Detección direccional de defecto resistivo a tierra y de rotura de conductor de media tensión.

Dispositivo (100) de detección de un defecto resistivo a tierra (7) en una red de media tensión (5) que comprende al menos una subestación de transformación media tensión / baja tensión (10) que define una salida (15) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión (15A,

15B, 15C), comprendiendo dicho dispositivo (100):

- unos medios para recibir unas señales representativas de las tensiones de cada conductor de una salida de baja tensión (15);

- unos medios de obtención (110) de las señales representativas de las tensiones de fase (VAN, VBN, VCN) a partir de las señales de tensión recibidas;

- unos medios (122) para determinar la componente simétrica de tensión inversa (Vi) de la salida;

- unos medios (126) para comparar la tensión inversa (Vi) con un umbral de activación (Sd).

Detección direccional de defecto resistivo a tierra y de rotura de conductor de media tensión.

Campo técnico La invención se refiere a la detección de defecto en una red eléctrica de distribución, en concreto de media tensión. En particular, la invención propone un principio de detección de defectos resistivos entre un conductor eléctrico de media tensión y la tierra, defecto por ejemplo causado por la rotura de dicho conductor, así como un dispositivo adaptado.

Estado de la técnica Como se ilustra en la figura 1, las redes 1 de distribución se pueden descomponer en diferentes niveles, con una primera red 2 de transporte y de distribución de muy alta y alta tensiones MAT/AT (de 35 a más de 200 kV) , utilizada para transportar o distribuir la energía eléctrica desde las centrales de producción a través de grandes distancias. Una red de distribución 5 de media tensión MT, habitualmente entre 1 y 35 kV, de manera más precisa 11 kV de tensión simple en Francia, le sucede para transportes a menor escala, hacia clientes de tipo industrial o subestaciones 10, 20, 30 que transforman la media tensión en baja tensión BT (en particular 0, 4 kV en Francia) ; la red de baja tensión 15, 25, 35 suministra a los clientes de baja demanda energética a través de tres conductores de fase 15A, 15B, 15C, y un conductor de neutro 15N.

La red MT 5 se puede descomponer en líneas aéreas y/o en cables subterráneos. Sea cual sea la solución, la red 5 está sometida a diversos defectos, que es importante detectar y localizar con el fin de resolver los problemas generados: rotura de suministro, degradación de la resistencia de los materiales de aislamiento, por no mencionar la seguridad de las personas. Entre estos defectos 7, los más frecuentes son los defectos monofásicos, localizados fuera de la subestación de origen, en los cuales una fase está en contacto con la tierra, o la rotura de un cable aéreo en el caso de condiciones meteorológicas adversas en particular.

Estos defectos 7, como los defectos polifásicos que afectan a varias fases, son de tipo cortocircuito y están en el origen de corrientes elevadas, que pueden alcanzar varios miles o decenas de miles de amperios, mientras que los conductores y/o equipos están por lo general diseñados para soportar algunas centenas de amperios en funcionamiento nominal. Por ejemplo, cuando el neutro N del transformador está directamente conectado a tierra, la corriente de defecto corresponde a la tensión de la red 5, dividida por la suma de las resistencias del circuito, muy baja.

Una opción para detectar este tipo de defecto es medir la corriente que circula, o los parámetros que están relacionados con ella. Sin embargo, estas mediciones deben completarse con unas mediciones en las tensiones trifásicas, si se quiere dar la dirección relativa (aguas arriba o aguas abajo) con respecto al equipo de detección de los defectos. Ahora bien, la tensión MT de la red 5 genera una complicación en el acceso a los puntos de medición, y problemas de aislamiento del material electrónico: este tipo de detección direccional es difícil de implementar.

Por otra parte, la detección de la propia corriente de cortocircuito puede llegar a ser compleja. En particular, la conexión a tierra de la red MT ahora se realiza por lo general mediante una impedancia: un elemento limitativo de tipo resistencia o bobina de compensación se inserta entre el secundario del punto neutro N del transformador 3 y la tierra con el fin de aumentar la impedancia global del camino de circulación de la corriente de defecto, y por lo tanto reducir dicha corriente. Esto permite aliviar el estrés sobre los componentes de la red 5, y también proteger a las personas. Deben, por tanto, realizarse mediciones más precisas de la corriente (" sensitive earth fault ")

Por otra parte, otros elementos pueden limitar el valor de la corriente de defecto y complicar la detección: la resistencia del suelo entra en juego, al igual que la naturaleza del defecto 7. Ahora bien, aunque se pueden tener en cuenta los parámetros del suelo adaptando, en el momento de la instalación, los ajustes de los equipos de protección y de detección, no sucede lo mismo con las características del defecto, que no se pueden prever. Entre los defectos más difíciles de detectar, se encuentra en particular la rotura del conductor MT, que podrá producirse con o sin contacto a tierra.

