ES2953458B2 - Método y Sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona - Google Patents
Método y Sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncronaInfo
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Description
DESCRIPCIÓN
Método y sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un método y un sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona. El método y el sistema de la presente invención está especialmente indicado para máquinas síncronas que funcionan a tensión y frecuencia variable.
El método y el sistema de la presente invención permiten anular el efecto del tercer armónico de corriente eléctrica en la detección de faltas a tierra en el devanado estatórico de una máquina síncrona, sin necesidad de inyectar una corriente en dicho devanado para anular la componente de tercer armónico, y permitiendo adaptarse a distintas condiciones de funcionamiento de la máquina síncrona (distintas frecuencias y niveles de tensión en el devanado estatórico).
El sistema y el método de la presente invención son de especial aplicación en la industria dedicada al mantenimiento de máquinas eléctricas, en donde se emplean sistemas de supervisión y diagnóstico de fallos en los devanados de las máquinas eléctricas.
Antecedentes de la invención y problem a técnico a reso lver
Toda instalación eléctrica debe estar dotada de sistemas de protección que la hagan segura ante defectos que puedan causar daños tanto a las propias instalaciones como a las personas. Las máquinas eléctricas rotativas, además del cumplimiento de las exigencias de seguridad, deben garantizar el cumplimiento de exigencias mínimas de fiabilidad.
El devanado estatórico de las máquinas síncronas puede verse afectado por faltas a tierra debido a diferentes causas, entre las cuales se encuentran el deterioro del aislamiento, los efectos de sobretensiones, los defectos constructivos y los desplazamientos del devanado. Si la falta no se despejara adecuadamente, existe la posibilidad de que se produzca un segundo defecto a tierra, cortocircuitando a través de tierra una parte del devanado.
Para máquinas síncronas con neutro puesto a tierra de modo que se limite la corriente de defecto y se reduzcan las sobretensiones en caso de falta, los regímenes de puesta a tierra más extendidos son a través de una impedancia de puesta a tierra y a través de un transformador de puesta a tierra.
En estos sistemas, el estado de la técnica incluye la función de protección ANSI 64G, que permite limitar la duración del defecto y de esta forma reducir los daños en la chapa por sobrecorrientes y en las fases sanas por sobretensiones. Esta función incluye, entre otros, al menos una protección por sobrecorriente (ANSI 51N), o más frecuentemente por sobretensión o desplazamiento de tensión del neutro (ANSI 59N) en la puesta a tierra o en el secundario del transformador de puesta a tierra. Estas funciones permiten proteger el tramo devanado en el cual una falta a tierra resultaría tener mayor severidad por producirse en puntos con mayores diferencias de tensión, esto es, excluyendo cierto tramo del lado del neutro, para evitar falsos disparos. En ocasiones se complementan estas funciones con una protección diferencial de neutro, basada en la componente homopolar (ANSI 87N).
Las funciones anteriores funcionan con ajuste fijo para la frecuencia y para la tensión asignadas del sistema, puesto que están concebidas para máquinas síncronas acopladas a sistemas eléctricos de potencia donde se puede considerar que la máquina opera a frecuencia y tensión prácticamente constante. Lo mismo ocurre con las diferentes variantes de protección relacionadas con componentes homopolares y en concreto el tercer armónico.
Existe en la actualidad una carencia de detección (y protección) tierra estátor en máquinas síncronas que operan en condiciones de frecuencia y tensión variable, ya sea por la naturaleza del recurso primario como en los sistemas de generación eólica de velocidad variable con generador síncrono, o por las condiciones de explotación como en los alternadores utilizados en transmisiones diesel-eléctricas de diversos medios de transporte. La misma necesidad de detección y protección se presenta en el proceso de arranque de grupos de generación con máquinas síncronas, al excitar hasta alcanzar las condiciones necesarias para el acoplamiento a red.
