Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo.

Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo,

donde las pantallas (11) de los cables (12) se conectan en forma traspuesta y a tierra en ambos extremos del mismo que básicamente comprende:

- Recibir una señal (8) de disparo de alguna de las protecciones de la línea con transición aérea-subterránea.

- Evaluar las relaciones entre los módulos de las intensidades que circulan por las pantallas (11) de los cables de potencia (12), de secuencia directa y homopolar por un lado, e inversa y homopolar por el otro.

- Evaluar las diferencias angulares entre las intensidades que circulan por dichas pantallas (11).

- Comparar las relaciones entre los módulos de intensidad con un valor de módulo de referencia X, y las diferencias angulares con un valor angular de referencia Z y, en función de estos resultados.

- Permitir o bloquear la maniobra de reenganche.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201431962.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PLATERO GAONA,CARLOS ANTONIO, GRANIZO ARRABE,RICARDO, REBOLLO LÓPEZ,Emilio, BLÁNQUEZ DELGADO,Francisco.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R31/08 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Localización de defectos en los cables, líneas de transmisión o redes.
  • H02H7/26 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 7/00 Circuitos de protección de seguridad especialmente adaptados para máquinas o aparatos eléctricos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas, y efectuando una conmutación automática en el caso de un cambio indeseable de las condiciones normales de trabajo (asociación estructural de órganos de protección con máquinas o aparatos específicos y su protección sin desconexión automática, ver la subclase correspondiente a tales máquinas o aparatos). › Protección seccional de sistemas de cables o líneas, p. ej. para desconectar una sección en la que un cortocircuito, un defecto de tierra, o una descarga de arco se ha producido (localización de defectos en los cables G01R 31/08).
Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo.

Fragmento de la descripción:

Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto presentar un método para permitir o bloquear el reenganche para faltas monofásicas a tierra en redes de distribución de energía eléctrica con neutro puesto a tierra de forma rígida o a través de impedancia limitadora, que cuentan con transiciones línea aérea - cable subterráneo y en las que se han puesto a tierra las pantallas de los cables subterráneos en sus dos extremos, donde dichas pantallas están conectadas de forma "cross-bonding, es decir, con transposición completa de las pantallas.

Más concretamente, este método discrimina si la falta monofásica a tierra se ha producido en la línea aérea, en cuyo caso se permite el reenganche, o en el cable subterráneo, en cuyo caso no se permite.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el caso de faltas en líneas aéreas es una práctica habitual realizar una operación que se conoce como reenganche. En esta operación se deja sin tensión la línea y en muchos casos desaparece el cortocircuito.

Sin embargo, la habilitación de las maniobras de reenganche una vez despejadas las faltas monofásicas correspondientes es uno de los principales problemas del estado de la técnica, pues si la falta se ha producido en la línea aérea y se permite dicho reenganche, la maniobra es correcta. En cambio, si la falta se ha producido en el tramo de cable subterráneo y se permite el reenganche, la maniobra es errónea y trae consigo daños severos en dicho cable subterráneo.

Esto se debe a que en las líneas aéreas el aislamiento es el aire, que es regenerable, por lo que una vez trascurrido un tiempo se puede volver a conectar la línea restableciendo el servicio eléctrico, minimizando así el efecto del cortocircuito en la red.

Sin embargo, en el caso de un cable aislado, la operación de reenganche no puede funcionar debido a que el aislamiento es plástico y en caso de defecto éste no tiene capacidad de regeneración.

Así, como normalmente las líneas aéreas de distribución de media tensión suelen comenzar con un primer tramo de cable enterrado que une las cabinas de media tensión con el primer apoyo de la línea, si se produce un fallo en dicho tramo y se permite el reenganche, este reenganche no tiene éxito. Sin embargo, si el defecto está en el tramo aéreo puede que sí lo tenga.

Actualmente, la detección de estas faltas monofásicas a tierra en redes de suministro de energía eléctrica con transiciones aéreas - subterráneas, se realiza de varias formas:

Una forma es la instalación de protecciones de distancia que son capaces de calcular la distancia desde el punto del defecto hasta el punto donde se encuentran instalados. Cuando la distancia calculada es inferior a la longitud del elemento protegido, dichos elementos de protección envían señales de alarma y/o disparo a los elementos de apertura en carga. Esta técnica se emplea habitualmente en la protección de líneas aéreas.

