Método y disposición para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en puente en H.

Un método para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en una fase o más fases,

respectivamente, a un sistema de energía, en el que el banco de condensadores comprende una pluralidad de unidades de condensador, comprendiendo cada una de las unidades de condensador una pluralidad de elementos de condensador conectados en paralelo y/o en serie, y en el que las unidades de condensador están divididas en dos cadenas y un transformador de corriente está dispuesto en los puntos medios de las dos cadenas de modo que las unidades de condensador están divididas adicionalmente en cuatro cuadrantes y el fallo o los fallos internos pueden ocurrir en uno o más elementos o unidades de condensador e implica uno o más cuadrantes de condensadores, cuyo método comprende

- medir la corriente de fase de cada fase individual del banco de condensadores (100),

- calcular continuamente el valor medio cuadrático, denotado por valor eficaz, de la corriente de fase medida (110),

- medir la corriente de desequilibrio (120),

- calcular continuamente el valor eficaz de la corriente de desequilibrio medida (130) y

- detectar el ángulo de fase entre la corriente de fase medida y su corriente de desequilibrio medida correspondiente (140),

caracterizado por que el método comprende además

- calcular continuamente un valor por unidad de la corriente de desequilibrio en base al valor eficaz calculado de la corriente de fase medida y al valor eficaz calculado de la corriente de desequilibrio medida (145),

- rastrear y detectar un cambio en la corriente de desequilibrio calculada entre el presente valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio y el previo valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio (160)

- determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio (170),

- determinar el número de fallos internos en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la corriente de desequilibrio y al ángulo de fase detectado (200).

Método y disposición para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en puente en H.

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la detección de un fallo interno en un banco de condensadores conectado en una fase o más fases, respectivamente, a un sistema de energía. Se refiere en particular a la detección de un fallo interno en un banco de condensadores en puente en H, en donde el banco de condensadores comprende una pluralidad de unidades de condensador y cada una de las unidades de condensador comprende una pluralidad de elementos de condensador conectados en paralelo y/o en serie, y en donde las unidades de condensador están divididas, además, en dos cadenas. Los puntos medios de las dos cadenas están ligados uno a otro a través de un transformador de corriente. Por tanto, las unidades de condensador están divididas adicionalmente en cuatro cuadrantes y el fallo interno puede estar en uno o más elementos o unidades de condensador e implica uno o más cuadrantes de condensadores en el banco de condensadores.

Técnica anterior Se instalan bancos de condensadores para mejorar la calidad de un suministro eléctrico proporcionando compensación de potencia reactiva y corrección de factor de potencia en un sistema de energía. El uso de bancos de condensadores ha aumentado debido a que son relativamente baratos, resultan fáciles y rápidos de instalar y pueden ser desplegados casi en cualquier sitio de una red interconectada del sistema de energía. Las instalaciones de bancos de condensadores tienen otros efectos beneficiosos sobre el sistema, tal como una mejora del perfil de voltaje, una mejor regulación del voltaje, una reducción de las pérdidas, un aumento de la capacidad de transmisión de energía y una reducción o posposición de inversiones en la capacidad de transmisión y generación.

Un banco de condensadores está constituido por una pluralidad de unidades de condensador individuales. Cada unidad de condensador individual es un bloque de construcción básico del banco de condensadores e incluye una pluralidad de elementos de condensador individuales, dispuestos en grupos conectados en paralelo/serie, dentro de un recinto metálico. Las unidades pueden estar externa o internamente protegidas con fusibles, carecer de fusibles o no llevar protección de fusibles dependiendo de la aplicación del banco. Los elementos pueden conectarse a fusibles y un grupo de elementos es puesto normalmente en derivación por una resistencia de descarga interna a fin de reducir el voltaje residual de las unidades después de que dichos elementos se desconecten del sistema de energía. Cada uno de los elementos de condensador se construye enrollando dos electrodos de lámina de aluminio separados por varias capas de papel o aislados con película de plástico o un dieléctrico mixto de papel y película de plástico.

Los bancos de condensadores se construyen normalmente, además, utilizando unidades de condensador individuales conectadas en serie y/o en paralelo para obtener un voltaje nominal requerido.

