SISTEMA Y MÉTODO DE PROTECCIÓN NO DIRECCIONAL PARA DETECCIÓN SELECTIVA DE FALTAS A TIERRA EN REDES CON NEUTRO AISLADO.
Sistema y método de detección de faltas monofásicas a tierra en redes de energía eléctrica con neutro aislado de tierra o mediante una impedancia de alto valor óhmico,
que ofrece total selectividad en la detección de la zona en situación de falta y se basa en la comparación de los módulos de las corrientes homopolares de las líneas, siendo la línea con defecto la de mayor corriente. En sistemas eléctricos con subestaciones secundarias, se determina si el defecto está en la subestación secundaria mediante la comparación de la suma de los módulos de las corrientes de las líneas de alimentación con las líneas de salida. Si hay falta en la subestación secundaria, se determina la línea con defecto porque su corriente homopolar es la mayor de todas las líneas de salida.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000510.
Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: PLATERO GAONA,CARLOS ANTONIO, BLAZQUEZ GARCIA,FRANCISCO, GRANIZO ARRABE,RICARDO, BARRADO SÁNCHEZ,Alberto Carlos.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01R31/08 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 ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, 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.
- H02H3/28 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 3/00 Circuitos de protección de seguridad para desconexión automática respondiendo directamente a un cambio indeseado de las condiciones eléctricas normales de trabajo con o sin reconexión (especialmente adaptados para máquinas o aparatos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas H02H 7/00; sistemas para conmutación de la alimentación de reserva H02J 9/00). › comprendiendo la comparación de valores de tensión o de corriente de dos porciones separadas de un mismo sistema, p. ej. en los extremos opuestos de una línea, en la entrada y salida de una aparato.
- H02H3/32 H02H 3/00 […] › comprendiendo la comparación de dos valores de tensión o de corriente en dos puntos correspondientes de diferentes conductores de un mismo sistema, p. ej. de corrientes en conductores de ida y retorno.
Fragmento de la descripción:
Sistema y método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra en redes con neutro aislado.
Sector de la técnica
La presente invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema y método de detección de faltas monofásicas a tierra en redes de energía eléctrica con neutro aislado de tierra. Este nuevo sistema ofrece una total selectividad en la detección de la zona en situación de falta evitando disparos no deseados por errores en la conexión de la polaridad de los transformadores de intensidad de protección o por errores de programación de la dirección en los relés de protección direccionales empleados actualmente.
Estado de la técnica
Al producirse faltas monofásicas a tierra en redes de suministro de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, se elevan los potenciales de las otras dos fases sanas, pasando a tomar valores de tensión de línea en vez de fase.
En los sistemas de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, en caso de defecto a tierra, circula corriente homopolar de origen capacitivo por todas las líneas en servicio, siendo en algún caso difícil identificar la línea con el defecto, particularmente en instalaciones donde existan algunas líneas de gran longitud respecto a las demás.
Una forma de detectar de forma selectiva la línea en falta consiste en inyectar en el sistema una señal de tensión de pequeña amplitud. Se calcula, por tanto, de forma permanente, la resistencia de aislamiento en cada línea. Una vez alcanzado un nivel de aislamiento correspondiente a una situación de defecto, el sistema de protección proporciona primeramente una señal de alarma y, en caso de descenso progresivo del aislamiento, una segunda señal de disparo. Esta técnica se ha venido utilizando en redes de distribución eléctrica de Baja Tensión (U
Otra forma de detección selectiva de faltas monofásicas a tierra, en redes aisladas de suministro de energía eléctrica, es la protección direccional de sobreintensidad de corriente a tierra homopolar, que necesita medir los vectores tensión homopolar en barras de distribución e intensidad homopolar en cada una de las posiciones de línea, debiéndose instalar normalmente una protección de este tipo en cada una de las líneas. Las medidas de tensión e intensidad homopolares se obtienen a partir de:
En base al ángulo de desfase relativo de las intensidades homopolares de defecto en cada línea con la tensión homopolar común a todas las líneas, se aísla del servicio la línea con defecto a tierra.
El criterio de disparo utilizado empleando las medidas de tensión e intensidad descritas es el siguiente:
Se necesita, por tanto, el cumplimiento de tres condiciones previas para obtener la orden de retirada del servicio de la línea en situación de falta.
