Método y sistema direccional de detección de defectos a tierra en redes de corriente continua de cables aislados.

Método y sistema direccional de detección de defectos a tierra en sistemas de corriente continua de cables aislados.

Método y sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3) que comprende al menos una pantalla (4) de puesta a tierra (8) en un cable (3), un equipo de medida (5) de corriente que circula por la pantalla (4) y que obtiene una señal de medida de intensidad (13), un dispositivo analizador (12) de la señal de medida (13) y una señal de ajuste de la intensidad (14) que circula por la pantalla (4), que a su vez comprende:

- medios para obtener un valor de polaridad de intensidad (16) y un valor de intensidad de la señal de medida (13),

- un divisor (15) que compara la intensidad de la señal de medida de intensidad (13) con la señal de ajuste (14),

- un comparador (18) que compara la polaridad de intensidad (16) con un signo de polaridad definido previamente,

- medios para generar una señal de disparo (11), que indica un defecto (19) en el cable (3), a partir de las señales de salida del divisor (15) y del comparador (18).

Método Y Sistema Direccional de Detección de Defectos a Tierra en Redes de Corriente Continua de Cables Aislados

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto presentar un método y sistema direccional de detección selectiva de faltas a tierra en redes de energía eléctrica de corriente continua con cables aislados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los defectos a tierra representan más del 90% de total de faltas que se producen en redes de energía eléctrica, por lo que resulta imprescindible su detección y localización precisa.

En los sistemas eléctricos de suministro de energía eléctrica compuestos por cables aislados en corriente continua, cuando ocurre un defecto a tierra por deterioro del aislamiento del cable, la intensidad de dicho defecto puede presentar valores muy elevados, haciéndose imprescindible su inmediata detección y eliminación, ya que todos los elementos que conforman la red de suministro de corriente continua se ven sometidos a altas solicitaciones térmicas, pudiéndose originar daños severos e irreversibles.

En los sistemas eléctricos de suministro de energía eléctrica de corriente continua, al producirse un defecto a tierra en un cable y ponerse en contacto su parte activa con su pantalla, circula intensidad tanto por la pantalla del correspondiente cable como por las pantallas del resto de cables sin defecto. Una vez transcurridos los instantes iniciales del fenómeno transitorio del defecto, por las pantallas de los otros cables sin defecto que forman dicho sistema eléctrico, no circula intensidad alguna ya que no existe flujo mutuo entre las partes activas de los cables y sus correspondientes pantallas, atenuándose por completo su valor. En estas condiciones y en los cables sin defecto, los condensadores formados por las capacidades entre las partes activas y las pantallas, así como los condensadores formados entre las pantallas y tierra, se encuentran cargados. Esta situación hace que solo pueda circular intensidad de defecto por la pantalla del cable que tiene un defecto a tierra.

Si sólo se emplean protecciones voltimétricas que midan las tensiones en distintos puntos de las redes de distribución, los defectos a tierra no pueden localizarse. Por tanto, se hace preciso medir otras magnitudes.

Una forma de detectar, de forma no selectiva, el cable con defecto consiste en inyectar en el sistema una señal de tensión de pequeña amplitud y de una determinada frecuencia. Se calcula, por tanto, de forma permanente, la resistencia de aislamiento del sistema. Para conocer qué cable presenta el defecto, hay que ir retirando del servicio uno a uno hasta que dicha resistencia de aislamiento ascienda a valores normales que indiquen un buen aislamiento. Normalmente, cuando se alcanza un nivel de aislamiento correspondiente a una situación de defecto, el sistema de protección proporciona primeramente una señal de alarma y, en caso de mayor descenso del aislamiento, una segunda señal ya de disparo. Esta técnica se ha venido utilizando normalmente en redes de distribución eléctrica de Baja Tensión.

Algunas posibles soluciones relacionadas con el problema técnico planteado se describen en:

- WO2011157305 ("FAULT PROTECTION OF HVDC TRANSMISION LINES"). Esta solución detecta y despeja defectos en cables de corriente continua leyendo los valores de tensión e intensidad que aparecen en bobinas dispuestas en serie con el propio cable de continua y el interruptor correspondiente.

- CN102522733 ("HVDC power-transmission whole-line speed protection method by using direct-current filter current"). Esta solución discrimina si los defectos se producen en el cable ó línea protegida ó en otras partes de la red a partir de un análisis de las componentes de frecuencia de la intensidad que circula por el cable ó línea, pero no analiza las corrientes que circulan por las pantallas de los cables protegidos.