Sin embargo, puede producirse un fallo interno en términos de fusibles operados, elementos fallidos y/o unidades fallidas en uno o más cuadrantes debido a, por ejemplo, la selección inapropiada del voltaje nominal diseñado que puede dar como resultado un esfuerzo continuo de alto voltaje para el banco de condensadores seleccionada y finalmente puede conducir a un fallo dieléctrico de elementos de condensador. Otras causas de fallo interno pueden ser sobreintensidad, sobrevoltaje, cortocircuito, fallo térmico y esfuerzo interno. Esto puede incluir también malfuncionamiento de los fusibles debido a mala coordinación de los mismos.

Los esquemas existentes de protección contra desequilibrio están típicamente disponibles para detectar un fallo interno de esta clase. Por ejemplo, la protección contra el desequilibrio puede utilizarse en una diversidad de conexiones de bancos de condensadores: estrella puesta a tierra, estrella no puesta a tierra, triángulo y monofase. La protección existente contra fallos internos de un puente en H se basa en una medición de corriente, típicamente usando un transformador de corriente, en el eslabón fusible que conecta dos cadenas de condensadores una a otra en los puntos medios de las dos cadenas. Cualquier cambio en la capacitancia de cualquier condensador producirá un cambio en la corriente de la H, llamada también corriente de desequilibrio.

Sin embargo, las protecciones existentes contra desequilibrio basadas en el esquema del puente en H son propensas a detectar incorrectamente el número de fallos internos debido a que se puede cancelar una señal de desequilibrio por fallo interno al tener una combinación de fallos internos en dos o más cuadrantes adyacentes cualesquiera. En consecuencia, esto da como resultado una ambigüedad en términos de detección del número de fallos internos. Además, tal ambigüedad así causada puede dar como resultado fallos sin detectar en el banco de condensadores, lo que puede conducir a un riesgo de fuego o explosión acompañado de un daño severo de toda el banco de condensadores antes de tomar una acción preventiva temprana.

Además, dado que un banco de condensadores comprende un pluralidad de unidades que incluyen cada una de ellas una pluralidad de elementos, el dejar de identificar la localización de un fallo interno da como resultado un costoso mantenimiento debido a que se tiene que parar todo el banco de condensadores y hay que realizar una

búsqueda exclusiva. Como consideración más importante, esto podría afectar a la disponibilidad del banco de condensadores.

El documento US4956739 describe un sistema de protección para un banco de condensadores que tiene una disposición de puente en doble H, en donde se miden las corrientes de desequilibrio utilizando dos transformadores de corriente, y en donde se localizan fallos mediante cálculos del ángulo de fase. Sin embargo, no se ha contrapuesto ninguna medida para lograr un efecto de cancelación, lo que es una consecuencia de la combinación experimentada de fallos internos en dos cuadrantes adyacentes cualesquiera en bancos de condensadores en puente en H. Por tanto, el sistema no podría determinar el número exacto de fallos internos en el banco, lo que afecta a la fiabilidad y sensibilidad del sistema. Además, es aplicable solamente siempre que haya dos transformadores de corriente que dividan cada fase en 6 baterías iguales de unidades de condensador con bancos conectados en doble H, no los bancos típicos conectados en H con un transformador de corriente.

El documento US4219856 (DANFORS ET AL) (D2) muestra un dispositivo protector para un banco capacitivo que cuenta sobreintensidades de corriente (véase la reivindicación 1) y que cuenta el número de fallos internos basándose en el número de estas sobreintensidades, y que incluye unos medios sensores de polaridad para distinguir entre sobreintensidades que emanan de una o la otra de las ramas de condensadores (reivindicación 6) . Además, el documento D2 revela (columna 2, líneas 25-30) el uso del relé de protección contra corriente de desequilibrio estacionaria revelado en el documento US3143687 (HJERTBERG ET AL) (D3) . Sería también útil que estos dispositivos proporcionaran una detección más fiable, especialmente en vista de la detección de combinaciones de fallos internos con las posibilidades de efectos de cancelación.

Por tanto, se desea un esquema de detección y protección de fallos internos más sensible y exacto para una disposición de puente en H.

Objetos y sumario de la invención El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método mejorado para detectar un fallo interno en un banco de condensadores basándose en un cálculo del cambio en escalón de la corriente de desequilibrio de un puente en H, en donde el fallo interno puede producirse en uno o más elementos/unidades de condensador y/o implica uno o más cuadrantes de condensadores en el banco de condensadores.