Descripción de la invención
Con objeto de incorporar una función de detección (y protección) tierra estátor en máquinas síncronas que operan a frecuencia y tensión variables, es apropiado disponer de una función que sea autoadaptativa en función de las condiciones de operación en cada instante. Con respecto a la autoadaptación relativa a la frecuencia, cabe indicar que teniendo en cuenta que en muchas aplicaciones el generador suele acometer a un puente rectificador (y por lo tanto el contenido de tercer armónico de la corriente se espera que sea elevado), resulta de suma importancia que la protección sea capaz de eliminar específicamente dicho contenido y filtrar solo la componente fundamental para detectar defectos a tierra, evitando los disparos intempestivos que de lo contrario se producirían. Además es conveniente que la función autoadaptativa no requiera importante equipamiento adicional, que sea robusto, sencillo y económico y que no requiera poner fuera de servicio el sistema cada vez que se realicen trabajos en la máquina.
Así pues, la presente invención se refiere a un método y un sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona.
El sistema de detección de faltas a tierra en el estátor (en el devanado del estátor) de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, es adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que conecta un punto neutro del devanado del estátor de la máquina síncrona a una puesta a tierra.
Novedosamente, el sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, comprende:
- un primer dispositivo de medición configurado para medir una tensión en el estátor de la máquina síncrona;
- un segundo dispositivo de medición configurado para medir una magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra;
- un módulo de obtención de un valor de frecuencia, conectado al primer dispositivo de medición y configurado para obtener el valor de frecuencia, “f”, instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición;
- un módulo de obtención de un valor pico, conectado al primer dispositivo de medición y configurado para obtener el valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición;
- un módulo de obtención de una componente de frecuencia, conectado al módulo de obtención de un valor de frecuencia y al segundo dispositivo de medición y configurado para obtener un valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra, donde dicha frecuencia “f” es la frecuencia instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición;
- un módulo de obtención de un valor umbral, conectado al módulo de obtención de un valor pico y configurado para obtener un valor umbral dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición, y;
- un módulo de comparación, conectado al módulo de obtención de un valor umbral y al módulo de obtención de una componente de frecuencia, donde el módulo de comparación está configurado para comparar el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra con el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral;
donde el módulo de comparación está configurado para emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona en caso de determinar que el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra sea mayor que el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral.
Gracias al sistema de detección de faltas a tierra descrito anteriormente, se permite detectar faltas a tierra en el estátor (en el devanado del estátor) de la máquina síncrona en situaciones en las que la tensión en el devanado del estátor puede ser variable tanto en módulo como en frecuencia, ya que el sistema permite determinar el valor umbral para la comparación en función del valor pico de tensión, U, y de la frecuencia de la tensión en el estátor de la máquina síncrona.
El sistema permite igualmente neutralizar la componente de tercer armónico que podría influir negativamente en la detección de la falta a tierra, ya que para la determinación de la falta a tierra en el módulo de comparación únicamente se tiene en cuenta la componente de frecuencia, “f” , de la magnitud eléctrica medida por el segundo dispositivo de medición.
Asimismo, el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral puede estar seleccionado (calculado) de tal forma que se desestimen faltas a tierra a una distancia, x, del punto neutro muy reducidas (muy cerca del punto neutro), ya que su eventual consideración podría dar lugar a falsas alarmas o a disparos intempestivos de los sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona, dejando la máquina síncrona fuera de servicio en situaciones que no exigirían una medida de protección tan drástica.
Los sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona no forman parte del objeto de la presente invención.
El sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, puede estar especialmente indicado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que comprende una impedancia de puesta a tierra entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
En estos casos, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra y medida por el segundo dispositivo de medición puede ser una corriente eléctrica que circula por la impedancia de puesta a tierra, en cuyo caso el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral es un valor umbral de corriente, Ik, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición. Alternativamente, en estos casos, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra y medida por el segundo dispositivo de medición puede ser una caída de tensión en la impedancia de puesta a tierra, en cuyo caso el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral es un valor umbral de tensión, Uk, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición.
Por otra parte, el sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, puede estar especialmente indicado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que comprende un transformador entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra, y donde el devanado secundario del transformador tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario.
En los casos mencionados en el párrafo anterior, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra y medida por el segundo dispositivo de medición puede ser una corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario, en cuyo caso el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral es un valor umbral de corriente, I’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición. Alternativamente, en los casos mencionados en el párrafo anterior, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra y medida por el segundo dispositivo de medición puede ser una caída de tensión en la impedancia de devanado secundario, en cuyo caso el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral es un valor umbral de tensión, U’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición.
