ES2930209B2 - Localizador de faltas a tierra para un circuito eléctrico, circuito eléctrico y método de localización de faltas a tierra - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Localizador de faltas a tierra para un circuito eléctrico, circuito eléctrico y método de localización de faltas a tierra

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención pertenece al campo técnico de los detectores de faltas a tierra de un circuito eléctrico. Más en particular pertenece al campo técnico de los localizadores de faltas a tierra y los métodos de localización de faltas a tierra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sistemas eléctricos requieren cada vez más de operaciones más eficientes y procesos controlados. En este aspecto, la electrónica de potencia, y en concreto los convertidores, por ejemplo, inversores, rectificadores o bidireccionales, adquieren gran importancia. Un sistema con un conjunto considerable de convertidores suele estar sujeto a una microrred de corriente continua, donde la transmisión de potencia entre los distintos aparatos conectados se realiza por cableado en corriente continua.

Aunque estos sistemas posean una eficiencia mayor que los sistemas de distribución convencionales, la protección de los mismos es de particular relevancia para evitar peligros para la salud humana así como para los aparatos involucrados en el sistema. No muchas invenciones son capaces de proteger dichos sistemas en su conjunto sin prescindir de coordinación entre múltiples protecciones, particularmente frente a faltas a tierra, que son las faltas más comunes en este tipo de sistemas. Se estima que entre un 60% y un 80% de los fallos eléctricos son causados por faltas a tierra.

Generalmente, las faltas a tierra se producen por degradación del aislamiento de las partes activas del sistema eléctrico. Esto ocurre de forma gradual por sobretensiones, sobrecorrientes, calentamientos, desgaste por tiempo, ... De esta forma la resistencia de falta, que es inversa a la severidad del defecto, irá decreciendo hasta ser nula, donde la falta a tierra será lo más grave posible. Adicionalmente, otra dificultad reside en el tipo de puesta a tierra de este tipo de sistemas, que suelen ser de alta impedancia o de neutro aislado de tierra, por lo que una primera falta a tierra es difícil de detectar debido a las bajas corrientes de falta.

Algunas invenciones consiguen detectar o incluso localizar faltas en el tramo de corriente continua de la red como en la patente US 2016/0336899 A1 “PHOTOVOLTAIC SYSTEMS WITH ABNORMALITY DETECTION ARCHITECTURE”, donde se utilizan los convertidores CC/CC, es decir, convertidores de corriente continua en corriente continua, como relés diferenciales de corriente para sistemas fotovoltaicos basados en la diferencia de corriente a la entrada y salida de dicho convertidor. Si la rama controlada por el convertidor CC/CC tiene el defecto, ese convertidor detectará la corriente y disparará la alarma.

Las protecciones diferenciales también pueden usarse en accionamientos eléctricos de convertidores CA/CA, es decir, convertidores de corriente alterna en corriente alterna, con una única conexión a red. En “T. Gruhn, J. Glenney and M. Savostianik, "Type B Ground-Fault Protection on Adjustable Frequency Drives," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 54, no. 1, pp. 934-939, Jan.-Feb. 2018.”, se propone poner rígidamente o con baja impedancia el neutro de un transformador y colocar un toroidal que mida la corriente diferencial en las fases del lado de baja de dicho transformador. De esta forma, si se produce una falta la corriente medida por el toroide es distinta de cero, y debe disparar. Sin embargo, varios problemas se presentan en este tipo de invenciones. Si las faltas ocurren en el lado de corriente continua el toroide puede saturar, y con una única diferencial no se puede distinguir la zona donde ocurre la falta a tierra.

Otras invenciones como la de la patente US 9007735 B2 “FAULT DETECITON, ISOLATION, LOCATION AND RECONNECTION SYSTEMS AND METHODS” utiliza puntos medios artificiales rígidamente puestos a tierra a los que se refiere como “probe power units”. Estos sistemas son estáticos y requieren de comunicación entre ellos para poder tener selectividad a la hora de disparar cuando ocurre un defecto. Ambos sistemas únicamente están enfocados a la zona central de corriente continua de una microrred pero son capaces de localizar defectos a tierra e incluso defectos entre fases.

En otros sistemas y métodos, como el descrito en la patente de invención ES 2798348 B2 “MÉTODO Y SISTEMA DE DETECCIÓN DE FALTAS A TIERRA EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS CON CONVERSIÓN ENTRE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA” se utiliza una resistencia de puesta a tierra en un solo punto neutro de la instalación para proteger accionamientos eléctricos de convertidores CA/CA con una etapa intermedia de corriente continua. Este tipo de sistemas son lineales, por lo que con un único punto a tierra el defecto es fácilmente detectable. En caso de tener múltiples conexiones a la red intermedia de corriente continua y varias conexiones a red, el sistema se complica y un único punto a tierra no puede distinguir entre accionamientos, lados de red, o zonas de corriente continua donde se produce el defecto.

Finalmente, en la invención ES 2869451 A1 “SISTEMA Y MÉTODO DE LOCALIZACIÓN DE FALTAS A TIERRA EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA” se utilizan múltiples conexiones a un único sistema de corriente continua con varias baterías.

Este sistema de conmutaciones permite la variación de la resistencia de puesta a tierra con el objetivo de localizar el porcentaje de impedancia de fuentes de corriente continua donde se produce la falta a tierra. En caso de sistemas lineales de conversión de corriente continua en corriente alterna, como puede ser un vehículo eléctrico, dicha invención es capaz de detectar faltas a tierra también en el lado de corriente alterna, no siendo válido cuando el sistema queda mallado mediante la inserción de muchos convertidores.

Con las invenciones previamente comentadas, la protección de sistemas eléctricos con múltiples convertidores puede ser resuelta mediante la coordinación de las mismas. Sin embargo, es necesario disponer de sistemas y métodos de detección de faltas a tierra en sistemas con múltiples convertidores que permitan subsanar las deficiencias que presenta el anterior estado de la técnica, evitando la comunicación entre muchas protecciones, o tener varias protecciones y pudiendo recopilar todas en una, o aumentando el grado de detección de las mismas pudiendo discernir la zona donde se produce el defecto independientemente de la topología del sistema con convertidores.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN

Las presentes realizaciones de la invención pretenden abordar todas las limitaciones presentadas en el anterior estado de la técnica.