Para estos defectos muy resistivos, se lleva a cabo una detección a través de la tensión. Por ejemplo, el documento EP 1 603 211 se refiere a un equipo de comunicación instalado en los extremos de las líneas: la detección de rotura de conductor se realiza por la simple detección de pérdida de tensión de línea. Estudios más teóricos indican la posibilidad de utilizar la tensión inversa y/o la tensión homopolar en la red MT 5; sin embargo, los problemas inherentes a la medición de la tensión en los conductores de fase de media tensión anteriormente mencionados siguen existiendo.

De este modo, parece que la detección y la localización de defectos resistivos en una red de media tensión, en particular en el caso de roturas de conductores, está poco desarrollada a causa de que hay que llevar a cabo mediciones complejas, en particular las tomas de tensión en los conductores de media tensión, y de las mediciones precisas de las corrientes de cortocircuito que circulan.

Exposición de la invención Entre otras ventajas, la invención pretende resolver los inconvenientes de los sistemas de detección existentes y ofrecer una detección, de preferencia direccional, de defectos resistivos a tierra en media tensión, con especial hincapié en las roturas de conductores. En particular, la invención ofrece el uso de mediciones en la red de baja tensión, aguas abajo del puesto MT/BT, para detectar e identificar un defecto en el lado de la media tensión. La invención se define en particular en las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con un aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de detección de un defecto resistivo a tierra, en particular de un defecto debido a la rotura de un conductor, en una red de media tensión que alimenta una multitud de salidas de baja tensión. El procedimiento comprende la determinación, para cada salida, de la tensión inversa correspondiente a la componente simétrica de las tensiones de fase, la comparación de la amplitud de estas tensiones inversas con un umbral, de manera ventajosa regulable, y la indicación de la aparición de un defecto cuando se sobrepasa el umbral al menos una vez.

De acuerdo con otro aspecto, el procedimiento de detección está asociado a una localización relativa del defecto detectado. Para ello, se tratan las tensiones de fase y el resultado del tratamiento permite determinar si el defecto detectado está aguas arriba o aguas abajo del punto de medición. En particular, se determina la norma o la amplitud de las tensiones de fase de cada salida, así como su valor medio y su valor mínimo para cada salida; el valor medio se compara con las amplitudes, y el valor mínimo se compara con un umbral.

De acuerdo con otro aspecto, la invención se refiere a un dispositivo adaptado al procedimiento de detección, y de preferencia al anterior procedimiento de detección direccional, adaptado para una red de media tensión que comprende al menos una subestación de transformación media tensión / baja tensión que define una salida hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión.

El dispositivo anterior está, de acuerdo con otro aspecto de la invención, asociado con un sistema con el fin de permitir supervisar la red de media tensión. Para ello, el dispositivo recibe unas señales representativas de las tensiones de cada conductor para cada salida y está adaptado para tratarlas, o se implementa una multitud de dispositivos en cada salida, o cualquier otra combinación con, por ejemplo, un dispositivo adaptado para recibir las informaciones relativas a una rama de la red. El sistema comprende, además, unos medios para indicar la aparición del defecto, y de preferencia su localización relativa, aguas arriba o aguas abajo, con respecto a los puntos de obtención de las señales recibidas por el sistema.

En particular, el dispositivo de detección de un defecto resistivo a tierra comprende unos medios para recibir unas señales representativas de las tensiones de cada conductor de una salida de baja tensión, unos medios de obtención de las señales representativas de las tensiones de fase a partir de las señales de tensión recibidas, unos medios para determinar la componente simétrica de tensión inversa de la salida, unos medios para comparar la tensión inversa con un umbral de activación, y de manera ventajosa... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (100) de detección de un defecto resistivo a tierra (7) en una red de media tensión (5) que comprende al menos una subestación de transformación media tensión / baja tensión (10) que define una salida (15) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión (15A, 15B, 15C) , comprendiendo dicho dispositivo (100) :

2. Dispositivo de detección de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende, además, unos medios (128) de regulación del umbral de activación (Sd) .

3. Sistema de detección de un defecto resistivo (7) en una red de media tensión (5) que comprende una multitud de subestaciones de transformación media tensión / baja tensión (10, 20, 30) que definen, cada una, una salida (15, 25, 35) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión (15A, 15B, 15C) , comprendiendo dicho sistema:

- unos medios para recibir unas señales representativas de las tensiones de cada conductor de una salida de

baja tensión (15) ;

- unos medios de obtención (110) de las señales representativas de las tensiones de fase (VAN, VBN, VCN) a

partir de las señales de tensión recibidas;

- unos medios (122) para determinar la componente simétrica de tensión inversa (Vi) de la salida;

- unos medios (126) para comparar la tensión inversa (Vi) con un umbral de activación (Sd) .

