Sistema y método de protección ante faltas entre espiras en máquinas síncronas.

Sistema y método de protección ante faltas entre espiras en máquinas síncronas.

Método y sistema de protección ante faltas entre espiras en máquinas síncronas basado en la medida de las tensiones fase tierra y de neutro del generador, sin necesidad de instalación de elementos de medida adicionales.

Para ello se calculan las tensiones de cada uno de los arrollamientos de la máquina mediante la resta de las tensiones de fase y de neutro. Posteriormente se suman las tres tensiones de los arrollamientos, comparando el resultado con un umbral determinado.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pretende desarrollar una nueva protección para faltas entre espiras en el estátor de máquinas síncronas.

Una clara aplicación son los sistemas de generación de energía eléctrica, en los que se utilizan generadores síncronos. Con el sistema objeto de la presente invención se pretende detectar el defecto entre espiras sin necesidad de disponer de medidas adicionales a las que ya se utilizan en los relés multifunción.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Toda instalación eléctrica debe estar dotada de sistemas de protección que la hagan segura ante posibles cortocircuitos y otros defectos que puedan causar daños tanto a las propias instalaciones como a las personas.

En el caso de grupos de generación, dichas protecciones deben, además, garantizar el suministro de energía a la red del modo más fiable posible, tratando de discriminar los niveles de gravedad de las faltas que se produzcan.

Uno de los posibles defectos que se pueden presentar en las máquinas fabricadas con bobinas, es la falta entre espiras.

Existen métodos de protección que se basan en la medida de la suma de las

tensiones de los tres arrollamientos del generador. Para ello es necesaria la utilización de tres transformadores de tensión adicionales a los que normalmente se instalan entre las fases del generador y tierra, y de un conductor con aislamiento suficiente para soportar la tensión de fase del generador, que conectará el neutro del generador con el neutro de los transformadores de tensión. Estos transformadores tienen sus devanados de alta tensión conectados entre los terminales de la máquina y el neutro de la misma.

Además de la Instalación de los tres transformadores de tensión adicionales, esta técnica necesita una entrada para la medida de la suma de las tensiones de los arrollamientos de la máquina en el relé de protección.

Además conviene tener en cuenta una serie de patentes relacionadas con la

invención:

PCT/US2010/021948 titulada "Sistema de identificación robusto de faltas entre espiras de un estator en línea" propiedad de GENERAL ELECTRIC COMPANY. En esta patente se reivindica un sistema para identificar defectos entre espiras en máquinas de inducción.

P200101157 titulada "Sistema de localización y evaluación de fallos de aislamiento en espiras de transformadores con al menos uno de sus devanados conectados en triángulo" propiedad de la Universidad de Oviedo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere al diseño de un método y sistema de protección que detecta defectos entre espiras sin necesidad de instalación de transformadores de tensión para la medida de la tensión de los arrollamientos de la máquina.

Esta nueva protección es capaz de detectar defectos entre espiras únicamente

con las medidas de tensión que disponen normalmente los relés de protección, es decir, con las tensiones fase tierra (2) (3) (4) y la tensión en el neutro de la máquina (5).

Para ello el sistema debe calcular las tensiones en los tres arrollamientos del generador (6) (7) (8) a partir de las tensiones fase tierra (2) (3) (4) y en el neutro de la máquina (5). Para ello se deben restar las tensiones (2) menos la (5), la (3) menos la (5) y la (4) menos la (5) respectivamente, obteniendo las tensiones (6), (7) y (8).

Una vez calculadas estas tensiones (6) (7) (8) el sistema realizaría la suma de las tres tensiones calculadas, obteniendo la tensión (9). Y por último compararía esta suma de tensiones (9) con un ajuste preestablecido (10); si la suma de tensiones (9) supera dicho ajuste (10) la protección se activará detectando el defecto entre espiras y produciendo la señal de disparo (11).

BREVE DESCRIPICIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se describen de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no 20 limitativo de ésta.

La figura 1 representa el esquema general del sistema de detección de defectos entre espiras. Está compuesto por los siguientes elementos:

1. Sistema de detección de defectos entre espiras.

2. Tensión entre la fase a del generador y tierra.

3. Tensión entre la fase b del generador y tierra.

4. Tensión entre la fase c del generador y tierra.

5. Tensión entre el neutro del generador y tierra.

6. Tensión del arrollamiento del generador de la fase a.

7. Tensión del arrollamiento del generador de la fase b.

8. Tensión del arrollamiento del generador de la fase c.

9. Tensión resultante de realizar la suma de las tres tensiones de los arrollamientos del generador.

10. Ajuste de la protección.

11. Señal de salida de la etapa comparadora.

La figura 2 representa una variante del esquema general del sistema de detección de defectos entre espiras, donde

12. Tensión resultante de realizar la suma de las tres tensiones de los de fase del generador.

13. La tensión en el neutro de la máquina se multiplica por tres.

La figura 3 representa el esquema general del sistema de detección de defectos entre espiras donde el disparo se realiza con una temporización. Para ello se incluye un elemento temporizador, donde:

14. Señal del salida tras el elemento temporizador.

La figura 4 representa una variante del esquema general del sistema de detección de defectos entre espiras con disparo temporizado.

1. Sistema de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres arrollamientos de la máquina, caracterizado porque comprende los siguientes subsistemas:

- Subsistema de medida de las tensiones en entre cada una de las fases de la máquina y tierra.

- Subsistema de medida de la tensión entre el neutro de la máquina y tierra.

- Medios de cálculo de las tensiones de los devanados de la máquina.

- Medios de cálculo la suma de las tres tensiones de los devanados de la máquina.

- Medios de comparación de esta suma con un umbral previamente ajustado para determinar si hay defecto en caso de que la suma sea mayor que el umbral.

2. Sistema de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres arrollamientos de la máquina basado en la reivindicación 1, caracterizado porque la suma de las tres tensiones de los arrollamientos de la máquina se realiza mediante la suma de las tres tensiones fase tierra menos tres veces la tensión neutro tierra.

3. Sistema de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres arrollamientos de la máquina basado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el disparo es temporizado.

4. Método de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres

arrollamientos de la máquina, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- Etapa de medida de las tensiones en entre cada una de las fases de la máquina y tierra.

- Etapa de medida de la tensión entre el neutro de la máquina y tierra.

- Etapa de cálculo de las tensiones de los devanados de la máquina.

- Etapa de cálculo de la suma de las tres tensiones de los devanados de la máquina.

- Etapa de comparación de esta suma con un umbral previamente ajustado para determinar si hay defecto en caso de que la suma sea mayor que el umbral.

5. Método de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres arrollamientos de la máquina basado en el reivindicación 4, caracterizado porque la suma de las tres tensiones de los arrollamientos de la máquina se realiza mediante la suma de las tres tensiones fase tierra menos tres veces la tensión neutro tierra.

6. Método de protección ante faltas entre espiras en una máquina síncrona basado en la comparación de la suma de las tensiones de los tres arrollamientos de la máquina basado en las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque el disparo es temporizado.