La presente invención permite localizar faltas a tierra en un circuito eléctrico a partir de medidas de tensión de varios puntos del circuito eléctrico.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un localizador de faltas a tierra, también conocido como dispositivo de localización de faltas a tierra, para un circuito eléctrico; comprendiendo el localizador:

- conexiones eléctricas para conectar eléctricamente puntos de un circuito eléctrico a tierra, teniendo cada conexión eléctrica un interruptor;

- un medidor de tensión configurado para medir ondas de tensión de las conexiones eléctricas con el interruptor cerrado;

- medios de procesamiento comunicativamente conectados con el medidor de tensión, estando los medios de procesamiento configurados para realizar las siguientes etapas:

a) recibir una medida de una onda de tensión de al menos una de las conexiones eléctricas;

b) estimar una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión medida y/o estimar una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión medida;

c) al determinar que un valor absoluto de la tensión continua estimada excede un umbral de falta a tierra y/o determinar que un valor absoluto de la tensión alterna estimada excede un umbral de falta a tierra, cerrar el interruptor de una de las conexiones eléctricas distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) de manera que el medidor de tensión mide una onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a);

d) recibir la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de al menos una conexión eléctrica de la etapa a);

e) determinar que una porción de un circuito eléctrico tiene una falta a tierra, estando la determinación de la porción del circuito basada en la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a).

El localizador y el método de detección de faltas a tierra en sistemas eléctricos según la presente invención es de particular utilidad en instalaciones eléctricas donde la presencia de convertidores es alta, teniendo varias etapas de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC). La presente invención es de aplicación, por ejemplo y sin carácter limitativo, en microrredes de CC con/sin conexión a red, con diferentes etapas de corriente continua (fotovoltaica o baterías) e incluso con accionamientos eléctricos como aerogeneradores o motores.

Al estar el medidor de tensión configurado para medir ondas de tensión de las conexiones eléctricas con el interruptor cerrado, se puede habilitar la toma de medida de una onda de tensión de una de las conexiones eléctricas mediante el cierre del interruptor de dicha conexión eléctrica.

La estimación o las estimaciones de la etapa b) se realiza(n) en base a la medida recibida en la etapa a). La medida recibida en la etapa a) es una medida tomada por el medidor de tensión.

Los umbrales de falta a tierra son predefinibles, es decir, definibles antes de tomar la medida recibida en la etapa a). Los umbrales de falta a tierra se pueden predefinir, por ejemplo, en base a una configuración del circuito eléctrico.

En algunas realizaciones, los valores umbrales de falta a tierra son sustancialmente cero voltios. Estas realizaciones permiten que la diferencia de tensión entre extremos de las conexiones eléctricas sea sustancialmente cero voltios si el circuito eléctrico no presenta faltas. De este modo, se permite minimizar la disipación de energía causada por el localizador de faltas a tierra mientras el circuito eléctrico no presenta faltas.

Un valor umbral mayor que cero voltios permite una mayor versatilidad de la ubicación de las conexiones eléctricas en un circuito eléctrico, pues no es necesario conectar las conexiones eléctricas a puntos del circuito eléctrico que tengan la tensión de tierra.

La determinación de la etapa c) permite detectar faltas a tierra. La medida de tensión eléctrica de la etapa d) permite determinar en qué porción de un circuito eléctrico está la falta a tierra tal como se explica más adelante en referencia a algunas realizaciones.

En la etapa e) se determina la porción de un circuito eléctrico con una falta a tierra o, dicho de otro modo, se determina una localización de una falta a tierra de un circuito eléctrico.

En algunas realizaciones, cada una de las conexiones eléctricas comprende una impedancia limitadora de corriente a cada lado del interruptor de la conexión eléctrica. Dicho de otro modo, el interruptor conecta eléctricamente la impedancia limitadora de corriente de un lado del interruptor con la impedancia limitadora de corriente del otro lado del interruptor. El uso de una impedancia limitadora de corriente a cada lado del interruptor permite reducir la corriente que circula por el interruptor en comparación con realizaciones en las que tan solo está la impedancia limitadora de corriente de un único lado del interruptor. De este modo se pueden minimizar los daños causados por una falta a tierra. Las impedancias limitadoras de corriente son, por ejemplo, resistencias.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para estimar la tensión continua y/o estimar la tensión alterna de la etapa b) en base a una transformada rápida de Fourier de la medida de la onda de tensión recibida en la etapa a). Los medios de procesamiento pueden estar configurados para estimar la onda de tensión medida en base a la medida de la onda de tensión recibida. La estimación de la tensión continua de la etapa b) puede ser la componente continua de la transformada de Fourier, dicho de otro modo, la componente sin frecuencia de la transformada de Fourier de la estimación de la onda de tensión. La estimación de la tensión alterna de la etapa b) puede ser una componente alterna de la transformada de Fourier de la estimación de la onda de tensión. Si bien en estos ejemplos se emplea la transformada de Fourier, por ejemplo, la transformada rápida de Fourier, para estimar la o las tensiones de la etapa b), en otras alternativas se realizan dichas estimaciones sin utilizar la transformada de Fourier. La transformada rápida de Fourier permite extraer rápidamente información requerida para localizar la falta a tierra.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para realizar la etapa c), comprendiendo la etapa c) mantener abiertos los interruptores del resto de las conexiones eléctricas al determinar que el valor absoluto de la tensión continua estimada excede el umbral de falta a tierra y/o determinar que el valor absoluto de la tensión alterna estimada excede el umbral de falta a tierra. De este modo, únicamente el interruptor de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) está cerrado; estando los interruptores del resto de las conexiones eléctricas, incluida la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), abiertos. De este modo, se puede aumentar la precisión de la localización de la falta a tierra, puesto que se mide una tensión de una única conexión eléctrica en lugar de una suma de tensiones de varias de las conexiones eléctricas.

Adicionalmente, mediante la observación de polaridad de la tensión se puede estimar si la falta tiene lugar en el polo positivo (componente de corriente continua en el dispositivo de puesta a tierra negativa) o si tiene lugar en el polo negativo (componente de corriente continua en el dispositivo de puesta a tierra positiva).

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para mantener el interruptor de una de las conexiones eléctricas normalmente cerrado y para mantener los interruptores del resto de las conexiones eléctricas normalmente abiertos; siendo la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) una única conexión eléctrica y siendo el interruptor normalmente cerrado el interruptor de la conexión eléctrica de la etapa a). De este modo, el medidor de tensión mide la onda de tensión de una única conexión eléctrica, evitando la necesidad de cerrar y/o abrir interruptores de otras conexiones eléctricas para tomar la medida de la onda de tensión recibida en la etapa a).

