Detección direccional de un defecto, particularmente en una red de neutro compensado o aislado.

Dispositivo (100) de detección direccional de un defecto (10) a tierra en una red (1) de media tensión multifase que comprende:

- un primer módulo (20) adecuado para suministrar una señal representativa de la tensión (V0) homopolar del conjunto de las fases;

- un segundo módulo (40) adecuado para proporcionar una señal representativa de la derivada con relación al tiempo de la corriente (I0) homopolar.

- unos medios de activación del segundo módulo (40) en función de una señal (D) de detección de la aparición de un defecto a tierra en la red (1);

- un módulo (50) de localización que comprende unos medios de evaluación con relación a π del desfase entre la tensión (V0) homopolar proporcionada por el primer módulo (20) y la derivada (dI0/dt) de la corriente homopolar proporcionada por el segundo módulo (40).

Detección direccional de un defecto, particularmente en una red de neutro compensado o aislado Campo técnico

La invención corresponde a la detección direccional de un defecto a tierra, particularmente en una red de neutro compensado, y en el caso particular de neutro aislado. En particular, la invención se refiere a un procedimiento de detección de un defecto a tierra en una red que permite además determinar si el defecto está localizado aguas arriba o aguas abajo del punto de detección. El procedimiento según la invención se basa en el análisis de la señal en régimen estable después del defecto.

Bajo otro aspecto, la invención corresponde a un dispositivo de detección adecuado para implementar el procedimiento anterior. En particular, el dispositivo de detección direccional de defectos a tierra comprende unos medios que permiten interpretar las señales de corriente y de tensión después de las perturbaciones transitorias generadas por un defecto con el fin de darle una localización relativa.

La invención corresponde finalmente a un dispositivo de señalización de defectos y a un relé de disparo que comprende unos sensores de la corriente y de la tensión homopolares de la red y que proporcionan al anterior dispositivo de detección las señales que permiten la señalización, por ejemplo mediante un piloto, o el disparo de un dispositivo de corte de la red.

Estado de la técnica

Los dispositivos de detección de defectos en las redes trifásicas permiten desencadenar la protección de las cargas y/o ayudar a la localización de dichos defectos. Por ejemplo, la figura 1 representa un esquema de una red 1 de distribución eléctrica en media tensión que comprende un transformador 2 trifásico, cuyo secundario puede comprender un conductor común de neutro generalmente conectado a tierra mediante una ¡mpedancla 3 (en el caso de una red de neutro aislado, no existe una conexión física entre el punto de neutro de la red y tierra). El secundario está conectado por otro lado, a una línea principal de distribución que alimenta unas líneas 4, 4, 4" de salida, de las que algunas pueden comprender en cabeza un disyuntor u otro dispositivo 5 de corte que las proteja.

Las líneas 4, 4, 4" de salida, compuestas de líneas aéreas y/o de cables subterráneos, pueden estar sujetas a diversos defectos, que es importante detectar y localizar con el fin de pallar los problemas generados: ruptura de la alimentación, degradación de la resistencia de los materiales de aislamiento, sin contar la seguridad de las personas. Un dispositivo 6 de detección de defectos instalado en las líneas 4 de salida, o unos tramos de la línea 4, pueden servir de indicador de paso del defecto, encendiendo por ejemplo un piloto luminoso 7; un dispositivo 61 puede asociarse o integrarse por otro lado en un relé de protección 8 adecuado para controlar la apertura de los contactos del disyuntor 5.

Entre estos defectos, los más frecuentes son los defectos monofásicos, localizados fuera de la estación de origen, en los que una fase está en contacto con tierra, o la rotura de un cable aéreo en caso de intemperie particularmente. Ahora bien, entre los conductores de la línea 4 y la tierra, en particular si las líneas de salida 4 son unos cables enterrados, pueden aparecer fuertes valores de capacidad 9, en el origen de la circulación de importantes corrientes lo homopolares en el caso de defectos 10 a tierra. Para evitar una falsa detección de un dispositivo 6 de detección de defectos a tierra provocada por un fallo de una salida vecina mediante el enlace capacitivo 9, se han desarrollado unos dispositivos y procedimientos para distinguir si un defecto 10 está localizado aguas abajo del dispositivo de detección 6¡, o aguas arriba del dispositivo 6¡+i.

Además, la puesta a tierra 3 del secundario del transformador 2 puede por sí misma ser de tal naturaleza que limite la amplitud de un defecto 10 a tierra: en las redes de distribución de MT, se habla de defecto a tierra resistente (o tierra sensible) cuando el nivel de la corriente de defecto es reducido (y por tanto difícilmente detectable) o bien porque la resistencia del defecto es elevada, o bien porque la puesta a tierra 3 del neutro en el transformador de la estación de origen limitará esta corriente de defecto (caso de una bobina de compensación o de un neutro aislado por ejemplo), o bien porque el terreno es en sí mismo de naturaleza resistiva. Se deben realizar unas mediciones más finas de la corriente ("sensitive earth fault") para estos defectos muy resistivos.