La tensión en el estátor de la máquina síncrona medida por el primer dispositivo de medición puede ser una tensión entre dos fases del devanado del estátor (tensión de línea).
Tal y como ya ha sido introducido, la presente invención se refiere también a un método de detección de faltas a tierra en el estátor (en el devanado del estátor) de una máquina síncrona, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que conecta un punto neutro del devanado del estátor de la máquina síncrona a una puesta a tierra.
Novedosamente, el método de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, comprende:
- medir una tensión en el estátor de la máquina síncrona;
- medir una magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra;
- obtener el valor de frecuencia, “f” , instantánea de la tensión medida en el estátor;
- obtener el valor pico, U, de la tensión medida en el estátor;
- obtener un valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra, donde dicha frecuencia “f” es la frecuencia instantánea de la tensión medida en el estátor;
- obtener un valor umbral dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor;
- comparar el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra con el valor umbral obtenido y dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor, y;
- determinar que se ha producido una falta a tierra en el estátor de la máquina síncrona si el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra es mayor que el valor umbral obtenido y dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor.
El método de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, puede estar especialmente indicado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que comprende una impedancia de puesta a tierra entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
En estos casos, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra puede ser una corriente eléctrica que circula por la impedancia de puesta a tierra, en cuyo caso el valor umbral obtenido es un valor umbral de corriente, Ik, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor. Alternativamente, en estos casos mencionados en el párrafo anterior, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra puede ser una caída de tensión en la impedancia de puesta a tierra, en cuyo caso el valor umbral obtenido es un valor umbral de tensión, Uk, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor.
Por otra parte, el método de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, puede estar especialmente indicado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra que comprende un transformador entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra, y donde el devanado secundario del transformador tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario.
En los casos mencionados en el párrafo anterior, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra puede ser una corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario, en cuyo caso el valor umbral obtenido es un valor umbral de corriente, I’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor. Alternativamente, en los casos mencionados en el párrafo anterior, la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra puede ser una caída de tensión en la impedancia de devanado secundario, en cuyo caso el valor umbral obtenido es un valor umbral de tensión, U’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor.
Según el método de la invención, la tensión medida en el estátor de la máquina síncrona puede ser una tensión entre dos fases del devanado del estátor (tensión de línea).
El método de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona, objeto de la presente invención, puede comprender emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona en caso de determinar que se ha producido una falta a tierra en el estátor de la máquina síncrona.
Breve descripc ión de las figuras
Se describen aquí de forma breve una serie de figuras, de ejemplos no limitativos, que ayudan a comprender mejor la invención:
La Figura 1 muestra una posible configuración del sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona objeto de la presente invención, en donde el segundo dispositivo de medición está configurado para medir una corriente eléctrica que circula por una impedancia de puesta a tierra entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
La Figura 2 muestra una posible configuración del sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona objeto de la presente invención, en donde el segundo dispositivo de medición está configurado para medir una caída de tensión en una impedancia de puesta a tierra entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
La Figura 3 muestra una posible configuración del sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona objeto de la presente invención, en donde el segundo dispositivo de medición está configurado para medir una corriente eléctrica que circula por una impedancia de devanado secundario en un transformador conectado entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
La Figura 4 muestra una posible configuración del sistema de detección de faltas a tierra en el estátor de una máquina síncrona objeto de la presente invención, en donde el segundo dispositivo de medición está configurado para medir una caída de tensión en una impedancia de devanado secundario en un transformador conectado entre el punto neutro del devanado del estátor y la puesta a tierra.
La Figura 5 muestra una gráfica, a modo de ejemplo, de la comparación realizada en el módulo de comparación del sistema de la invención y en la etapa de comparación del método de la invención.
Descripción detallada
Se procede a continuación a hacer una descripción de al menos una posible forma de realización del sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona objeto de la presente invención.
La máquina síncrona está vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) del devanado del estátor (200).
Tal y como se muestra en la Figura 1 y en la Figura 2, este sistema de puesta a tierra (300) puede comprender una conexión del punto neutro (201) del devanado del estátor (200) de la máquina síncrona, a través de una impedancia de puesta a tierra (301), con una puesta a tierra (302).