El problema técnico objetivo que se presenta es pues proporcionar mecanismos para la detección de defectos a tierra y que permitan la localización precisa del cable con defecto en redes de energía eléctrica de corriente continua con cables aislados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, resolviendo los inconvenientes que presentan las soluciones comentadas en el estado de la técnica, mediante la medida de las intensidades de corriente que circulan por las pantallas dispuestas en los extremos de los cables aislados que conforman la red de distribución de corriente continua, para compararlas con un umbral previamente definido y analizando su polaridad para permitir o no el disparo.

La presente invención permite detectar de forma selectiva en sistemas de suministro de energía eléctrica de corriente continua, el cable ó cables aislados que se encuentran en situación de defecto a tierra, ofreciendo una perfecta detección del cable aislado con defecto, además de garantizar la indicación del cable con defecto proporcionando una selectividad total para evitar así disparos no deseados ó erróneos.

El principio de funcionamiento de la presente invención se basa en la medida y en el análisis de las intensidades de corriente que circulan por las pantallas de los cables en servicio conectados a las mismas barras de alimentación. La(s) pantalla(s) por la(s) que esté(n) circulando intensidades con misma polaridad que la tensión de alimentación de dichos cables durante tiempos superiores a unos umbrales establecidos previamente se corresponde(n) a los cables con defecto. En cambio, las pantallas de los cables por las que circulen intensidades con distinta polaridad siempre o con polaridad alternante respecto a la polaridad de la tensión de alimentación de dichos cables, durante tiempos superiores a unos umbrales establecidos previamente, se corresponden a los cables sin defecto.

La presente invención realiza así una discriminación entre las intensidades que circulan por las pantallas en las maniobras de conexión de los cables y las intensidades que circulan por las pantallas cuando se ha producido un defecto.

En el caso de maniobras de conexión, las intensidades que circulan por las pantallas de los cables presentan las siguientes características:

1.- Toman valores positivos y negativos hasta su atenuación completa.

2.- Aparecen, por tanto, oscilaciones de signo en su derivada con respecto al

tiempo hasta su atenuación completa.

En el caso de defecto en el cable, las intensidades medidas presentan las siguientes características:

1Los valores de la intensidad son siempre positivos o negativos, no cambian de signo.

2.- Pueden aparecer oscilaciones en el signo de su derivada con respecto al

tiempo.

3.- Los valores de la intensidad tienen la misma polaridad que la tensión de

alimentación del cable.

Un aspecto de la invención se refiere a un método para detectar faltas o defectos a tierra en sistemas de corriente continua de cables aislados, donde la puesta a tierra de los cables aislados se realiza mediante pantallas dispuestas en ambos extremos del cable a proteger de tales defectos, que comprende las siguientes etapas:

- lectura/medida de las intensidades que circulan por las pantallas para obtener una señal de medida de la intensidad que circula por la pantalla del cable protegido, identificando en la señal de medida de intensidad un valor de intensidad y un valor de polaridad de intensidad;

- comparar el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad con un umbral de referencia previamente determinado y comparar el valor de polaridad de intensidad leída con un signo de polaridad definido para la detección de defectos;

- indicar que hay defecto en el cable en base a la comparación anterior

En una posible realización, si las intensidades leídas en las pantallas son superiores al umbral de referencia, el método pasa a evaluar las polaridades de dichas intensidades respecto a la polaridad del cable protegido para obtener una señal de indicación de fallo o defecto. En caso de que las polaridades de las intensidades que circulan por las pantallas sean iguales y coincidan con la polaridad del cable protegido, se indica que el cable tiene un defecto a tierra. Y sí las polaridades de las intensidades que circulan por las pantallas del cable protegido son distintas, dicho cable no tiene defecto a tierra.

Otro aspecto de la invención se refiere a un sistema para detectar faltas o defectos a tierra en redes eléctricas de corriente continua de cables aislados, donde la puesta a tierra de los cables aislados se realiza mediante pantallas dispuestas en ambos extremos del cable, que comprende los siguientes...

1. Método de detección de defectos a tierra en redes de cables corriente continua (3) que usa al menos una pantalla (4) de puesta a tierra (8) dispuesta en al menos un extremo de un cable (3) a proteger de los defectos a tierra, caracterizado por que la detección del defecto a tierra comprende:

- obtener una señal de medida de intensidad (13) que circula por la pantalla (4) del cable (3), donde la señal de medida de intensidad (13) tiene un valor de intensidad y un valor de polaridad de intensidad (16);

- comparar el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) con un umbral previamente determinado y el valor de polaridad de intensidad (16) con un signo de polaridad definido para la detección de defectos;

- indicar que hay defecto (19) en el cable (3) en base a la comparación anterior.