Los documentos EP 1475 874, EP 1 890 165, FR 2 936 319 o WO 2006/136520 proponen unos dispositivos y procedimientos para detectar y localizar la dirección de defectos a tierra, que sin embargo se basan en un muestreo grande durante el periodo transitorio del defecto. El documento FR 2 936 378 propone por su parte una determinación con un muestreo reducido que sin embargo no está adaptado para los cables tripolares, dado que la corriente de cada una de las fases no está disponible en este caso. Por otro lado, en todos los casos, la identificación de la presencia de un defecto 10 se basa en la detección de sobreintensidades en al menos una fase de la red 1 y esto durante una duración mínima del defecto, lo que puede ser inapropiado para los defectos a tierra sensibles, o incluso en el caso de redes de neutro compensado o aislado. El documento DE 199 01 789 propone detectar y localizar la dirección de defectos a tierra en base al signo de un producto efectuado entre un valor procedente de la tensión homopolar y un valor procedente de la corriente homopolar.

El aparato así como los dispositivos de detección de defectos pueden optimizarse.

Exposición de la invención

Entre otras ventajas, la invención viene a paliar unos inconvenientes de los dispositivos y procedimientos de detección direccional de defectos a tierra existentes. En particular, el principio de direccionalidad realizado se basa en el análisis de los parámetros de la corriente homopolar en el régimen estable después del defecto, que permanece pese a todo, adaptado para las redes en régimen de neutro compensado y/o aislado, y que no necesita un muestreo grande de las señales representativas (típicamente, es suficiente una frecuencia de muestreo inferior a 1 kHz, por ejemplo del orden de 500 o 600 Hz), lo que le permite poder ser implementado en unos equipos que no dispongan de gran memoria en el software y/o hardware.

Bajo uno de sus aspectos, la invención se refiere a un procedimiento de detección direccional de un defecto a tierra en una red multifase, particularmente de neutro compensado o aislado, que utiliza las señales representativas de la tensión y de la derivada de la corriente homopolar de la red, y una evaluación del desfase entre las dos señales, particularmente comparándolas en n, después de que el procedimiento haya sido desencadenado a continuación de la obtención de una señal indicadora de la presencia de un defecto a tierra. El procedimiento según la invención comprende preferentemente una etapa preliminar para generar dicha señal indicadora de la presencia del defecto, que comprende la obtención de una señal representativa de la tensión homopolar de la red y su comparación con un umbral; si se prevé esta etapa, entonces la señal representativa de la tensión homopolar se pueden utilizar igualmente para la detección direccional.

El procedimiento según la invención comprende así la obtención de señales representativas de la tensión homopolar, respectivamente de la derivada con relación al tiempo de la corriente homopolar, que puede ser el resultado del procesamiento directo de las señales representativas proporcionadas por unos sensores dedicados, o de una etapa de cálculo de dichas señales a partir de la tensión, respectivamente de la corriente, obtenidas para cada fase de la red. Preferentemente, estas señales se filtran, y/o se muestrean a una frecuencia inferior a 1 kHz, particularmente del orden de 600 Hz.

Para evaluar el desfase entre las dos señales, el procedimiento puede comprender la determinación del ángulo entre las señales representativas de la tensión y de la derivada de la corriente homopolar, y preferentemente de su complementario a 180°; el ángulo así determinado se compara con un parámetro fijo, particularmente un intervalo angular centrado sobre 180°, lo que lo convierte en comparar su complementario con un umbral. A continuación del resultado de la comparación, el procedimiento según este modo de realización de la invención indica si el defecto está aguas arriba o aguas abajo del punto de obtención de las señales, y particularmente: si el ángulo es próximo a 180°, el defecto se considera como aguas arriba.

1. Dispositivo (100) de detección direccional de un defecto (10) a tierra en una red (1) de media tensión multifase que comprende:

- un primer módulo (20) adecuado para suministrar una señal representativa de la tensión (Vo) homopolar del conjunto de las fases;

- un segundo módulo (40) adecuado para proporcionar una señal representativa de la derivada con relación al tiempo de la corriente (lo) homopolar.

- unos medios de activación del segundo módulo (40) en función de una señal (D) de detección de la aparición de un defecto a tierra en la red (1);

- un módulo (50) de localización que comprende unos medios de evaluación con relación a n del desfase entre la tensión (Vo) homopolar proporcionada por el primer módulo (20) y la derivada (dlo/dt) de la corriente homopolar proporcionada por el segundo módulo (40).

2. Dispositivo (100) de detección direccional según la reivindicación 1, en el que los medios de evaluación del desfase comprenden unos medios (52) de determinación del ángulo (P) entre la tensión (Vo) homopolar proporcionada por el primer módulo (20) y la derivada (dlo/dt) de la corriente homopolar proporcionada por el segundo módulo (40), respectivamente del complementario (a) a 180° de dicho ángulo (P), y unos medios (54) de comparación de dicho ángulo (P), respectivamente de dicho complementarlo (a), con un parámetro fijo para determinar si el defecto está aguas arriba o aguas abajo del dispositivo (100).

