Localización de un defecto en una red de distribución pública de media tensión.

Procedimiento de localización de un defecto (10) monofásico en una red representada por una línea (9) eléctrica de impedancia (Zl) lineal predeterminada entre un primer extremo (7) y una carga (8) que comprende:

a. la medición de la corriente y de la tensión (Im antes_defecto, Vm antes_defecto) de la red en el primer extremo (7) antes de la aparición del defecto (10);

b. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la impedancia (Zc) de la carga (8) mediante la relación entre los valores complejos de la corriente y de la tensión (Im antes_defecto, Vm antes_defecto) medidos antes del defecto;

c. la medición de la corriente y de la tensión (Im en_defecto, Vm en_defecto) en el primer extremo (7) en situación de defecto;

d. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la corriente (Ic) que circula en la carga (8) en situación de defecto, considerando la impedancia (Zc) de la carga invariable;

e. la determinación de la impedancia (Zti) inversa equivalente aguas arriba del primer extremo (7) mediante ,

f. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la distancia (x) de defecto con respecto al primer extremo (7) por medio de los valores medidos, en el primer extremo (7), de la corriente y de la tensión (Im en_defecto, Vm en_defecto), y del valor determinado de la corriente que circula en la carga (Ic) durante el defecto, viniendo dada la distancia (x) de defecto por el sistema de ecuaciones:

siendo:

- Xl la reactancia de línea por unidad de longitud, y la parte imaginaria de la suma de las componentes de la impedancia lineal predeterminada: Xl ≥ (Zld+Zli+Zlo);

- Vfase la tensión a tierra de la fase detectada en defecto y la suma de las componentes de la tensión medida en defecto Vfase ≥ Vmden_defecto + Vmien_defecto + Vmoen_defecto;

- Idef el valor de la corriente de defecto y la diferencia entre las componentes directas de la corriente medida (Im) y de la corriente de carga (Ic) en defecto Idef ≥ Imd - Icd;

- Ici y Icd las componentes inversa y directa de la corriente de carga que valen respectivamente: y Icd ≥ Imden_defecto - Imien_defecto + Ici siendo Zti la impedancia inversa

equivalente aguas arriba del primer extremo (7), Zc la impedancia de carga (8) de la red, Imien_defecto la medición de la corriente en defecto en el primer extremo (7).

Localización de un defecto en una red de distribución pública de media tensión Campo técnico

La invención se refiere a la localización de un defecto, en particular monofásico, ocurrido en una red de distribución, y en particular una red de distribución pública de media tensión, pudiendo estar la red conectada a tierra mediante una impedancia.

El procedimiento y el dispositivo de localización de acuerdo con la invención utilizan las mediciones de la corriente y de la tensión que circula antes y durante el defecto para determinar la distancia que separa el defecto del punto de medición. Las hipótesis de cálculo son tales que el resultado obtenido es seguro sea cual sea la naturaleza del defecto y el valor de su resistencia.

Estado de la técnica

Tal como se ilustra en la figura 1, las redes 1 de distribución (véanse las flechas de color gris) se pueden descomponer en diferentes niveles, con una primera red de transporte y de distribución de muy alta y de alta tensión MAT/ATB (de entre 35 y más de 200 kV), utilizada para transportar o distribuir la energía eléctrica desde las centrales de producción 2 a grandes distancias. Le sigue una red de distribución de media tensión ATA, habitualmente de entre 1 y 35 kV, y de manera más precisa 15 o 20 kV en Francia, para transportes a menor escala, hacia clientes de tipo industriales 3 u otras subestaciones de transformación 4; la conexión a tierra de la red ATA, es decir la conexión del neutro del transformador 5, puede ser muy variada, y actualmente se realiza por lo general mediante una impedancia Zn. La red de baja tensión BT (en particular 0,4 kV en Francia) alimenta a los clientes 6, 6 de baja demanda energética.

