558-A; CN1038169-A; CH676526-A; US4996486-A; EP344558-A3; EP344558-B1; DE58907060-G; JP3119854-B2, titulada: “Checking of laminated stator assembly for insulation defects - detecting induced voltage amplitude and phase shifts due to current through interlamination short circuit”, describe un sistema de detección de faltas a tierra en estatores mediante la comparación de las señales de dos devanados acoplados mecánicamente, el cual permite detectar defectos debidos a puntos calientes, pero no determina su posición.

- La patente de invención ES2340906-B2 divulga un sistema que permite localizar las faltas a tierra en estatores de máquinas síncronas sin realizar la extracción del rotor de la máquina y sin dañar el paquete magnético de la misma. Para localizar defectos se necesita una fuente de tensión alterna para alimentar el devanado de inducido y varios equipos de medida para las fases del estator.

El método que aquí se presenta tiene la gran ventaja que es capaz de localizar el defecto realizando el análisis de las tensiones de las fases del generador durante su parada tras el defecto. Por lo tanto se puede minimizar el tiempo en la reparación, ya que desde el primer momento se puede disponer de la información necesaria para realizar la reparación de la máquina. Y este método puede ser implementado de forma sencilla en los relés de protección actuales.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas basado en la medida de las tensiones de la máquina síncrona durante el proceso de parada.

Durante el proceso de parada las tensiones del generador van disminuyendo hasta hacerse nulas tras varios segundos. Una vez que el interruptor trifásico de la máquina ha abierto las corrientes alternas por los devanados del inducido se hacen nulas. Sin embargo la corriente continua que circula por el devanado inductor no se hace nula de forma tan rápida sino que tarda varios segundos dependiendo de las constantes de tiempo de la máquina y del tipo de excitación, estática o indirecta.

Al no circular corriente por los devanados del estator no hay reacción de inducido y por tanto la tensión que se mide coincide con la fuerza electromotriz.

Por tanto los valores eficaces de las tensiones que existen en un momento dado en las tres fases van a depender de la corriente de excitación, de la velocidad de la máquina en ese instante y del número de espiras del devanado. En las fases sanas la tensión será superior a la tensión en la fase con defecto, ya que en las fases sanas cuenta con todas las espiras, sin embargo el número de espiras que hay en la fase con defecto desde el punto de medida hasta el punto del defecto es menor. Por tanto mediante la relación de las tensiones de las fases sanas y de la fase con defecto se puede localizar el punto con defecto.

Por comparación de las tensiones en los devanados sanos y en el devanado con defecto se puede fácilmente calcular el número de espiras entre el defecto y el final del devanado.

En una realización preferente el método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina comprende las siguientes etapas:

- la desconexión de la máquina de la red mediante la apertura del interruptor del generador;

-la medida de la tensión inducida en las tres fases con respecto a tierra, después de la apertura del interruptor de grupo;

- la determinación de la fase con defecto mediante la comparación de las tres tensiones fase-tierra medidas en las fases siendo la de menor tensión la que tiene el defecto;

- el cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas;

- el cálculo del porcentaje del devanado donde se encuentra el defecto mediante la relación entre la tensión fase-tierra de la fase con defecto a tierra con respecto a la tensión calculada fase-neutro en cualquiera de las fases sanas.

El cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas se puede realizar mediante:...

1. Método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

- la desconexión de la máquina de la red mediante la apertura del interruptor del generador (10) ;

-la medida de la tensión inducida en las tres fases (16, 17, 18) con respecto a tierra, después de la apertura del interruptor de grupo (10) ;

- la determinación de la fase con defecto mediante la comparación de las tres tensiones fase-tierra medidas en las fases (16, 17, 18) siendo la de menor tensión la que tiene el defecto (18) ;

- el cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26) ;

- el cálculo del porcentaje del devanado donde se encuentra el defecto mediante la relación entre la tensión fasetierra de la fase con defecto a tierra (18) con respecto a la tensión calculada fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26) .

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que el cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26) se realiza mediante:

-la medida de tensión en la puesta a tierra del neutro de la máquina síncrona (20) ;

- la resta vectorial de las tensiones fase-tierra (16, 17) de las fases sanas y la tensión de la puesta a tierra del neutro (20) .

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que el cálculo de la tensión fase-neutro en cualquiera de las fases sanas (25, 26) se realiza mediante la división entre √3 de la tensión existente entre las dos fases sanas (27) .

4. Método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas durante el proceso de parada de la máquina, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

- la desconexión de la máquina de la red mediante la apertura del interruptor del generador (10) ;

-la medida de la tensión inducida en las tres fases (16, 17, 18) con respecto a tierra, después de la apertura del interruptor de grupo (10) ;

- la determinación de la fase con defecto mediante la comparación de las tres tensiones fase-tierra medidas en las fases (16, 17, 18) siendo la de menor tensión la que tiene el defecto (18) ; -la medida de tensión en la puesta a tierra del neutro de la máquina síncrona (20) ;

- el cálculo del porcentaje del devanado donde se encuentra el defecto mediante la relación entre la tensión fasetierra de la fase con defecto a tierra (18) con respecto a la medida de tensión en la puesta a tierra del neutro de la máquina síncrona (20) .