3. Dispositivo (100) de detección direccional según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que los medios de evaluación con relación a n del desfase entre la tensión (Vo) homopolar proporcionada por el primer módulo (20) y la derivada (dlo/dt) de la corriente homopolar proporcionada por el segundo módulo (40) comprenden, para una red de media tensión de neutro aislado, unos medios (52) de cálculo del producto (El) entre la tensión (Vo) homopolar proporcionada por el primer módulo (20) y la derivada (dlo/dt) de la corriente homopolar proporcionada por el segundo módulo (40), y unos medios (54) de comparación de dicho producto (El) con cero.

4. Dispositivo (100) de detección direccional según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer módulo (20) comprende unos medios para recibir la señal representativa de la tensión (Va, Vb, Vc) de cada una de las fases de la red (1) y unos medios (28) de suma para proporcionar dicha tensión (Vo) homopolar.

5. Dispositivo (100) de detección direccional según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el segundo módulo (40) comprende unos medios para recibir una señal representativa de una corriente (I) de la red (1) y un bloque (42) de derivación adaptado para proporcionar la derivada (dl/dt) con relación al tiempo de una señal representativa de

una corriente (I).

6. Dispositivo (100) de detección direccional según la reivindicación 5, en el que los medios para recibir una señal representativa de una corriente están adaptados para recibir la señal representativa de la corriente (U, Ib, le) de cada una de las fases de la red (1) y en el que el segundo módulo (40) comprende unos medios (48) de suma para proporcionar una señal representativa de la corriente (lo) homopolar.

7. Dispositivo (100) de detección direccional según una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además unos medios (30) de detección de la aparición de un defecto a tierra en la red unidos al primer módulo (20) y a los medios de activación del segundo módulo (40), comprendiendo dichos medios (30) de detección un comparador de la señal representativa de la tensión (Vo) homopolar con un umbral (So) de detección.

8. Indicador (6) de paso del defecto a tierra que comprende unos sensores de corriente y de tensión (12, 12A, 12B, 12C, 14, 14A, 14B, 14C) dispuestos sobre una línea (4, 4A, 4B, 4C) de una red eléctrica (1) a supervisar y que comprende un dispositivo (100) de detección direccional de defectos, según una de las reivindicaciones 1 a 7, conectado a dichos sensores (12, 12A, 12B, 12C, 14, 14A, 14B, 14C) para recibir las señales representativas de corriente y de tensión.

9. Relé (9) de protección a tierra que comprende al menos un indicador de paso del defecto según la reivindicación 8 y unos medios de accionamiento de un dispositivo (5) de corte en función de los resultados del módulo (50) de localización del dispositivo (100) de detección direccional del indicador.

10. Procedimiento de detección (D, L) direccional de un defecto (10) a tierra en una red (1) multifase que comprende el disparo, a continuación de la obtención de una señal (D) indicadora de la presencia de dicho defecto (10) a tierra, de la determinación direccional (L) del defecto (10), comprendiendo dicha detección direccional las etapas sucesivas de:

- obtención de señales representativas de la tensión (V0) homopolar y de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar;

- evaluación con relación a 180° del desfase entre las señales representativas de la tensión (Vo) homopolar y de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar.

11. Procedimiento de detección direccional según la reivindicación 10, en el que la evaluación del desfase comprende las etapas de:

- determinación del ángulo (P) entre las señales representativas de la tensión (Vo) homopolar y de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar, respectivamente del complementario (a) a 180° de dicho

ángulo (P);

- comparación de dicho ángulo (P), respectivamente del complementario (a), con un parámetro fijo para indicar si el defecto detectado (D) se sitúa aguas abajo o aguas arriba del sitio en el que se han obtenido las señales representativas.

12. Procedimiento de detección direccional según la reivindicación 10, en el que la red es de neutro aislado, y en el 10 que la evaluación con relación a 180° del desfase entre las señales representativas de la tensión (Vo) homopolar y

de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar comprende las etapas de cálculo del producto (Et) entre las señales representativas de la tensión (V0) homopolar y de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar y la comparación con cero de dicho producto (Et).

13. Procedimiento de detección direccional según una de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la señal (D) 15 indicadora de la presencia de un defecto (10) a tierra se obtiene mediante la comparación de la señal de la tensión

(Vo) homopolar con un umbral (So) de detección del defecto.

14. Procedimiento de detección direccional según una de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la obtención de las señales representativas de la tensión (Vo) homopolar y de la derivada (dlo/dt) con relación al tiempo de la corriente homopolar comprende un muestreo a una frecuencia inferior a 1 kHz.

15. Procedimiento de protección de una linea (5) de corriente durante la aparición de un defecto (10) a tierra que

comprende el accionamiento de un dispositivo (6) de corte de dicha linea (5) si se ha detectado un defecto (10) a tierra, mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 14, aguas abajo de dicho dispositivo (6) de corte.