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para realizar la determinación de la etapa e) comparando el valor absoluto de la estimación de tensión continua de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a); estando los medios de procesamiento configurados para indicar que la falta a tierra es más próxima a la conexión eléctrica con mayor valor absoluto de la estimación de tensión continua que a la conexión eléctrica con menor valor absoluto de la estimación de tensión continua. Estas realizaciones permiten localizar con mayor precisión faltas a tierra de una porción de un circuito eléctrico, estando la porción configurada para tener tensión continua. En concreto, un valor absoluto relativamente mayor con respecto al otro valor absoluto, indica mayor proximidad entre la falta a tierra y la conexión eléctrica con el mayor valor absoluto que entre la falta a tierra y la conexión eléctrica con el menor valor absoluto.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para determinar en la etapa e) que la porción del circuito eléctrico con una falta a tierra está entre dos conexiones eléctricas, teniendo las dos conexiones eléctricas unas ondas de tensión con los dos valores absolutos más altos de estimaciones de tensión continua de una componente continua en comparación con los valores absolutos de las estimaciones de tensión continua de una componente continua de las ondas de tensión del resto de las conexiones eléctricas. Se ha observado que esta es la localización habitual de faltas a tierra en una porción del circuito configurada para tener tensión continua.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para generar una señal de alarma en base a la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). La señal de alarma permite alertar de una falta a tierra en una porción concreta de un circuito eléctrico.

En algunas realizaciones, la señal de alarma comprende datos de localización de una porción de un circuito determinada en la etapa e). Esta señal de alarma se puede utilizar para detectar una localización de una falta a tierra.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un localizador de faltas a tierra según el primer aspecto de la invención y a protecciones para un circuito eléctrico, estando los medios de procesamiento configurados para seleccionar al menos una de las protecciones y activar la al menos una de las protecciones seleccionada, estando la selección basada en la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). Como la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) permite localizar la falta a tierra de un circuito eléctrico, esta medida se puede utilizar para activar una protección configurada para proteger contra faltas a tierra en la localización de la falta a tierra determinada en la etapa e).

Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un circuito eléctrico, comprendiendo el circuito eléctrico un localizador de faltas a tierra según el primer aspecto de la invención y uno o varios convertidores, conectando las conexiones eléctricas del localizador puntos del circuito eléctrico a tierra; y estando los medios de procesamiento configurados para que la componente alterna de la etapa b) tenga una frecuencia igual a una frecuencia fundamental de una porción polifásica del circuito eléctrico.

En algunas realizaciones, los puntos del circuito eléctrico son al menos un punto neutro de una porción polifásica del circuito eléctrico y/o al menos un punto medio de una porción del circuito eléctrico configurada para tener tensión continua; y siendo los valores umbrales de falta a tierra sustancialmente cero voltios. De este modo, el al menos un punto neutro y el al menos un punto medio de la porción del circuito configurada para tener tensión continua tienen la tensión de tierra si el circuito eléctrico no tiene faltas a tierra. De esta manera, como las conexiones eléctricas conectan estos puntos a tierra, no circula corriente por las conexiones eléctricas si no hay falta a tierra y por consiguiente la tensión medida por el medidor de tensión es sustancialmente cero voltios. El punto medio de la porción del circuito eléctrico configurada para tener tensión continua es un punto a una tensión inferior a la tensión máxima de la porción del circuito y superior a la tensión mínima de la porción del circuito. Dada una porción del circuito con una tensión máxima Vcc+ y una tensión mínima Vcc-, la tensión del punto medio es preferiblemente:

La conexión con el punto medio permite mejorar la capacidad de detección de faltas a tierra del localizador de faltas a tierra en comparación con realizaciones en las que los valores umbrales de falta a tierra son sustancialmente cero voltios pero los puntos del circuito eléctrico a los que se conectan las conexiones eléctricas del localizador son puntos a la tensión máxima Vcc+ y/o a la tensión mínima Vcc-. Esto se debe a que la tensión del punto medio es diferente a las tensiones máxima Vcc+ y mínima Vcc- de, por ejemplo, respectivamente un polo positivo y un polo negativo de la porción del circuito configurada para tener tensión continua. Por ello, en caso de que se produzcan faltas a tierra en el polo positivo o en el polo negativo, el localizador puede detectar estas faltas a tierra. Por el contrario, si los puntos a los que se unen las conexiones eléctricas fueran puntos del polo positivo a la tensión máxima Vcc+, una falta a tierra en dicho polo positivo no sería detectable por el localizador porque la tensión del polo positivo sería la misma que la tensión de tierra y por consiguiente no circularía corriente por las conexiones eléctricas, no superándose el valor umbral de falta a tierra de sustancialmente cero voltios. El experto en la materia entiende que, por motivos equivalentes, la conexión al punto neutro permite mejorar la capacidad de detección de faltas a tierra.

Además, si los puntos a los que se conectan las conexiones eléctricas fueran puntos del polo positivo a la tensión máxima Vcc+, en el caso de que se produjese una segunda falta a tierra en el circuito, la corriente podría circular por la primera falta a tierra en lugar de circular por las conexiones eléctricas del localizador de falta a tierra, dificultando o impidiendo la detección de la segunda falta a tierra. Por el contrario, si los puntos a los que se conectan las conexiones eléctricas son los puntos medios se facilitaría la detección de la segunda falta a tierra.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para realizar la determinación de la etapa e) comparando el valor absoluto de la estimación de tensión alterna de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a la frecuencia fundamental de la porción polifásica del circuito eléctrico; estando los medios de procesamiento configurados para indicar que la falta a tierra es más próxima a la conexión eléctrica con mayor valor absoluto de la estimación de tensión alterna que a la conexión eléctrica con menor valor absoluto de la estimación de tensión alterna. De este modo, se comparan dos componentes alternas con la frecuencia igual a la frecuencia fundamental de la porción polifásica del circuito eléctrico. Estas realizaciones permiten localizar con mayor precisión faltas a tierra de una porción de un circuito eléctrico, estando la porción configurada para tener tensión a la frecuencia fundamental de la porción polifásica del circuito eléctrico. En concreto, un valor absoluto, como por ejemplo un valor eficaz o una amplitud, relativamente mayor con respecto al otro valor absoluto, indica mayor proximidad entre la falta a tierra y la conexión eléctrica con el mayor valor absoluto que entre la falta a tierra y la conexión eléctrica con menor valor absoluto.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para determinar en la etapa e) que la porción del circuito eléctrico con una falta a tierra está entre dos conexiones eléctricas, teniendo las dos conexiones eléctricas unas ondas de tensión con los dos valores absolutos más altos de estimaciones de tensión alterna de una componente alterna en comparación con los valores absolutos de las estimaciones de tensión alterna de una componente alterna de las ondas de tensión del resto de las conexiones eléctricas; teniendo la componente alterna una frecuencia igual a la frecuencia fundamental de la porción polifásica del circuito eléctrico. Se ha observado que esta es la localización habitual de faltas a tierra en una porción del circuito configurada para tener tensión alterna.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para realizar la determinación de la etapa e) en base a una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a una frecuencia de conmutación de un convertidor del circuito eléctrico. Una medida no nula de tensión alterna a dicha frecuencia o una medida de tensión alterna a dicha frecuencia cuya amplitud o valor eficaz es mayor que, respectivamente, la amplitud o valor eficaz de la tensión alterna a dicha frecuencia de otras conexiones eléctricas es indicativa de que la falta a tierra no está en la porción del circuito directamente conectada a la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). En concreto, una medida no nula de tensión alterna a dicha frecuencia o una medida de tensión alterna a dicha frecuencia cuya amplitud o valor eficaz es mayor que, respectivamente, la amplitud o valor eficaz de la tensión alterna a dicha frecuencia de otras conexiones eléctricas es indicativa de que un convertidor con dicha frecuencia de conmutación conecta eléctricamente la falta a tierra con la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). Esto se debe a que la alteración que produce la falta a tierra interactúa con el convertidor generando una tensión alterna a dicha frecuencia en la porción del circuito conectada al convertidor por el lado del convertidor distinto del lado del convertidor conectado a la falta a tierra.