- al menos un dispositivo de detección (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, estando los medios (110, 122, 126) de dicho dispositivo de detección (100) adaptados para recibir las señales representativas de las tensiones de cada conductor de cada salida de baja tensión (15, 25, 35) , para obtener las señales representativas de las tensiones de fase para cada salida (15, 25, 35) , para determinar la componente simétrica de tensión inversa (Vi) , y para comparar el módulo de cada tensión inversa (Vi) con el umbral de activación (Sd) ; y -unos medios para indicar (D) la aparición de un defecto (7) en la red de media tensión (5) cuando los medios de comparación (126) dan un resultado en el cual una tensión inversa (Vi) sobrepasa el umbral de activación (Sd) .

4. Sistema de detección de un defecto resistivo (7) en una red de media tensión (5) que comprende una multitud de subestaciones de transformación media tensión / baja tensión (10, 20, 30) que definen, cada una, una salida (15, 25, 35) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión, comprendiendo dicho sistema un dispositivo de detección (100, 200, 300) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2 asociado a cada salida (15, 25, 35) y unos medios para indicar (D) la aparición de un defecto (7) en la red de media tensión (5) cuando los medios de comparación (126) de uno de los dispositivos de detección (300) dan un resultado en el cual el módulo de la tensión inversa (Vi) sobrepasa el umbral de activación (Sd) .

5. Sistema de detección de acuerdo con la reivindicación 4 en el cual cada dispositivo de detección (100, 200, 300) está localizado en la subestación de transformación (10, 20, 30) .

6. Sistema de detección de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5 en el cual el neutro de las subestaciones de transformación media tensión / baja tensión (10, 20, 30) está conectado a tierra, y comprende además unos sensores de tensión en cada conductor de fase y en el conductor de neutro.

7. Dispositivo (100) de detección direccional de un defecto resistivo (7) en una red de media tensión (5) que comprende al menos una subestación de transformación media tensión / baja tensión (10) que define una salida (15) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión (15A, 15B, 15C) , comprendiendo dicho dispositivo un dispositivo de detección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, unos medios de tratamiento (130) de las señales representativas de las tensiones de fase (VAN, VBN, VCN) , y unos medios (140) de interpretación de los resultados del tratamiento de las señales para determinar si el defecto está aguas arriba o aguas abajo del punto de medición de las señales recibidas por dicho dispositivo (100) .

8. Dispositivo de detección direccional de acuerdo con la reivindicación 7 en el cual los medios de tratamiento (130) comprenden:

- unos medios de cálculo (132) de la norma de las tensiones de fase (â`VANâ`, â`VBNâ`, â`VCNâ`) , : -unos medios (136) de cálculo de la media (μ) de las normas (â`VANâ`, â`VBNâ`, â`VCNâ`) , ; -unos medios de determinación del mínimo de las normas (Vmin) ; -unos primeros medios (138) de comparación de la norma de las tensiones de fase con su media (μ) ; -unos segundos medios de comparación (134) del mínimo de las normas con un umbral (Sv) .

9. Sistema de detección y localización de un defecto resistivo (7) en una red de media tensión (5) que comprende una multitud de subestaciones de transformación media tensión / baja tensión (10, 20, 30) que define, cada una, una salida (15, 25, 35) hacia una multitud de conductores de fase de baja tensión, comprendiendo dicho sistema un sistema de detección de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6 en el cual los dispositivos de detección (100, 200, 300) son unos dispositivos de detección direccional de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8, y en el cual los medios para indicar (D) la aparición de un defecto (7) en la red de media tensión (5) están adaptados para

indicar si el defecto está aguas arriba o aguas abajo del punto de medición de las señales recibidas por dichos dispositivos de detección.

10. Procedimiento de detección de un defecto resistivo a tierra (7) en una red de media tensión (5) que comprende la obtención de las tensiones de cada fase de las salidas de baja tensión (15, 25, 35) alimentados por la red de media tensión (5) , la determinación de la tensión inversa (Vi) de las salidas de baja tensión, la comparación de los módulos de las tensiones inversas (Vi) con un umbral (Sd) , la indicación de la aparición de un defecto (7) cuando una comparación al menos indica que se ha sobrepasado el umbral (Sd) .

11. Procedimiento de detección de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende, además, la regulación de los umbrales (Sd) .

12. Procedimiento de detección y localización de un defecto resistivo a tierra (7) en una red de media tensión (5) que comprende el procedimiento de detección de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 u 11, la determinación de la norma de las tensiones de fase (â`VANâ`, â`VBNâ`, â`VCNâ`) , el tratamiento de las normas de las tensiones de fase (â`VANâ`, â`VBNâ`, â`VCNâ`) , la determinación de la localización del defecto detectado aguas arriba o aguas abajo del punto de medición.

13. Procedimiento de detección y localización de acuerdo con la reivindicación 12 en el cual el tratamiento de las normas comprende el cálculo de su media aritmética, la comparación de la amplitud de las tensiones con su media, la comparación del mínimo de tensión con un umbral.