Aparato que compensa corrientes a tierra conectado a conductores de fase de un sistema de distribución.

Un aparato para compensar corrientes de defecto a tierra, conectado a conductores de fase de un sistema de distribución,

caracterizado porque es una fuente de corriente controlada (1) conectada entre medias de conductores de fase del transformador (3) del sistema de distribución y el potencial de tierra y está configurado para compensar corrientes de defecto a tierra y armónicos de orden superior de corrientes de defecto en el punto de falta a tierra (2), configurado además para compensar asimetría de fase en un estado sin averías de un sistema de distribución, configurado también para compensar armónicos de orden superior del sistema de distribución y para compensar potencia reactiva del sistema de distribución.

Aparato que compensa corrientes a tierra conectado a conductores de fase de un sistema de distribución Campo técnico

La invención se refiere a un aparato conectado a los conductores de fase de un sistema de distribución utilizado para la compensación de corrientes de defecto a tierra. Especialmente, está dirigida a la compensación de corrientes de defecto en el punto en el que existe un contacto accidental con tierra en un sistema de distribución.

Antecedentes y sumario de la invención

La solución actual emplea un reactor de puesta a tierra neutro, continuamente sintonizable, conectado entre medias del punto neutro del transformador y el potencial de tierra, para compensar la corriente capacitiva de defecto mientras se presenta un contacto accidental con tierra (la llamada falta a tierra). Si el sistema de distribución está aislado, es decir, un transformador no tiene el terminal de punto neutro y se requiere la compensación de corrientes de defecto, se debe usar un dispositivo para crear el punto neutro artificial. Esto significa utilizar el llamado transformador de puesta a tierra o transformador de Bauch con un reactor de puesta a tierra sintonizable conectado al bobinado secundario de este transformador. Dicho reactor de puesta a tierra se sintoniza en resonancia con la capacidad total del sistema de distribución y compensa la corriente capacitiva de dicho sistema de distribución mientras exista una falta a tierra. Las compensaciones de la corriente de defecto (de resistencia) activa están basadas en el principio de la inyección de corriente en un bobinado auxiliar del reactor de puesta a tierra. Estos sistemas se denominan también compensadores de corriente residual (RCC). Una de las posibles soluciones para la compensación de una corriente residual bajo una condición de defecto monofásica a tierra se presentó en el artículo de Winter, K. M., "Swedish distribution networks - A new method for earth fault protection in cable - and overhead Systems", en la FIFTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON DEVELOPMENTS IN POWER SYSTEM PROTECTION, IEE, Londres, Reino Unido, 1 de enero de 1993 (1-1-1993), págs. 268-27, XP6514559, ISBN: 978--85296-559-7. El aparato consiste en una bobina apagadora del arco conectada entre el punto neutro del transformador y tierra, y un convertidor electrónico de potencia que funciona como el RCC, que está conectado en el bobinado auxiliar de la bobina apagadora del arco. La mayor parte de la corriente de defecto a tierra de frecuencia fundamental se elimina usando una bobina apagadora del arco. El RCC es responsable de la reducción o atenuación de la corriente residual, que está compuesta por una corriente de defecto reactiva descompensada de frecuencia fundamental, una corriente de defecto activa, así como de armónicos de orden superior de la corriente de defecto. El RCC conocido requiere la medición de las admitancias en todas las líneas de alimentación. Esto puede ser una tarea muy complicada, especialmente en subestaciones que tienen funcionando un número enorme de líneas de alimentación. La desventaja general de estos sistemas es su gran consumo eléctrico, lo que requiere su propio suministro de energía (requiere usualmente la conexión de estos sistemas a un suministro de autoconsumo de la subestación).

La compensación de la asimetría de fase del sistema de distribución se realiza indirectamente insertando una resistencia amortiguadora en un bobinado auxiliar del reactor de tierra. Es importante resaltar que la resistencia insertada aumenta la componente activa de la corriente de defecto si se presenta una falta a tierra (es decir, un contacto de fase única con tierra). La resistencia amortiguadora no está construida para la carga permanente durante el contacto de fase única con tierra y, por lo tanto, debe estar desconectada. La compensación de la asimetría de fase en el sistema de distribución se realiza también directamente insertando una inductancia o capacitancia variable de puesta a tierra entre medias de cada fase de una rejilla de potencia y el punto de potencial de tierra. Sintonizando las reactancias de puesta a tierra en resonancia con cada componente capacitiva de fase, el sistema compensa la corriente capacitiva de defecto. La compensación de la componente activa de corriente se realiza en un estado de defecto mediante la sintonización apropiada de las reactancias de puesta a tierra de las fases que no están afectadas por la falta.

