Sistema de monitorización de la resistencia de protección de un transformador trifásico.

Se describe un sistema de monitorización de la resistencia de protección de un transformador trifásico basado en una medición periódica de la tensión del neutro del transformador y de la corriente que circula por dicha resistencia de protección, procesándose estas variables en tiempo real para determinar si es necesario llevar a cabo acciones correctivas.

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN DE LA RESISTENCIA DE PROTECCIÓN DE UN TRANSFORMADOR TRIFÍSICO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto principal de la presente invención es un sistema para monitorizar el estado de la resistencia de protección de un transformador trifásico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En transformadores trifásicos conectados en estrella es habitual conectar el neutro a tierra a través de una resistencia de protección, que proporciona corriente para la detección de fallos a tierra y para la coordinación selectiva. El fallo de dicha resistencia provoca que el sistema carezca de tierra, con lo que hay riesgo de sobretensiones transitorias y de presencia de tensión en conductores que de otro modo serían seguros. La monitorización continua del estado de la resistencia de puesta a tierra permite detectar las resistencias abiertas antes de que se produzca una falla, con el correspondiente incremento de seguridad en la instalación.

Aunque existen actualmente algunos sistemas diseñados para llevar a cabo esta función, ninguno de ellos es capaz de detectar la continuidad de la puesta a tierra aún en condiciones de un perfecto equilibrio de la carga del transformador y sin necesidad de inyectar una tensión en el neutro.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se describe un sistema de monitorización de la resistencia de protección de un transformador trifásico que está basado en una medición periódica de la tensión del neutro del transformador y de la corriente que circula por dicha resistencia de protección, procesándose estas variables en tiempo real para determinar si es necesario llevar a cabo acciones correctivas. Según un primer aspecto de la invención, el sistema de monitorización de la resistencia de protección de un transformador trifásico comprende:

a) Un primer bloque que comprende un transformador de intensidad de baja frecuencia y un sensor de intensidad de alta frecuencia que están conectados, en serie con la resistencia de protección del transformador, entre el neutro del transformador y una tierra de protección. En el presente documento, el término “baja frecuencia” pretende hacer referencia a frecuencias cercanas a la frecuencia fundamental de la red eléctrica donde esté instalado el transformador, normalmente 50 Hz. El término “alta frecuencia” hace referencia a frecuencias mucho más altas, normalmente portadoras de información adicional, por ejemplo comprendidas entre 1 kHz y 500 kHz.

b) Un segundo bloque que comprende una primera resistencia de alto valor óhmico en serie con una segunda resistencia de valor reducido, conectados entre el neutro del transformador y una tierra de monitorización.

c) Un tercer bloque de procesamiento conectado al sensor de intensidad de alta frecuencia, al transformador de intensidad de baja frecuencia, al punto intermedio entre la primera y segunda resistencias y a la tierra de monitorización, que analiza periódicamente los valores recibidos y determina si se produce una anomalía.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Fig. 1: Muestra un esquema de la ubicación de cada una de las partes que componen el sistema de la invención.

Fig. 2: Muestra un esquema detallado de los componentes que integran el circuito electrónico de acuerdo con la presente invención.

Fig. 3: Muestra un esquema del sistema de acuerdo con la presente invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Se describe a continuación un ejemplo de sistema (1) según la invención haciendo referencia a las figuras adjuntas.

En particular, la Fig. 1 muestra cómo el primer bloque (B1) y el segundo bloque (B2) están instalados en el interior de la jaula de protección (J) de la resistencia de protección (R) del transformador (T) . El tercer bloque (B3) del sistema (1) está situado a distancia, en un lugar conveniente para llevar a cabo las tareas de control, y está conectado a la jaula de protección (J) mediante cinco conectores (A, B, C, D y G) . A continuación, se describen con mayor detalle los componentes que incluye cada uno de los bloques (B1, B2, B3) , y que se aprecian con mayor detalle en las Figs. 2 y 3.

a) Primer bloque (B1)

Dentro del primer bloque (B1) se incluye la propia resistencia de protección (R) del transformador (T) , de valor óhmico creciente con la temperatura, utilizada para limitar la corriente entre el neutro (N) y tierra de protección (GP) cuando ocurre una falla. Además, este primer bloque (B1) comprende un transformador de intensidad (2) de relación 100:5, 200:5 o similar, diseñado para soportar la corriente de cortocircuito y que proporciona una medición de la componente fundamental de la corriente que circula por la resistencia de protección (R) . En tercer lugar, el primer bloque (B1) comprende un sensor de corriente (3) de alta frecuencia (en función de las propiedades del transformador (T) y de la frecuencia de la portadora empleada en la red, este sensor de corriente (3) puede ser una bobina Rogowski, sensor Hall, transformador de corriente de alta sensibilidad o dispositivo similar) , capaz de detectar armónicos entre 1 kHz y 500 kHz. Este primer bloque (B1) tiene conexiones de salida al neutro (N) del tranformador (T) , a la tierra de protección (GP) y a los conectores (B, C y D) .

b) Segundo bloque (B2)