El objeto se consigue mediante un método de detección de corriente de desequilibrio según se define en el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizado por que el método comprende, además, calcular continuamente un valor por unidad de la corriente de desequilibrio en base al valor eficaz calculado de la corriente de fase medida y al valor eficaz calculado de la corriente de desequilibrio medida, rastrear y detectar un cambio en la corriente de desequilibrio calculada entre el presente valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio y el previo valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio, determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio, determinar... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en una fase o más fases, respectivamente, a un sistema de energía, en el que el banco de condensadores comprende una pluralidad de unidades de condensador, comprendiendo cada una de las unidades de condensador una pluralidad de elementos de condensador conectados en paralelo y/o en serie, y en el que las unidades de condensador están divididas en dos cadenas y un transformador de corriente está dispuesto en los puntos medios de las dos cadenas de modo que las unidades de condensador están divididas adicionalmente en cuatro cuadrantes y el fallo o los fallos internos pueden ocurrir en uno o más elementos o unidades de condensador e implica uno o más cuadrantes de condensadores, cuyo método comprende -medir la corriente de fase de cada fase individual del banco de condensadores (100) , -calcular continuamente el valor medio cuadrático, denotado por valor eficaz, de la corriente de fase medida (110) , -medir la corriente de desequilibrio (120) , -calcular continuamente el valor eficaz de la corriente de desequilibrio medida (130) y -detectar el ángulo de fase entre la corriente de fase medida y su corriente de desequilibrio medida correspondiente (140) , caracterizado por que el método comprende además -calcular continuamente un valor por unidad de la corriente de desequilibrio en base al valor eficaz calculado de la corriente de fase medida y al valor eficaz calculado de la corriente de desequilibrio medida (145) , -rastrear y detectar un cambio en la corriente de desequilibrio calculada entre el presente valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio y el previo valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio (160) -determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio (170) , -determinar el número de fallos internos en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la corriente de desequilibrio y al ángulo de fase detectado (200) .

2. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende, además, rastrear el cambio de la corriente de desequilibrio y comparar continuamente el cambio con un valor umbral predefinido para determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio.

3. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende, además, localizar los defectos internos para dos posibles cuadrantes diagonalmente dispuestos en base al ángulo de fase detectado.

4. Método según la reivindicación 3, en el que el método comprende, además, normalizar el ángulo de fase detectado y determinar el número de fallos internos y sus localizaciones correspondientes en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la corriente de desequilibrio y al ángulo de fase normalizado.

5. Método según la reivindicación 3, en el que se inicia una señal de alarma cuando el número de fallos internos en cualquier grupo de dos cuadrantes diagonalmente dispuestos excede de un primer umbral.

6. Método según la reivindicación 3, en el que se inicia una señal de disparo cuando el número de fallos internos en cualquier grupo de dos cuadrantes diagonalmente dispuestos excede de un segundo umbral.

7. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende, además, iniciar una alarma y/o una señal de disparo cuando el número total determinado de fallos internos de los elementos excede de un primero o un segundo valor umbral (210) .

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que los valores umbral primero y segundo corresponden a un límite inferior y un límite superior de un voltaje excesivo admisible sobre las restantes partes sanas del banco de condensadores.

9. Una disposición (1) para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en una fase o más fases (A, B, C) , respectivamente, a un sistema de energía, en la que el banco de condensadores comprende una pluralidad de unidades de condensador y cada una de las unidades de condensador comprende una pluralidad de elementos de condensador, y en la que las unidades de condensador están divididas adicionalmente en dos cadenas y cada una está dividida adicionalmente en dos grupos en un punto medio de modo que las unidades de condensador están divididas en cuatro cuadrantes (Q1a, Q2a, Q3a y Q4a; Q1b, Q2b, Q3b y Q4b; Q1c, Q2c, Q3c y Q4c) y el fallo o fallos internos pueden producirse en uno o más elementos o unidades de condensador e implican uno o más cuadrantes de condensadores, comprendiendo la disposición (1)

- un primer transformador de corriente (CT1A, CT1B, CT1C) concebido para medir la corriente de fase de cada fase individual, 8

- un segundo transformador de corriente (CT2A, CT2B, CT2C) dispuesto en los puntos medios de las dos cadenas para medir una corriente de desequilibrio de cada fase individual, -una unidad computadora (4) configurada para -calcular continuamente el valor eficaz de la corriente de fase medida.