Para este problema técnico, no se ha encontrado solución en las siguientes patentes consultadas:
Descripción de la invención
La presente invención permite detectar de forma selectiva en sistemas de suministro de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, la línea que se encuentra en situación de falta monofásica a tierra.
En los sistemas eléctricos con neutro aislado de tierra, cuando se produce un defecto monofásico a tierra en una fase, la capacidad de dicha fase en todo el sistema eléctrico se pone al mismo potencial de tierra, y por tanto, no hace circular ninguna intensidad capacitiva debida a la capacidad de dicha fase con defecto, produciéndose que la corriente de las otras dos fases no queden compensadas.
La suma de las corrientes capacitivas en las fases sanas se denomina corriente capacitiva de la línea. Depende fundamentalmente de la longitud de la misma.
Esta invención puede aplicarse en subestaciones principales o de cabecera y en subestaciones secundarias, o que no son de cabecera.
Las subestaciones principales o de cabecera pueden estar formadas por varios elementos como por ejemplo, acometidas de redes normalmente a través de un transformador, generadores, varias líneas que parten de las mismas barras, etc...
Independientemente del tipo de subestación donde se emplee este nuevo sistema de protección, en la línea con defecto, el sistema de medida, normalmente un transformador toroidal, mide la suma de las corrientes capacitivas de todas las líneas sanas. En las líneas sin defecto, la corriente capacitiva es la propia de la línea.
Así, para aplicación en subestaciones principales, el nuevo sistema de protección inicia la localización de la falta cuando se supera un valor previamente definido de tensión homopolar. Seguidamente se miden los módulos de las intensidades homopolares en las diferentes líneas. El módulo mayor de las intensidades corresponde con la línea que tiene el defecto.
Por lo tanto se cumple siempre que para un número de líneas superior o igual a 3, la línea en la que se ha medido la corriente homopolar con mayor módulo, es la línea con defecto a tierra. De esta forma no se necesita ningún elemento direccional, ya que simplemente comparando los módulos de las corrientes de defecto medidas por transformadores de intensidad en todas las líneas se puede determinar la línea con defecto.
En aplicaciones en subestaciones secundarias, una vez definida cual o cuales son la alimentación o alimentaciones principales que se corresponde con las líneas que entregan energía eléctrica a dicha subestación secundaria, el nuevo sistema de protección también...
Reivindicaciones:
1. Método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico que comprende las siguientes etapas:
2. Método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra según reivindicación 1 para subestaciones principales o de cabecera con al menos tres posiciones de salida en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que la etapa de discriminación de la línea con defecto se realiza con la comparación de los módulos de las intensidades homopolares de todas las líneas, siendo la línea con defecto la de mayor corriente homopolar.
3. Método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra según reivindicación 1 para subestaciones no principales con al menos dos posiciones de salida en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que la etapa de discriminación de la línea con defecto se realiza comparando la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de alimentación, con la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de salida de las barras, determinando la existencia de defecto en una de las líneas si la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las alimentaciones no es igual que la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las salidas, siendo la línea con defecto aquélla cuya corriente homopolar es la mayor de todas las líneas de salida.
4. Sistema de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico que comprende:
5. Sistema de protección no direccional selectivo según la reivindicación 4 para subestaciones principales o de cabecera con al menos tres posiciones de salida en sistemas eléctricos con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que los medios de discriminación de la línea con defecto están configurados para efectuar la comparación de los módulos de las intensidades homopolares de todas las líneas, siendo la línea con defecto la de mayor corriente homopolar y donde dicho sistema de protección no selectivo además comprende:
6. Sistema de protección no direccional selectivo según la reivindicación 4 para subestaciones no principales con dos o más posiciones de salida en sistemas eléctricos con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que está configurado para detectar si existe falta a tierra en alguna de las líneas, comparando la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de alimentación, con la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de salida de las barras, determinado la existencia de defecto en una de las líneas si la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las alimentaciones no es igual que la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las salidas, en caso que se determine que hay defecto se identifica la línea que lo tiene porque su corriente homopolar es la mayor de todas las líneas de salida y donde dicho sistema de protección no selectivo además comprende:
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