En algunas realizaciones, los medios de procesamiento están configurados para realizar la determinación de la etapa e) en base a una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a un tercer armónico de un convertidor del circuito eléctrico. El tercer armónico del convertidor es el tercer armónico de una tensión de entrada y/o de una tensión de salida del convertidor. Una medida no nula de tensión alterna a dicha frecuencia o una medida de tensión alterna a dicha frecuencia cuya amplitud o valor eficaz es mayor que, respectivamente, la amplitud o valor eficaz de la tensión alterna a dicha frecuencia de otras conexiones eléctricas es indicativa de que la falta a tierra no está en la porción del circuito directamente conectada a la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). En concreto, una medida no nula de tensión alterna a dicha frecuencia o una medida de tensión alterna a dicha frecuencia cuya amplitud o valor eficaz es mayor que, respectivamente, la amplitud o valor eficaz de la tensión alterna a dicha frecuencia de otras conexiones eléctricas es indicativa de que un convertidor con dicho tercer armónico conecta eléctricamente la falta a tierra con la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a). Esto se debe a que la alteración que produce la falta a tierra interactúa con el convertidor, particularmente si el convertidor comprende componentes electrónicos pasivos tales como diodos, generando una tensión alterna a la frecuencia del tercer armónico en la porción del circuito conectada al convertidor por el lado del convertidor distinto del lado del convertidor conectado a la falta a tierra.

Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere a un método de localización de faltas a tierra de un circuito eléctrico, comprendiendo el circuito eléctrico uno o varios convertidores; y comprendiendo el método las etapas:

a) medir una onda de tensión a tierra de un punto del circuito eléctrico;

b) estimar una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión a tierra medida y/o estimar una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión a tierra medida;

c) al determinar que un valor absoluto de la tensión continua estimada excede un umbral de falta a tierra y/o determinar que un valor absoluto de la tensión alterna estimada excede un umbral de falta a tierra, medir una tensión a tierra de otro punto del circuito eléctrico, siendo el otro punto del circuito eléctrico distinto del punto de la etapa a);

d) medir una onda de tensión a tierra del otro punto del circuito eléctrico;

e) determinar que una porción de un circuito eléctrico tiene una falta a tierra, estando la determinación de la porción del circuito basada en la medida de la onda de tensión de la etapa d).

Un quinto aspecto de la presente invención se refiere al método del cuarto aspecto de la presente invención realizado por el localizador de faltas a tierra del primer aspecto de la presente invención o por el circuito eléctrico del tercer aspecto de la presente invención.

Los diferentes aspectos y realizaciones de la invención definidos anteriormente pueden combinarse entre sí, siempre que sean mutuamente compatibles.

Las ventajas y características adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y se señalarán particularmente en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con ejemplos de realizaciones prácticas de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de dibujos en el que, con carácter ilustrativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una parte de un circuito eléctrico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.

La figura 2 muestra un localizador de faltas a tierra de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.

La figura 3 muestra un localizador de faltas a tierra de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.

La figura 4 muestra un método de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Referencias numéricas de las figuras:

(la ) Primer convertidor alterna-continua;

(lb ) Primer convertidor continua-alterna;

(1c) Segundo convertidor alterna-continua;

(ld ) Segundo convertidor continua-alterna;

(le ) Primer convertidor continua-continua;

( lf) Segundo convertidor continua-continua;

(2a) Primer transformador;

(2b) Segundo transformador;

(3a) Primer conductor eléctrico;

(3b) Segundo conductor eléctrico;

(4) Impedancia trifásica;

(5) Máquina eléctrica rotativa;

(6) Acumulador de energía eléctrica;

(7) Conjunto de paneles fotovoltaicos;

(81), (82), (83), (84), (85), (86) Condensadores;

(91), (92), (93), (94), (95), (96) Resistencias;

(10a) Primera conexión a un punto neutro;

(10b) Segunda conexión a un punto neutro;

(10c) Tercera conexión a un punto neutro;

(10d) Cuarta conexión a un punto neutro;

(10e) Quinta conexión a un punto medio;

(10f) Sexta conexión a un punto medio;

(10g) Séptima conexión a un punto medio;

(10h) Octava conexión a un punto medio;

(10i) Novena conexión a un punto medio;

(10j) Décima conexión a un punto medio;

(10k) Undécima conexión a un punto medio;

(10l) Duodécima conexión a un punto medio;

(11a), (11b), (11c), (11 d), (11 e), (11 f) Señales de frecuencia;

(12) Subsistema de puesta a tierra;

(13) Interruptor normalmente cerrado;

(14) Interruptor normalmente abierto;

(15) Resistencia de puesta a tierra;

(16) Tierra;

(17) Medidor de tensión;

(18) Controlador de los interruptores;

(19) Señal de control de los interruptores;

(20) Medios de procesamiento;

(21) Señal de alarma;

(22) Fusible;

(23) Resistencias adicionales;

(24) Primera etapa de medida de una onda de tensión a tierra de un punto de un circuito eléctrico;

(25) Segunda etapa de estimación de una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión a tierra medida y/o de estimación de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión a tierra medida;

(26) Tercera etapa de comparación de un valor absoluto de la tensión continua estimada con un umbral de falta a tierra y/o de comparación de un valor absoluto de la tensión alterna estimada con un umbral de falta a tierra;

(27) Cuarta etapa de cierre de uno o varios de los interruptores de las conexiones eléctricas; (28) Quinta etapa de medición de una onda de tensión a tierra de otro punto del circuito eléctrico;

(29) Sexta etapa de determinación de una porción de un circuito eléctrico con una falta a tierra;

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN

A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.