5. calcular continuamente el valor eficaz de la corriente de desequilibrio medida, -calcular continuamente el valor por unidad de la corriente de desequilibrio en base al valor eficaz calculado de la corriente de fase medida y al valor eficaz calculado de la corriente de desequilibrio medida, y -una unidad protectora (6) configurada para -detectar el ángulo de fase entre la corriente de fase medida y su correspondiente corriente de desequilibrio 10 medida y -rastrear y detectar un cambio en la corriente de desequilibrio calculada entre el presente valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio y el previo valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio, caracterizada por que la unidad protectora (6) está configurada, además, para -determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio.

15. determinar el número de fallos internos en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la corriente de desequilibrio y al ángulo de fase detectado.

10. Disposición según la reivindicación 9, en la que la unidad protectora (6) esta configurada, además, para rastrear el cambio de la corriente de desequilibrio y comparar continuamente el cambio con un valor umbral predefinido para determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio.

11. Disposición según la reivindicación 9, en la que la unidad protectora (6) está configurada, además, para localizar los defectos internos en dos posibles cuadrantes diagonalmente opuestos en base al ángulo de fase detectado.

12. Disposición según la reivindicación 11, en la que la unidad protectora (6) está configurada, además, para normalizar el ángulo de fase detectado y determinar el número de fallos internos y sus correspondientes localizaciones en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la corriente de desequilibrio y el ángulo de fase normalizado.

13. Disposición según la reivindicación 9, en la que la unidad protectora (6) está configurada, además, para iniciar una alarma y/o una señal de disparo cuando el número determinado de fallos de los elementos excede de un primero o un segundo valor umbral.

14. Un producto de programa informático para detectar un fallo interno en un banco de condensadores conectado en

una fase o más fases, respectivamente, a un sistema de energía, en el que el banco de condensadores comprende una pluralidad de unidades de condensador, comprendiendo cada una de las unidades de condensador una pluralidad de elementos de condensador conectados en paralelo y/o en serie, y en el que las unidades de condensador están dividas en dos cadenas y un transformador de corriente está dispuesto en los puntos medios de las dos cadenas de modo que las unidades de condensador están divididas adicionalmente en cuatro cuadrantes y el fallo o fallos internos pueden producirse en uno o más de los elementos o unidades de condensador e implican uno o más cuadrantes de condensadores, en donde el producto de programa informático puede cargarse directamente en una memoria interna de un ordenador y comprende un software para realizar los pasos de -recibir una corriente de fase medida, -calcular el valor eficaz de la corriente de fase medida, -recibir una corriente de desequilibrio medida, -calcular el valor eficaz de la corriente de desequilibrio medida, -detectar el ángulo de fase entre la corriente de fase medida y su correspondiente corriente de desequilibrio medida, -calcular el valor por unidad de la corriente de desequilibro en base al valor eficaz calculado de la corriente de 45 fase medida y al valor eficaz calculado de la corriente de desequilibrio medida, -rastrear y detectar un cambio en la corriente de desequilibrio calculada entre el presente valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio y el previo valor por unidad calculado de la corriente de desequilibrio, -determinar el cambio en escalón del valor por unidad de la corriente de desequilibrio, -determinar el número de fallos internos en base al cambio en escalón determinado del valor por unidad de la 50 corriente de desequilibrio y al ángulo de fase detectado.

15. Producto de programa informático según la reivindicación 14, en el que el producto de programa informático comprende, además, un software para realizar un paso de localización de los defectos internos en dos posibles cuadrantes diagonalmente dispuestos en base al ángulo de fase detectado.

16. Producto de programa informático según la reivindicación 15, en el que el producto de programa informático

comprende, además, un software para realizar los pasos de normalizar el ángulo de fase detectado y determinar el número de fallos internos y sus correspondientes localizaciones en base al cambio en escalón determinado del valor 9

por unidad de la corriente de desequilibrio y al ángulo de fase normalizado.

17. Producto de programa informático según la reivindicación 14, en el que el producto de programa informático comprende, además, un software para realizar el paso de iniciar una alarma y/o una señal de disparo cuando el número total determinado de fallos internos excede de un primero o un segundo valor umbral.

18. Un medio legible por ordenador que tiene un programa registrado en el mismo, en donde el programa es para hacer que un ordenador realice los pasos de las reivindicaciones 14 y 16 cuando se ejecuta dicho programa en el ordenador.