La red ATA puede estar compuesta por líneas aéreas y/o por cables subterráneos. Sea cual sea la solución, la red está sometida a diversos defectos, que es importante detectar y localizar con el fin de resolver los problemas generados: corte de suministro, degradación de la resistencia de los materiales de aislamiento, por no hablar de la seguridad de las personas. Entre estos defectos, los más frecuentes son los defectos monofásicos, en los cuales una fase está en contacto con la tierra, localizados fuerza de la subestación de origen; de media, por año, continua habiendo una decena de este tipo de defectos por 100 km de línea a pesar de una desconexión de la red concernida: estos defectos permanentes necesitan en particular una intervención humana, y por lo tanto una localización en la red.

Numerosos estudios se han centrado en la localización de los defectos en las redes de distribución (véase por ejemplo el documento US 5 839 093), o de manera más general entre una subestación 7 de origen y una carga 8, en la línea 9 de impedancia Z\ lineal; en general, se determina una distancia x del defecto 10 con respecto al puesto 7 de origen, tal como se ilustra en la figura 2.

Aunque se han desarrollado algunos métodos de tipo heurísticos (red de neuronas o lógica difusa, lo que requiere un aprendizaje complejo), las determinaciones de la distancia x de defecto se hacen habitualmente mediante cálculos. Por ejemplo, se miden las señales transitorias de alta frecuencia que se producen inmediatamente después de la aparición del defecto, lo que sin embargo requiere aparatos de medición caros, o se comparan las curvas en régimen de defecto. Estas opciones exigen un muy buen conocimiento de la red y de su topología, lo que no siempre es posible, ni siquiera realista.

De hecho, la determinación más frecuente utiliza un cálculo de impedancia, siendo la distancia de defecto x la solución de un sistema de ecuaciones. Algunos métodos de resolución (por ejemplo descritos en el documento WO 00/50908) comprenden unas mediciones de cada lado 7, 8 de la línea, con la pesadez inherente a la comunicación de los datos. Los métodos de localización en un punto de medición deben, por su parte, compensar el hecho de no conocer las corrientes que circulan en las diferentes partes del circuito, y se han propuesto diversas modelizaciones para resolver el sistema de ecuaciones con muchas incógnitas: véase, por ejemplo, el documento US 5 661 664 o el documento US 5 773 980.

Sin embargo, los procedimientos actuales no dan resultados lo suficientemente fiables en determinadas circunstancias, en particular para los defectos 10 monofásicos muy resistivos (50 < Zdef < 300 O) que son relativamente frecuentes en las redes ATA. En efecto, cuando la impedancia Zdef de defecto 10, por naturaleza desconocida, aumenta, la precisión de los cálculos se degrada, y una localización x utilizable necesita por tanto la medición en diferentes puntos de la red. De hecho, esta imprecisión de los métodos actuales depende también de la carga Zc alimentada cuando aparece el defecto: cuanto más elevada es esta, más importante es el impacto del valor de la resistencia del defecto. El documento WO 98/29752 tiene en cuenta este factor.

Los documentos US 2003/155929 A1, EP 0 106 790 A, WO 98/29752 A y WO 2007/090484 A dan a conocer un procedimiento y un sistema de localización de un defecto en una red representada por una línea eléctrica de impedancia lineal predeterminada entre un primer extremo y una carga, que comprende:

a) la medición de la corriente y de la tensión de la red en el primer extremo antes de la aparición del defecto;

b) la determinación de la impedancia de la carga mediante la relación entre los valores complejos de la corriente y de la tensión medidos antes del defecto;

c) la medición de la corriente y de la tensión en el primer extremo en situación de defecto;

d) la determinación de la corriente que circula en la carga en situación de defecto, considerando la impedancia de la carga invariable; y

e) la determinación de la distancia de defecto con respecto al primer extremo por medio de los valores medidos, en el primer extremo, de la corriente y de la tensión, y del valor determinado de la corriente que circula en la carga durante el defecto.