Durante los años anteriores, los llamados filtros activos, a veces denominados también acondicionadores de potencia, se han utilizado ampliamente para la compensación de armónicos de un sistema de distribución, así como para la compensación de una potencia reactiva. El filtro activo está conectado entre medias de las fases del sistema de distribución, pero no está conectado al potencial de tierra. Este equipo no puede compensar las corrientes de defecto a tierra en el punto de contacto con tierra en el sistema de distribución, ni compensar la asimetría de fase en un estado sin averías del sistema de distribución. El documento EP 1855366 A2 describe un filtro determinado para la compensación de una corriente de defecto a tierra durante una falta monofásica a tierra que está conectada a través de, al menos, tres interruptores manuales o automáticos entre los conductores de fase y tierra. Los interruptores aseguran que, durante la falta a tierra, la fase en falta está conectada al filtro. El filtro puede ser un dispositivo pasivo o activo (convertidor de potencia). La solución descrita requiere que la bobina apagadora del arco esté conectada al punto neutro del transformador o a un nodo neutro artificial. El filtro pasivo está diseñado como un circuito (LC) resonante. El filtro "activo" está resuelto como un convertidor de potencia compuesto por fuentes de tres voltajes con magnitud y frecuencia de voltaje controladas. El inconveniente del filtro activo en el documento EP 1855366 A2 es que el control del aparato debe identificar la fase en la que se presenta la falta de fase a tierra. A continuación, la fuente de voltaje apropiada se conecta a través de uno de los interruptores a la fase en falta. La

corriente compensadora se controla de modo indirecto, es decir, la cantidad controlada del convertidor es el voltaje de salida.

Los presentes métodos y dispositivos utilizados para la compensación de corrientes de defecto a tierra se basan usualmente en los métodos de resonancia anteriormente mencionados. En estados (límite) de falta, este principio de resonancia (más exactamente resonancia) puede causar sobrecorrientes y sobrevoltajes muy peligrosos en el sistema de distribución. Una seria desventaja de los dispositivos existentes para la compensación de corrientes de defecto a tierra es su incapacidad para eliminar los armónicos de orden superior de las corrientes de defecto. En caso de falta a tierra, se suprime el primer armónico de la corriente de defecto a tierra, no obstante, los armónicos de orden superior de la corriente de defecto a tierra circulan permanentemente a través del punto de contacto con tierra y usualmente no son insignificantes. Otras desventajas de algunas de las presentes soluciones equivalentes desde un punto de vista cualitativo son sus dimensiones y su peso, así como su precio en un amplio intervalo de potencias.

El objetivo principal de esta invención es crear un nuevo equipo que acabe con las desventajas de las presentes soluciones y, al mismo tiempo, descubrir tantas funciones como sea posible que podrían ser realizadas por este nuevo dispositivo.

Una solución que cumple el objetivo es un aparato, como se define en la reivindicación 1, para compensar corrientes de defecto a tierra, que está conectado a los conductores de fase de un sistema de distribución. Está basado en la inserción de una fuente de corriente controlada entre medias de los conductores de fase del sistema de distribución y el potencial de tierra, en primer lugar para la compensación de corrientes de defecto a tierra y para la compensación de armónicos de orden superior en el punto de falta a tierra, y para eliminar también la asimetría de fase en un estado sin averías del sistema de distribución, así como para la compensación de los armónicos de orden superior del sistema de distribución y para la compensación de la potencia reactiva del sistema de distribución.

La ventaja principal de la invención consiste en el hecho de que se puede sintonizar continuamente una fuente de corriente controlada, lo que permite generar una curva prácticamente arbitraria de las corrientes, con una magnitud variable del armónico fundamental, así como de los armónicos de orden superior, y también un desfase variable para cada componente armónica. Mediante corrientes compensadoras, la fuente de corriente... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para compensar corrientes de defecto a tierra, conectado a conductores de fase de un sistema de distribución, caracterizado porque es una fuente de corriente controlada (1) conectada entre medias de conductores de fase del transformador (3) del sistema de distribución y el potencial de tierra y está configurado para compensar corrientes de defecto a tierra y armónicos de orden superior de corrientes de defecto en el punto de falta a tierra (2) , configurado además para compensar asimetría de fase en un estado sin averías de un sistema de distribución, configurado también para compensar armónicos de orden superior del sistema de distribución y para compensar potencia reactiva del sistema de distribución.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de corriente controlada (1) está creada mediante un inversor de la fuente de voltaje.

3. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de corriente controlada (1) está creada 15 mediante un inversor de la fuente de corriente.

4. Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de corriente controlada (1) está creada mediante un convertidor de frecuencias.