Otra forma comprende la instalación protecciones diferenciales de línea que comprueban permanentemente si las intensidades que entran por un extremo de una línea aérea o cable subterráneo, coinciden con las intensidades que salen por dicha línea o cable subterráneo. En caso de no ser así, dichos elementos de protección envían señales de alarma y/o disparo a los elementos de apertura en carga. Esta técnica se emplea habitualmente tanto en la protección de líneas aéreas de cualquier longitud como en la protección de cables subterráneos de longitudes inferiores a 20 km normalmente.

Otra forma consiste en instalar protecciones de sobreintensidad de neutro que miden permanentemente el módulo de la intensidad de defecto monofásico a tierra. Esta técnica se emplea habitualmente tanto en la protección de líneas aéreas de cualquier longitud como en la protección de cables subterráneos también de cualquier longitud.

Por último, otra forma conocida para la detección de faltas monofásicas a tierra es la instalación de protecciones de sobreintensidad con característica direccional, que miden permanentemente los módulos de la intensidad de defecto monofásico a tierra y de la

tensión homopolar existente en todo defecto monofásico a tierra, así como el ángulo existente entre ambas magnitudes. Las medidas de tensión e intensidad homopolares de defecto se obtienen a partir de:

Tensión homopolar: transformador de tensión con sus devanados secundarios conectados en triángulo abierto.

Intensidad homopolar: transformador de intensidad toroidal que abrace las tres fases o conexión Holmgreen.

En base a la posición relativa de la intensidad homopolar de defecto con la tensión homopolar, se obtiene una señal de alarma y/o disparo a los elementos de apertura en carga, donde el criterio de disparo utilizado empleando las medidas de tensión e intensidad homopolares descritas, es el siguiente:

Existencia de una tensión homopolar superior a un ajuste definido anteriormente.

Existencia de una intensidad homopolar de falta superior a un ajuste predefinido.

Existencia de un ángulo de desfase determinado entre la tensión homopolar medida y la intensidad homopolar medida.

Se necesita, por tanto, el cumplimiento de tres condiciones previas antes de efectuar la orden de disparo al elemento de corte en carga correspondiente a la línea aérea o cable subterráneo en situación de falta. Esta técnica se emplea habitualmente tanto en la protección de líneas aéreas de cualquier longitud como en la protección de cables subterráneos también de cualquier longitud.

Sin embargo, ninguna de estas formas de protección conocidas permite discriminar si la falta se ha producido a un lado o a otro de una transición línea aérea - cable subterráneo.

Por otro lado, son conocidas solicitudes de patentes en donde se describen posibles soluciones a este problema técnico, como por ejemplo:

- WO 98/20356, en donde se describe un método para detectar faltas a tierra comparando la componente de tensión homopolar en primera instancia con la

componente de tensión de secuencia directa de la red y, en segunda instancia, con la impedancia homopolar de la red. Finalmente, realiza una comparación entre la intensidad de defecto y la componente de secuencia directa de la tensión de red.

Esta patente, sin embargo, se limita a redes de distribución pero no contempla su aplicación a redes de transporte ni especifica su aplicación a líneas con partes aéreas y subterráneas. Por otro lado, el método en ella descrito cuenta con el inconveniente de necesitar varias medidas comparativas de tensión, lo que redunda en un sobrecoste de la instalación.

- ES0466782, en donde se describe un sistema que detecta faltas a tierra calculando

la impedancia de defecto en módulo y argumento, empleando un criterio direccional para discriminar la dirección del defecto.

Esta solicitud, sin embargo, presenta el inconveniente de que en ella se contempla la línea de forma íntegra, sin discriminar entre la zona aérea y subterránea.

EP1739441, donde se determina la localización del defecto monofásico a tierra en redes trifásicas calculando una impedancia de fase hasta el punto del defecto junto con la impedancia de retorno por tierra.