Descripción de la invención

Entre otras ventajas, la invención pretende resolver los inconvenientes de los métodos existentes de cálculo de la distancia de defecto, en particular en el caso de un defecto monofásico con una elevada resistencia de tierra. En particular, la invención tiene en cuenta el valor de la carga alimentada y, utilizando las mediciones antes del defecto, introduce la impedancia directa y la impedancia inversa de la carga en una modelización de componentes simétricas de la red en defecto. Se mejora la precisión del cálculo de la distancia de defecto y en particular el error en la distancia de defecto, reducido a la distancia máxima en una red ATA dada, es inferior a un 5 %.

Según un aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de localización de un defecto en una red, en particular una red de distribución de media tensión trifásica, que comprende todas las características de la reivindicación 1. En particular, comprende la determinación de la distancia que separa el defecto de un primer extremo de una línea eléctrica de impedancia lineal predeterminada, que representa la red. El procedimiento de acuerdo con la invención utiliza la medición de la corriente y de la tensión en el primer extremo antes de la aparición del defecto y en situación de defecto, y considera que la carga de la red no se modifica con la aparición del defecto, es decir que la impedancia de la carga de la red en defecto se calcula mediante la relación entre los valores complejos de la corriente y de la tensión medidos antes del defecto; estos valores complejos se pueden determinar mediante la medición de las corrientes de cada una de las tres fases y de las tensiones entre cada fase y la tierra.

El conocimiento de la impedancia de carga y las mediciones de los parámetros de la corriente durante el defecto (es decir antes de la activación de los dispositivos de seguridad) permiten el establecimiento de un sistema de ecuaciones para la distancia de defecto, y esto por medio de una modelización de componentes simétricas de la red; el sistema de ecuaciones se obtiene considerando en una primera etapa que la impedancia de la línea es insignificante con respecto a la impedancia de carga en situación de defecto, la carga de inicio es equilibrada y el defecto es resistivo. El sistema se resuelve de preferencia mediante iteraciones sucesivas, con por ejemplo una inicialización con una distancia de defecto nula, es decir un efecto que aparece en el primer extremo de la línea.

En particular, el sistema de ecuaciones que permite la determinación de la distancia x de defecto es el siguiente:

___3(Z) -Z,d-x- (icd + ici)

X """" ) ti ^^_ y

X, Ide,

siendo Xi la reactancia... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de localización de un defecto (10) monofásico en una red representada por una línea (9) eléctrica de impedancia (Zi) lineal predeterminada entre un primer extremo (7) y una carga (8) que comprende:

a. la medición de la corriente y de la tensión (I m antes_defecto, Vm antes_defecto) de la red en el primer extremo (7) antes de la aparición del defecto (10);

b. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la impedancia (Zc) de la carga (8) mediante la relación entre los valores complejos de la corriente y de la tensión (lm antes_defecto, Vm antes_defecto) medidos antes del defecto;

c. la medición de la corriente y de la tensión (I m en_defecto, Vm en defecto) sn el primer extremo (7) en situación de defecto;

d. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la corriente (lc) que circula en la carga (8) en situación de defecto, considerando la impedancia (Zc) de la carga invariable;

e. la determinación de la impedancia (Zti) inversa equivalente aguas arriba del primer extremo (7) mediante

_. Vm¡en_defecto

lm¡en_defecto

f. la determinación, realizada por medio de una modelización de componentes simétricas, es decir directa, inversa y homopolar, de la red, de la distancia (x) de defecto con respecto al primer extremo (7) por medio de los valores medidos, en el primer extremo (7), de la corriente y de la tensión (lm en_defecto, Vm en_defecto), y del valor determinado de la corriente que circula en la carga (lc) durante el defecto, viniendo dada la distancia (x) de defecto por el sistema de ecuaciones:

3(Z) ^ Vfase ~ Z,d * X (Icd + lcÍ)

x =-------- y Z-------------------------------------------------------------,

siendo:

- Xi la reactancia de línea por unidad de longitud, y la parte imaginaria de la suma de las

componentes de la impedancia lineal predeterminada: Xi = 3 (Zid+Zii+Zio);

- Vfase la tensión a tierra de la fase detectada en defecto y la suma de las componentes de la tensión

medida en defecto Vfase = Vmd en_d efecto + VmÍen_.defecto + VmOen_.defecto;