Se procede a continuación a hacer una descripción de una realización preferente de la invención, para un sistema ejemplo no limitativo de un sistema eléctrico con convertidores.

La figura 1 muestra una parte de un circuito eléctrico que puede ser utilizada como ejemplo no limitativo de la invención para explicar la misma en detalle. El circuito eléctrico parcialmente ilustrado en la figura 1 comprende varios convertidores; en concreto comprende un primer convertidor CA/CC (1a), un primer convertidor CC/CA (1b), un segundo convertidor CA/CC (1c), un segundo convertidor CC/CA (1d), un primer convertidor CC/CC (1e) y un segundo convertidor CC/CC (1f). El circuito eléctrico comprende un primer transformador (2a), un segundo transformador (2b), una máquina eléctrica rotativa (5) y una impedancia trifásica (4). El primer transformador (2a), el segundo transformador (2b), la máquina eléctrica rotativa (5) y la impedancia trifásica (4) están en zonas del circuito eléctrico configuradas para tener tensión alterna. El circuito eléctrico comprende un acumulador de energía eléctrica (6) y un conjunto de paneles fotovoltaicos (7). El acumulador de energía eléctrica (6) y el conjunto de paneles fotovoltaicos (7) están en zonas del circuito eléctrico configuradas para tener tensión continua.

Tal como se ilustra en la figura 1, los convertidores (1a), (1b), (1c), (1d), (1e), (1f) están eléctricamente unidos entre sí mediante una zona del circuito eléctrico configurada para tener tensión continua. Esta zona configurada para tener tensión continua comprende resistencias (91), (92), (93), (94), (95), (96) y condensadores (81), (82), (83), (84), (85), (86). Los condensadores (81), (82), (83), (84), (85), (86) permiten disminuir un rizado de una tensión de la zona configurada para tener tensión continua. La zona configurada para tener tensión continua tiene un primer conductor eléctrico (3a) y un segundo conductor eléctrico (3b).

El circuito eléctrico parcialmente ilustrado en la figura 1 comprende un localizador de defectos a tierra como, por ejemplo, el localizador ilustrado parcialmente en la figura 2 o el localizador ilustrado parcialmente en la figura 3. El localizador comprende unas conexiones eléctricas para conectar eléctricamente puntos de un circuito eléctrico a tierra. En concreto el localizador comprende una primera conexión (10a) a un punto neutro del circuito, una segunda conexión (10b) a un punto neutro del circuito, una tercera conexión (10c) a un punto neutro del circuito, una cuarta conexión (10d) a un punto neutro del circuito, una quinta conexión (10e) a un punto medio del circuito, una sexta conexión (10f) a un punto medio del circuito, una séptima conexión (10g) a un punto medio del circuito, una octava conexión (10h) a un punto medio del circuito, una novena conexión (10i) a un punto medio del circuito, una décima conexión (10j) a un punto medio del circuito, una undécima conexión (10k) a un punto medio del circuito, una duodécima conexión (10l) a un punto medio del circuito.

Los puntos medios del circuito son porciones del circuito configuradas para tener la tensión de tierra, es decir, los puntos medios están a la tensión de tierra si el circuito no presenta faltas. Los puntos neutros del circuito eléctrico también están configurados para tener la tensión de tierra, es decir, los puntos neutros están a la tensión de tierra si el circuito no presenta faltas.

Las resistencias (91), (92), (93), (94), (95), (96) y/o los condensadores (81), (82), (83), (84), (85), (86) pueden formar parte del localizador o pueden formar parte de un circuito eléctrico que no forma parte del localizador.

La figura 2 muestra las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) del localizador. La primera conexión (10a) comprende un interruptor normalmente cerrado (13) y el resto de las conexiones eléctricas comprenden interruptores normalmente abiertos (14). Las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) conectan los puntos respectivos del circuito eléctrico con una resistencia de puesta a tierra (15). La resistencia de puesta a tierra (15) está eléctricamente conectada a tierra (16). La resistencia de puesta a tierra (15) es un ejemplo de impedancia limitadora de corriente.

Las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) están eléctricamente conectadas entre sí mediante fusibles (22). Los fusibles permiten evitar cortocircuitos producidos por un cierre indeseable de dos interruptores (13), (14) simultáneamente.

Un conjunto que comprende las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l), los fusibles (22) y la resistencia de puesta a tierra (15) se puede considerar un subsistema de puesta a tierra (12).

El localizador comprende un medidor de tensión (17) configurado para medir ondas de tensión de las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) con el interruptor (13), (14) cerrado. En concreto, el medidor de tensión (17) comprende unos terminales conectados dos extremos de la resistencia de puesta a tierra (15) de manera que el medidor de tensión (17) está configurado para medir una caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15).

El medidor de tensión (17) está comunicativamente conectado con los medios de procesamiento (20). Los medios de procesamiento (20) están comunicativamente conectados con un controlador (18) de los interruptores (13), (14). Los medios de procesamiento están conectados con el circuito eléctrico de manera que reciben señales de frecuencia (11) del circuito eléctrico. Las señales de frecuencia (11) pueden ser por ejemplo señales indicativas de frecuencia de conmutación de interruptores de uno o más convertidores del circuito eléctrico y/o señales indicativas de frecuencias de tensión alterna de una o varias porciones polifásicas del circuito eléctrico. La figura 1 ilustra un ejemplo en el que las señales frecuencia (11) son señales de frecuencia (11a), (11b), (11c), (11 d), (11e), (11f) indicativas de frecuencia de conmutación de los respectivos convertidores (1a), (1b), (1c), (1d), (1e), (1f).

La figura 3 muestra una porción de un localizador de faltas a tierra igual al localizador mostrado en la figura 2 salvo porque comprende unas resistencias adicionales (23) para limitación de corriente a la tierra (16). Tal como se ilustra en la figura 3, las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) comprenden una resistencia a cada lado de cada uno de los interruptores (13), (14). Las resistencias adicionales (23) permiten que el riesgo de cortocircuito entre dos puntos neutros, dos puntos medios y/o entre punto neutro y punto medio por el cierre simultáneo de dos o más de los interruptores (13), (14) se reduzca considerablemente a costa de perder resolución en la detección de una tensión indicativa de falta a tierra, ya que la caída de tensión de falta se reparte en tres regiones, una caída de tensión en una de las impedancias adicionales (23), una caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15) y una caída de tensión en la falta a tierra, disminuyendo la caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15). Las resistencias adicionales (23) son ejemplos de impedancias limitadoras de corriente. Cada una de las resistencias adicionales (23) puede ser igual al resto de resistencias adicionales.