El segundo bloque (B2) es un divisor de tensión compuesto por una primera resistencia (4) de alto valor óhmico en serie con otra resistencia (5) de menor valor, que a su vez está preferentemente conectada en paralelo con un diodo de protección (6) de sobretensiones. Estos elementos se montan, mediante los aisladores adecuados, en el interior de la misma jaula (J) que alberga el primer bloque (1) . El segundo bloque (B2) está conectado al neutro (N) del transformador (T) y a la tierra de monitorización (GM) , que a su vez se conecta al conector ‘G'. El punto central del divisor de tensión se conecta a la borna ‘A'.

c) Tercer bloque (B3) de procesamiento El tercer bloque (B3) de procesamiento es un dispositivo electrónico que detecta anomalías en los valores de tensión e intensidad de la resistencia de protección (R) del tranformador (T) emite los avisos necesarios en cada momento. En particular, el tercer bloque (B3) de este ejemplo comprende los siguientes elementos:

- Amplificador diferencial (A1) : conectado a las bornas (C, D) del sensor de intensidad (3) de alta frecuencia, que sirve para amplificar la señal generada por dicho sensor de intensidad (3) de alta frecuencia previamente a su conexión con el puerto AD3 del microcontrolador (M1) .

- Amplificador diferencial (A2) : conectado a la borna positiva (B) del transformador de intensidad (2) de baja frecuencia y a la tierra de monitorización (GM) , que sirve para amplificar la señal generada por el transformador de intensidad (2) de baja frecuencia y previamente a su conexión con el puerto AD2 del microcontrolador (M1) .

- Amplificador de aislamiento (A3) : conectado al punto intermedio (A) entre la primera (4) y segunda (4) resistencias, que sirve para amplificar la señal del divisor de tensión y para separar galvánicamente esta señal de la alimentación de los microcontroladores (M1, M2, M3) previamente a su conexión con el puerto AD1 del microcontrolador (M1) .

- Microcontrolador (M1) : realiza la lectura de los tres puertos AD1, AD2 y AD3 un número de veces por segundo, y en función de sus valores relativos envía un mensaje al microcontrolador (M2) para que emita un aviso en la pantalla LCD (7) o emite un paquete de datos a través de un puerto serie al módulo Serie/Ethernet (8) , que permitirá que dicho mensaje se active en un cuadro de control de la instalación.

- Microcontrolador (M2) : Se encarga de recibir mensajes destinados a ser mostrados en el display LCD (7) y a gestionar este último.

- Microcontrolador (M3) : Procesa las pulsaciones del teclado de membrana (9) , con el que se pueden configurar los parámetros de funcionamiento del sistema (1) .

- Unidad de memoria (10) : Preferentemente se trata de una memoria flash donde se almacenan...

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Sistema (1) de monitorización de la resistencia de protección (R) de un transformador trifásico (T) , que comprende:

- un primer bloque (B1) que comprende un transformador de intensidad

(2) de baja frecuencia y un sensor de intensidad (3) de alta frecuencia conectados en serie con la resistencia de protección (R) del transformador (T) entre el neutro (N) del transformador (T) y una tierra de protección (GP) ;

- un segundo bloque (B2) que comprende una primera resistencia (4) de alto valor óhmico en serie con una segunda resistencia (5) de valor reducido, conectados entre el neutro (N) del transformador (T) y una tierra de monitorización (GM) ; y

- un tercer bloque (B3) de procesamiento conectado al sensor de intensidad (3) de alta frecuencia, al transformador de intensidad (2) de baja frecuencia, al punto intermedio entre la primera (4) y segunda (5) resistencias y a la tierra de monitorización (GM) , que analiza periódicamente los valores recibidos y determina si se produce una anomalía.

2. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el sensor de intensidad (3) de alta frecuencia es uno de los siguientes: una bobina Rogowski, un sensor Hall o un transformador de corriente de alta sensibilidad.

3. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que además comprende un diodo de protección (6) de sobretensiones conectado en paralelo con la resistencia (5) de valor reducido.

4. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el primer (B1) y segundo (B2) bloques están ubicados en la jaula de protección

(J) de la resistencia de protección (R) del transformador (T) .

5. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde el tercer bloque (B3) de procesamiento comprende:

- un conjunto de amplificadores (A1, A2, A3) que acondicionan las señales recibidas del primer bloque (B1) y del segundo bloque (B2) ;

- un microcontrolador (M1) , que recibe dichas señales del conjunto de amplificadores (A1, A2, A3) y determina si se ha producido alguna falla;

- un módulo serie Ethernet (8) , conectado al microcontrolador (M1) a través de un puerto serie, que permite el envío de información relativa a las fallas detectadas;

- un bus SPI (11) , que conecta el microcontrolador (M1) con un microcontrolador (M2) conectado a una pantalla (7) que muestra 10 información relativa a las fallas detectadas un microcontrolador (M3) conectado a un teclado (9) que permite modificar la configuración del sistema (1) , y

una unidad de memoria (10) que almacena información relativa a configuración del sistema (1) y a las fallas detectadas.