- Idef el valor de la corriente de defecto y la diferencia entre las componentes directas de la corriente medida (lm) y de la corriente de carga (lc) en defecto ldef = lmd - lcd;

- Ici y lcd las componentes inversa y directa de la corriente de carga que valen respectivamente:

leí = -Imien.defecto. y lcd = lmden_defecto - lm¡en_defecto + U siendo Zti la impedancia inversa Zc

equivalente aguas arriba del primer extremo (7), Zc la impedancia de carga (8) de la red, lmien_defecto la medición de la corriente en defecto en el primer extremo (7).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la medición (a.) de la corriente y de la tensión de la red en el primer extremo (7) antes del defecto comprende la medición de las tres corrientes de cada fase (lm 1,2,3) y la medición de las tres tensiones entre cada fase y la tierra (Vm 1,2,3)-

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2 en el que la medición (c.) de la corriente y de la tensión de la red en el primer extremo (7) durante el defecto comprende la medición de las tres corrientes de cada fase (lm 1,2,3) y la medición de las tres tensiones entre cada fase y la tierra (Vm 1,2,3).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 en el que la determinación de la distancia (x) de defecto es realizada mediante iteraciones sucesivas para resolver un sistema de ecuaciones.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 en el que la red es una red de distribución de media tensión y el defecto (10) es monofásico y resistivo.

6. Sistema de localización de un defecto en una red de distribución con respecto a un punto (7) de medición, asimilándose la red a una línea (9) eléctrica de impedancia (Z|) lineal predeterminada entre el punto (7) de medición de impedancia (Zt) predeterminada aguas arriba y una carga (8) que comprende:

- unos medios de medición de la corriente y de la tensión (lm, Vm) de la red en el punto (7) de medición antes del defecto y durante el defecto;

- unos medios de cálculo de la impedancia (Zc) de la carga (8) mediante la relación entre los valores complejos de la corriente y de la tensión (lm, Vm) medidos por dichos medios de medición antes del defecto;

- unos medios de determinación de la corriente (lc) que circula en la carga (8) de la red en situación de defecto, considerando su impedancia (Zc) invariable;

- unos medios de determinación de la distancia (x) de defecto con respecto al punto (7) de medición por medio de los valores medidos, por dichos medios de medición, en defecto de la corriente y de la tensión (lm en_defecto, Vm en defecto) y del valor determinado de la corriente (lc) que circula en la carga;

- unos medios para determinar las componentes simétricas de los parámetros de la red;

- unos medios para determinar la impedancia (Zti) inversa equivalente aguas arriba del primer extremo (7) por

_. Vm¡en_defecto

Imien defecto

- estando los medios de determinación de la distancia de defecto adaptados para resolver el sistema:

3(Z) Vfase -Z,d-X- (Icd + lci)

x=------- y Z --------------------------------------,

siendo:

° Xi la reactancia de línea por unidad de longitud, y la parte imaginaria de la suma de las componentes de la impedancia lineal predeterminada: X, = 3(Z,d + Z,i + ZjO) ;

o Vfase la tensión a tierra de la fase detectada en defecto y la suma de los componentes de la tensión

medida en defecto Vfase = Vmden_defecto + Vm¡en_defecto + VmOen_defecto;

° Idef el valor de la corriente de defecto y la diferencia entre las componentes directas de la corriente

(lm) medida y de la corriente (lc) de carga en defecto ldef = lmd - lcd;

° lci y lcd respectivamente las componentes inversa y directa de la corriente (lc) de carga, dadas por:

Ici = -lmÍen_defectO.----- y lcd - Imden.defecto - Imien.defecto + Id,

Zc

siendo Zti la componente inversa de la impedancia equivalente aguas arriba del punto (7) de medición, Zc la impedancia determinada de carga (8) de la red e lm en defecto la medición de la corriente en defecto.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6 en el que los medios de medición de la corriente están adaptados para medir la corriente en cada una de las tres fases de la red.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 en el que los medios de medición de la tensión están adaptados para medir la tensión a tierra de cada una de las tres fases de la red.