Tal como se puede deducir de las figuras 2 y 3, el medidor de tensión (17) está configurado para medir una tensión a tierra de la o las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) con el o los interruptores (13), (14) cerrados. En concreto, el medidor de tensión (17) está configurado para medir una caída de tensión de la resistencia de puesta a tierra (15).

El cambio de estado de apertura a cierre y de cierre a apertura de los interruptores (13), (14) se controla mediante señales de control (19) generadas por el controlador (18). En algunas realizaciones no ilustradas los medios de procesamiento (20) comprenden el controlador (18).

Como los puntos neutros y los puntos medios conectados eléctricamente a las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l) están a la tensión de tierra (16), si el circuito no presenta faltas a tierra, la caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15) es sustancialmente cero voltios. Más en concreto, como el interruptor normalmente cerrado (13) conecta eléctricamente la tierra (16), ver figura 2 ó 3, con un punto neutro con la misma tensión que la tierra (16), ver figura 1, la corriente que circula por la primera conexión (10a) es cero amperios, siendo medida de la caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15) sustancialmente cero voltios.

En caso de que se produzca una falta a tierra en el circuito eléctrico parcialmente ilustrado en la figura 1, se incrementa la corriente que circula por la primera conexión (10a), incrementándose en valor absoluto una caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15). El medidor de tensión (17) mide una primera onda de tensión de la resistencia de puesta a tierra (15) y transmite la medida de la primera onda de tensión a los medios de procesamiento (20).

Los medios de procesamiento (20) están configurados para realizar una primera etapa a) de recepción de la medida de la primera onda de tensión de la primera conexión (10a).

Los medios de procesamiento (20) está configurados realizar una etapa b) de estimación de una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión medida y/o de estimación de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión medida. Estas estimaciones permiten determinar posibles ubicaciones de la falta a tierra. Estas estimaciones pueden ser estimaciones de componentes frecuenciales de la onda de tensión medida. Por ejemplo, las estimaciones de las componentes frecuenciales se pueden obtener calculando una transformada rápida de Fourier de una estimación de la onda de tensión medida, estimando la onda de tensión medida a partir de la medida de la onda de tensión.

Para detectar con mayor precisión la ubicación o localización de una falta a tierra del circuito eléctrico, los medios de procesamiento (20) pueden estar configurados para estimar la tensión continua de la componente continua de la onda de tensión medida y una tensión alterna de una componente alterna para cada frecuencia fundamental del circuito eléctrico, teniendo cada componente alterna una frecuencia fundamental del circuito eléctrico. Por ejemplo, en el circuito eléctrico parcialmente ilustrado en la figura 1, las frecuencias fundamentales pueden ser una primera frecuencia fundamental de la tensión del primer transformador (2a), una segunda frecuencia fundamental de la tensión segundo transformador (2b), una tercera frecuencia fundamental de la tensión de la impedancia trifásica (4) y una cuarta frecuencia fundamental de la tensión de la máquina eléctrica rotativa (5).

La frecuencia de la tensión alterna cuyo valor absoluto es superior a sustancialmente cero voltios permite delimitar posibles ubicaciones de una falta a tierra del circuito, coincidiendo la frecuencia de la tensión alterna con la frecuencia fundamental de la tensión en dichas posibles ubicaciones. Por ejemplo, si la única porción del circuito configurada para tener una tensión a la tercera frecuencia fundamental es la impedancia trifásica (4), si una frecuencia de la tensión alterna cuyo valor absoluto es superior a sustancialmente cero voltios es igual a la tercera frecuencia fundamental, esto es indicativo de que la falta a tierra está en la impedancia trifásica (4).

En otro ejemplo, la primera frecuencia fundamental es igual a la segunda frecuencia fundamental y el circuito eléctrico no comprende más porciones configuradas para tener una tensión alterna con una frecuencia igual a la primera frecuencia fundamental; entonces una frecuencia de la tensión alterna cuyo valor absoluto es superior a sustancialmente cero voltios igual a la primera frecuencia fundamental es indicativa de que la falta a tierra está en el primer transformador (2a) y/o en el segundo transformador (2b).

El valor absoluto de la tensión alterna puede ser, por ejemplo, un valor eficaz de la tensión alterna o una amplitud de la tensión alterna.

Una tensión continua estimada superior al valor de sustancialmente cero voltios es indicativa de una falta a tierra en una porción del circuito eléctrico, estando la porción del circuito eléctrico configurada para tener tensión continua. Un valor absoluto de la tensión alterna superior al valor de sustancialmente cero voltios es indicativo de una falta a tierra en una porción del circuito eléctrico, estando la porción del circuito eléctrico configurada para tener tensión alterna.

Los medios de procesamiento (20) están configurados para realizar una etapa c) que comprende abrir el interruptor normalmente cerrado (13) y cerrar un interruptor normalmente abierto (14) de otra de las conexiones eléctricas (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l).

Al abrir el interruptor normalmente cerrado (13) y cerrar el interruptor normalmente abierto (14), la corriente que circula por la resistencia de puesta a tierra (15) deja de ser la corriente que circula por el interruptor normalmente cerrado (13) y pasa a ser la corriente que circula por el interruptor normalmente abierto (14) que se ha cerrado. En este estado de los interruptores (13), (14) el medidor de tensión (17) mide una segunda onda de tensión de la resistencia de puesta a tierra (15) y transmite la medida a los medios de procesamiento (20).

Los medios de procesamiento (20) pueden estar configurados, por ejemplo, para seleccionar cuál de los interruptores normalmente abiertos (14) cerrar en base a la medida de la primera onda de tensión. Por ejemplo, los medios de procesamiento pueden estar configurados para cerrar un interruptor normalmente abierto (14) cuya conexión eléctrica está conectada a un punto de una porción del circuito configurada para tener tensión con una frecuencia fundamental, siendo la frecuencia fundamental igual a la frecuencia de la tensión alterna y/o continua estimada con un valor absoluto superior a sustancialmente cero voltios.

Los medios de procesamiento (20) están configurados para realizar una etapa d) de recepción de la medida de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a).

Los medios de procesamiento (20) están configurados para realizar una etapa e) de determinación de una porción del circuito eléctrico, teniendo la porción una falta a tierra; estando la determinación basada en la medida de la segunda onda de tensión. Esta determinación se puede realizar de diferentes maneras tal y como se explica a continuación.