Este método presenta como inconveniente la necesidad de evaluar la impedancia de retorno por tierra cuyo valor no es siempre constante debido a las diferentes condiciones climáticas que se tienen a lo largo de sus ciclos de funcionamiento. El nuevo método propuesto queda libre de los posibles errores que se puedan cometer en el cálculo de la impedancia de retorno por tierra de la intensidad de defecto.

Por último, en la patente ES2403783, de este mismo solicitante, se describe un método para determinar la ubicación del defecto monofásico a tierra en redes que cuentan con transiciones aéreas-subterráneas en dónde las pantallas de los cables se han conectado a tierra en solo uno de sus extremos.

El inconveniente que presenta este método que contempla la conexión a tierra de las pantallas de los cables en un solo extremo, es la aparición de elevados niveles de tensión en los extremos de las pantallas de los cables que no se han conectado a

tierra, debiendo protegerse dichas terminaciones de forma adecuada para evitar descargas sobre otros elementos de la instalación y, sobre todo, descargas sobre el personal de operación y mantenimiento.

Más concretamente, en la disposición de las pantallas descrita en este documento, al estar un extremo de la pantalla...

 


Reivindicaciones:

1Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo, donde las pantallas (11) de los cables (12) se conectan en forma traspuesta y a tierra en ambos extremos del mismo, caracterizado por que a partir del disparo (8) efectuado por una protección comprende las etapas de:

- calcular los módulos de las tres intensidades que circulan por las tres pantallas (11),

obteniéndose las intensidades de secuencia directa (/j), inversa (I2) y homopolar (70)

- evaluar las relaciones entre los módulos de las intensidades de secuencia directa e inversa

con la homopolar

A

A

,

y

h

h

- comparar la relación entre los ángulos de fase cpA, cpB y cpc de cada una de las intensidades del paso anterior como la diferencia angular entre las intensidades que circulan por las pantallas, de la forma:

<Pa -Ve <Pa ~<Pc (Pe ~<Pc

en donde cpA es el ángulo de la intensidad que circula por la pantalla del cable de la fase A, cpB es el ángulo de la intensidad que circula por la pantalla del cable de la fase B, y cpc es el ángulo de la intensidad que circula por la pantalla del cable de la fase C;

- evaluar si se dan:

- una primera condición consistente en que las relaciones entre las intensidades de secuencia directa y homopolar y entre las intensidades de secuencia inversa y homopolar son menores que un valor de módulo de referencia X, y

- una segunda condición en que las diferencias angulares entre las intensidades que circulan por las pantallas (11) de los cables es menor que un valor angular de referencia Z;

en cuyo caso se determina que el defecto está en el tramo aéreo, por lo que se permite el reenganche;

o bien:

- una tercera condición consistente en que las relaciones entre las intensidades de secuencia directa y homopolar y entre las intensidades de secuencia inversa y homopolar no son menores que el valor de módulo de referencia X, y

- una cuarta condición en que las diferencias angulares entre las intensidades que circulan por las pantallas (11) de los cables no son menores que un valor angular de referencia Z;

en cuyo caso se determina que el defecto está en el tramo subterráneo y se bloquea el reenganche;

2.- Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo según reivindicación primera, caracterizado por que

Para determinar si se cumple o no la primera condición se utiliza una puerta lógica tipo "Y de dos entradas.

Para determinar si se cumple o no la segunda condición se utiliza una puerta lógica tipo "Y de tres entradas.

3.- Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cuando se cumplen la primera y segunda condiciones, la indicación de habilitación de la maniobra de reenganche re realiza por medio de una tercera puerta lógica tipo "Y que tiene como entradas dichas primera y segunda condiciones.

4.- Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo según cualquiera de las

reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que cuando se cumplen la tercera y cuarta condiciones, la indicación de bloqueo de la maniobra de reenganche re realiza por medio de una cuarta puerta lógica tipo "O que tiene como entradas la tercera y cuarta condiciones.

5.- Método de determinación del lugar en el que se produce una falta monofásica a tierra

en circuitos con transiciones líneas aéreas - cable subterráneo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las intensidades que circulan por las pantallas (11) son medidas a través transformadores de intensidad que abrazan cada una de las pantallas (11) de cada cable en el extremo del cable opuesto a dónde se tiene la 10 transición aérea-subterránea.


 

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