2. Método de detección de defectos a tierra en redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se indica que hay defecto (19) en el cable (3) si el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) supera el umbral previamente determinado durante un intervalo de tiempo que se fija previamente.

3. Método de detección de defectos a tierra en redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comparar el valor de polaridad de intensidad (16) con el signo de polaridad definido para la detección de defectos comprende comparar, con un comparador (18), el valor de polaridad de intensidad (16) y una polaridad de tensión (17) de alimentación del cable (3).

4. Método de detección de defectos a tierra en redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se indica que hay defecto (19) en el cable (3) si la señal de medida de intensidad (13) no presenta cambios de signo durante un intervalo de tiempo fijado previamente, el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) supera durante el período de tiempo fijado el umbral previamente determinado, y el valor de polaridad de intensidad (16) tiene el signo de polaridad definido para la detección de defectos.

5. Método de detección de defectos a tierra en redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se indica que hay

defecto (19) en el cable (3) si la señal de medida de intensidad (13) tiene una derivada con respecto al tiempo que presenta cambios de signo durante un intervalo de tiempo fijado previamente, el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) supera durante el intervalo de tiempo fijado el umbral previamente determinado, y el valor de polaridad de intensidad (16) tiene el signo de polaridad definido para la detección de defectos.

6.- Sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3) que comprende al menos una pantalla (4) de puesta a tierra (8) dispuesta en al menos un extremo de un cable (3) a proteger de los defectos a tierra, caracterizado por que comprende:

- al menos un equipo de medida (5) de intensidad de corriente continua que circula por la pantalla (4) del cable (3) protegido y que obtiene una señal de medida de intensidad (13),

- un dispositivo analizador (12) encargado de analizar la señal de medida de intensidad (13) y una señal de ajuste de la intensidad (14) que circula por la pantalla (4) del cable (3), y que comprende:

medios para obtener un valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13),

un divisor (15) encargado de comparar el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) con un valor determinado de la señal de ajuste de la intensidad (14) y en base a la comparación obtener una primera señal de salida,

medios para obtener un valor de polaridad de intensidad (16) de la señal de medida de intensidad (13),

un comparador (18) encargado de comparar el valor de polaridad de intensidad (16) con un signo de polaridad definido para la detección de defectos y en base a la comparación obtener una segunda señal de salida,

medios para generar en una salida del dispositivo analizador (12) una señal de disparo (11), que indica un defecto (19) en el cable (3), a partir de la primera señal de salida del divisor (15) y la segunda señal de salida del comparador (18).

7.- Sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que además comprende un temporizador (20) con el que se fija un intervalo de tiempo y a la salida del dispositivo analizador (12) la señal de disparo (11) indica un defecto (19) si el valor de intensidad de la señal de medida de intensidad (13) supera el valor determinado de la señal de ajuste de la intensidad (14) durante el intervalo de tiempo fijado.

8.- Sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado por que además comprende un calculador de tiempos de disparo (21) conectado al divisor (15) y al comparador (18), que calcula un tiempo de disparo para generar la señal de disparo (11) en

base a la primera señal de salida del divisor (15) y la segunda señal de salida del comparador (18).

9.- Sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8, caracterizado por que además

comprende medios para obtener una polaridad de tensión (17) de alimentación del cable (3) y el comparador (18) compara el valor de polaridad de intensidad (16) con la polaridad de tensión (17) para obtener la señal de disparo (11).

10.- Sistema de detección de defectos a tierra para redes de cables corriente continua (3), 15 de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-9, caracterizado por que además

comprende un calculador de pendiente (25) la señal de medida de intensidad (13) que calcula si la señal de medida de intensidad (13) tiene una derivada con respecto al tiempo que presenta cambios de signo durante un intervalo de tiempo fijado previamente, y la señal de disparo (11) generada indica que hay defecto (19) en el cable (3) si el valor de intensidad 20 de la señal de medida de intensidad (13) supera durante el intervalo de tiempo fijado el valor determinado de la señal de ajuste de la intensidad (14), y el valor de polaridad de intensidad (16) tiene el signo de polaridad definido para la detección de defectos.