La etapa e) puede comprender comparar un valor absoluto de la estimación de tensión continua de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión continua de una componente continua de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a). Esto permite mejorar la precisión de la detección de faltas a tierra en porciones del circuito configuradas para tener tensión continua. Un mayor valor absoluto de la estimación de la tensión continua de la etapa b) con respecto al valor absoluto de la estimación de tensión continua de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) es indicativa de que la falta a tierra es más próxima al punto eléctricamente conectado a la primera conexión (10a) que al punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a). Inversamente, un menor valor absoluto de la estimación de la tensión continua de la etapa b) con respecto al valor absoluto de la estimación de tensión continua de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) es indicativa de que la falta a tierra es más próxima el punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) que al punto eléctricamente conectado a la primera conexión (10a).

La etapa e) puede comprender comparar un valor absoluto de la estimación de tensión alterna de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión alterna de una componente alterna de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a), teniendo las dos tensiones alternas una frecuencia igual a una frecuencia fundamental de una porción polifásica del circuito eléctrico. Esto permite mejorar la precisión de la detección de faltas a tierra en porciones del circuito configuradas para tener tensión alterna a dicha frecuencia fundamental. Un mayor valor absoluto de la estimación de la tensión alterna de la etapa b) con respecto al valor absoluto de la estimación de tensión alterna de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) es indicativa de que la falta a tierra es más próxima al punto eléctricamente conectado a la primera conexión (10a) que al punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a). Inversamente, un menor valor absoluto de la estimación de la tensión alterna de la etapa b) con respecto al valor absoluto de la estimación de tensión alterna de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) es indicativa de que la falta a tierra es más próxima el punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a) que al punto eléctricamente conectado a la primera conexión (10a).

La determinación de la etapa e) puede estar basada en una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a un tercer armónico de un convertidor del circuito eléctrico. Esta manera de localizar una falta a tierra, permite mejorar la precisión de la localización. Si el circuito eléctrico comprende un convertidor entre la falta a tierra y el punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a), la falta a tierra causa que el punto reciba una tensión con frecuencia igual al tercer armónico, teniendo la tensión un valor absoluto superior a una tensión con la misma frecuencia pero de una conexión eléctrica conectada a un punto del circuito que no está separado de la falta a tierra por el convertidor.

La determinación de la etapa e) puede estar basada en una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a una frecuencia de conmutación de un convertidor del circuito eléctrico. Esta manera de localizar una falta a tierra permite mejorar la precisión de la localización. Si el circuito eléctrico comprende un convertidor entre la falta a tierra y el punto eléctricamente conectado a la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a), estando el convertidor accionado con la frecuencia de conmutación, la falta a tierra causa que el punto reciba una tensión con frecuencia igual a la frecuencia de conmutación, teniendo la tensión un valor absoluto superior a una tensión con la misma frecuencia pero de una conexión eléctrica conectada a un punto del circuito que no está separado de la falta a tierra por un convertidor accionado con dicha frecuencia de conmutación.

La etapa c) puede comprender cerrar los interruptores de todas las conexiones eléctricas distintas de la primera conexión (10a), preferiblemente de manera que no hay más de un interruptor cerrado simultáneamente. Esto permite que la determinación de la etapa e) se realice en base a medidas de ondas de tensión de todas las conexiones eléctricas (10a), (10b), (10c), (10d), (10e), (10f), (10g), (10h), (10i), (10j), (10k), (10l). Para asegurar que se miden las frecuencias fundamentales de todas las porciones polifásicas del circuito eléctrico se puede mantener cerrado cada uno de los interruptores un tiempo igual al valor inverso de la frecuencia fundamental más baja de las tensiones del circuito.

Los medios de procesamiento (20) pueden estar configurados para generar una señal de alarma en base a la medida de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a). De este modo, no solo se determina una localización de una falta a tierra en función de la medida de la segunda onda de tensión, sino que además se emite la señal de alarma. La señal de alarma puede comprender datos de localización de la porción del circuito que se ha determinado que tiene la falta a tierra.

El circuito eléctrico puede comprender unas protecciones para minimizar daños eléctricos, siendo los daños causados por las faltas a tierra. La protección conferida por cada protección eléctrica puede depender de la localización de la falta a tierra. Por ello, la protección a activar puede depender de la localización de la falta a tierra, es decir, la protección a activar puede ser seleccionada en base a la medida de la segunda onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la primera conexión (10a).

La condición de que no aparezca tercer armónico en la medida de tensión a tierra de una de las conexiones eléctricas implica que el interruptor (13), (14) accionado está en la misma zona que el defecto, es decir, que no existe electrónica de potencia entre la falta y el punto neutro/medio en el que se mide dicha tensión.

La figura 4 muestra un método (100) de detección de faltas a tierra de acuerdo con algunas realizaciones la invención. Este método (100) puede implementarse con el localizador de faltas a tierra ilustrado en la figura 2 o con el localizador de faltas a tierra ilustrado en la figura 3. En una primera etapa (24) del método (100) se mide una onda de tensión a tierra de un punto de un circuito eléctrico. En una segunda etapa (25) del método (100) se estima una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión a tierra medida en la primera etapa (24) y/o se estima una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión a tierra medida en la primera etapa (24). En una tercera etapa (26) se compara un valor absoluto de la tensión continua estimada en la segunda etapa (25) con un umbral de falta a tierra y/o se compara un valor absoluto de la tensión alterna estimada en la segunda etapa (25) con un umbral de falta a tierra. En caso de que ninguno de los valores absolutos sea superior al respectivo umbral de falta a tierra se regresa a la primera etapa (24) de medición de la onda de tensión a tierra de un punto del circuito eléctrico, preferiblemente sin cambiar el estado de ninguno de los interruptores de las conexiones eléctricas del localizador. En caso de que al menos uno de los valores absolutos sea superior al umbral, el método avanza opcionalmente a una cuarta etapa (27) de cierre de uno o varios de los interruptores de las conexiones eléctricas para habilitar una quinta etapa (28) en la que se mide una onda de tensión a tierra de otro punto del circuito eléctrico. En una sexta etapa (29) del método (100) se determina una porción del circuito eléctrico, teniendo la porción una falta a tierra.

En este texto, el término “comprende” y sus variantes (como “comprendiendo”, etc.) no deben entenderse de forma excluyente, es decir, estos excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos, etc.

Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1- Localizador de faltas a tierra para un circuito eléctrico; estando el localizador caracterizado por que comprende:

   - conexiones eléctricas (10a, 10b) configuradas para conectar los puntos respectivos del circuito eléctrico con una resistencia de puesta a tierra (15), donde la resistencia de puesta a tierra (15) está eléctricamente conectada a tierra (16), , teniendo cada conexión eléctrica (10a, 10b) un interruptor (13, 14), y donde las conexiones eléctricas (10a, 10b) están eléctricamente conectadas entre sí mediante fusibles (22);

   - un medidor de tensión (17) configurado para medir ondas de tensión de las conexiones eléctricas (10a, 10b) con el interruptor (13, 14) cerrado, donde el medidor de tensión (17) comprende unos terminales conectados a dos extremos de la resistencia de puesta a tierra (15) de manera que el medidor de tensión (17) está configurado para medir una caída de tensión en la resistencia de puesta a tierra (15);

   - un controlador (18) configurado para generar señales de control (19) y para controlar, mediante dichas señales de control (19), el cambio de estado de apertura a cierre y de cierre a apertura de los interruptores (13, 14);

   - medios de procesamiento (20) comunicativamente conectados con el medidor de tensión (17) y con el controlador (18) de los interruptores (13, 14), estando los medios de procesamiento (20) configurados para realizar las siguientes etapas:

   a) recibir una medida de una onda de tensión de al menos una de las conexiones eléctricas (10a, 10b);

   b) estimar una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión medida y/o estimar una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión medida;

   c) al determinar que un valor absoluto de la tensión continua estimada excede un umbral de falta a tierra y/o determinar que un valor absoluto de la tensión alterna estimada excede un umbral de falta a tierra, cerrar el interruptor de una de las conexiones eléctricas distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) de manera que el medidor de tensión mide una onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a);

   d) recibir la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a);

   e) determinar que una porción de un circuito eléctrico tiene una falta a tierra, estando la determinación de la porción del circuito basada en la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a).

   2- El localizador de faltas a tierra de la reivindicación 1, comprendiendo cada una de las conexiones eléctricas (10a, 10b) una impedancia limitadora de corriente a cada lado del interruptor de la conexión eléctrica.

   3- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando los medios de procesamiento configurados para estimar la tensión continua y/o estimar la tensión alterna de la etapa b) en base a una transformada rápida de Fourier de la medida de la onda de tensión recibida en la etapa a).

   4- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa c) mantener abiertos los interruptores del resto de las conexiones eléctricas al determinar que el valor absoluto de la tensión continua estimada excede el umbral de falta a tierra y/o determinar que el valor absoluto de la tensión alterna estimada excede el umbral de falta a tierra.

   5- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando los medios de procesamiento configurados para mantener el interruptor de una de las conexiones eléctricas normalmente cerrado y para mantener los interruptores del resto de las conexiones eléctricas normalmente abiertos; siendo la al menos una conexión eléctrica de la etapa a) una única conexión eléctrica y siendo el interruptor normalmente cerrado el interruptor de la conexión eléctrica de la etapa a).

   6- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la etapa e) comparar el valor absoluto de la estimación de tensión continua de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a); estando los medios de procesamiento configurados para indicar que la falta a tierra es más próxima a la conexión eléctrica con mayor valor absoluto de la estimación de tensión continua que a la conexión eléctrica con menor valor absoluto de la estimación de tensión continua.

   7- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando los medios de procesamiento configurados para generar una señal de alarma (21) en base a la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a).

   8- El localizador de faltas a tierra de la reivindicación 7, comprendiendo la señal de alarma (21) datos de localización de una porción de un circuito determinada en la etapa e).

   9- El localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y protecciones para un circuito eléctrico, estando los medios de procesamiento configurados para seleccionar al menos una de las protecciones y activar la al menos una de las protecciones seleccionada, estando la selección basada en la medida de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a).

   10- Circuito eléctrico, comprendiendo el circuito eléctrico el localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y uno o varios convertidores (1a, 1b), estando el circuito eléctrico caracterizado por que:

   - las conexiones eléctricas del localizador conectan eléctricamente puntos del circuito eléctrico a tierra;

   - los medios de procesamiento están configurados para que la componente alterna de la etapa b) tenga una frecuencia igual a una frecuencia fundamental de una porción polifásica del circuito eléctrico.

   11- El circuito eléctrico de la reivindicación 10, siendo los puntos del circuito eléctrico al menos un punto neutro de una porción polifásica del circuito eléctrico y/o al menos un punto medio de una porción del circuito eléctrico configurada para tener tensión continua; y siendo los valores umbrales de falta a tierra sustancialmente cero voltios.

   12- El circuito eléctrico de la reivindicación 10 u 11, comprendiendo la etapa e) comparar el valor absoluto de la estimación de tensión alterna de la etapa b) con un valor absoluto de una estimación de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a la frecuencia fundamental de la porción polifásica del circuito eléctrico; estando los medios de procesamiento configurados para indicar que la falta a tierra es más próxima a la conexión eléctrica con mayor valor absoluto de la estimación de tensión alterna que a la conexión eléctrica con menor valor absoluto de la estimación de tensión alterna.

   13- El circuito eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, siendo la determinación de la etapa e) en base a una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a una frecuencia de conmutación de un convertidor del circuito eléctrico.

   14- El circuito eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, siendo la determinación de la etapa e) en base a una medida de una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión de la conexión eléctrica distinta de la al menos una conexión eléctrica de la etapa a), teniendo la componente alterna una frecuencia igual a un tercer armónico de un convertidor del circuito eléctrico.

   15- Método (100) de localización de faltas a tierra de un circuito eléctrico, comprendiendo el circuito eléctrico uno o varios convertidores; estando el método caracterizado por que comprende las etapas:

   a) medir una onda de tensión a tierra de un punto del circuito eléctrico;

   b) estimar una tensión continua de una componente continua de la onda de tensión a tierra medida y/o estimar una tensión alterna de una componente alterna de la onda de tensión a tierra medida;

   c) al determinar que un valor absoluto de la tensión continua estimada excede un umbral de falta a tierra y/o determinar que un valor absoluto de la tensión alterna estimada excede un umbral de falta a tierra, medir una tensión a tierra de otro punto del circuito eléctrico, siendo el otro punto del circuito eléctrico distinto del punto de la etapa a);

   d) medir una onda de tensión a tierra del otro punto del circuito eléctrico;

   e) determinar que una porción de un circuito eléctrico tiene una falta a tierra, estando la determinación de la porción del circuito basada en la medida de la onda de tensión de la etapa d).

   16- El método de la reivindicación 15 realizado por el localizador de faltas a tierra de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 o por el circuito eléctrico de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14.