Alternativamente, tal y como se muestra en la Figura 3 y en la Figura 4, este sistema de puesta a tierra (300) puede comprender una conexión del punto neutro (201) del devanado del estátor (200) de la máquina síncrona, a través de un transformador (303), con una puesta a tierra (302), donde el devanado secundario (303’) del transformador (303) tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario (304).
El sistema (100) comprende un primer dispositivo de medición (101), configurado para medir una tensión de línea (tensión compuesta o tensión fase-fase) en el estátor (200) de una máquina síncrona.
El sistema (100) comprende también un segundo dispositivo de medición (102) configurado para medir una magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) vinculado a la maquina síncrona.
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 1 y en la Figura 2, esta magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) puede ser una corriente eléctrica (ver Figura 1) que circula por la impedancia de puesta a tierra (301) o una caída de tensión (ver Figura 2) en dicha impedancia de puesta a tierra (301).
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 3 y en la Figura 4, esta magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) puede ser una corriente eléctrica (ver Figura 3) que circula por la impedancia de devanado secundario (304) o una caída de tensión (ver Figura 4) en dicha impedancia de devanado secundario (304).
En condiciones normales, cuando no existe una falta a tierra en el devanado del estátor (200) de la máquina síncrona, la corriente eléctrica que circula entre el punto neutro (201) y la puesta a tierra (302) es muy baja o nula. Sin embargo, cuando se produce una falta a tierra en algún punto del devanado del estátor (200), existe una corriente eléctrica que circula por el sistema de puesta a tierra (300). Esta corriente eléctrica que circula por el sistema de puesta a tierra (300) en caso de falta a tierra es tanto mayor cuanto mayor es la distancia, x, desde el punto neutro (201) hasta el punto del devanado del estátor (200) en donde se produce la falta a tierra.
La corriente eléctrica que circula por el sistema de puesta a tierra (300) (y/o la caída de tensión producida por dicha corriente eléctrica en la impedancia de puesta a tierra (301)), o la corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario (304), (y/o la caída de tensión producida por dicha corriente eléctrica en la impedancia de devanado secundario (304)) es susceptible de ser medida por el segundo dispositivo de medición (102).
El sistema (100) comprende un módulo de obtención de un valor de frecuencia (103), conectado al primer dispositivo de medición (101) y configurado para obtener el valor de frecuencia, f, instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101).
Asimismo, el sistema (100) comprende un módulo de obtención de un valor pico (104), conectado al primer dispositivo de medición (101) y configurado para obtener el valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101).
El sistema (100) comprende también un módulo de obtención de una componente de frecuencia (105), conectado al módulo de obtención de un valor de frecuencia (103) y al segundo dispositivo de medición (102) y configurado para obtener un valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300), donde dicha frecuencia “f” es la frecuencia instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101).
El sistema (100) comprende un módulo de obtención de un valor umbral (106), conectado al módulo de obtención de un valor pico (104) y configurado para obtener un valor umbral de corriente, Ik o I’k, o un valor umbral de tensión, Uk o U’k, donde dicho valor umbral es dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101).
Para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 1 y en la Figura 2, el valor umbral de corriente, Ik, se puede calcular como:
y el valor umbral de tensión, Uk, se puede calcular como:
Donde “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301) y donde el valor “X<0>” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno (desde x = 0 hasta x = 1) dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
Por otra parte, para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra como el mostrado en la Figura 3 y en la Figura 4, donde el transformador (303) tiene una relación de transformación “r” , y la impedancia de devanado secundario (304) tiene una resistencia de valor “R”, el valor umbral de corriente, I’k, se puede calcular, basándose en la fórmula anterior del valor umbral Ik, como:
y el valor umbral de tensión, U’k, se puede calcular, basándose en la fórmula anterior del valor umbral Uk, como:
Por último, el sistema (100) comprende un módulo de comparación (107), conectado al módulo de obtención de un valor umbral (106) y al módulo de obtención de una componente de frecuencia (105).
El módulo de comparación (107) está configurado para comparar el valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) con el valor umbral de corriente, Ik o I’k, o con el valor umbral de tensión, Uk o U’k.
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 1 y en la Figura 2, y en caso de que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) sea la corriente eléctrica (ver Figura 1) que circula por la impedancia de puesta a tierra (301), el módulo de obtención de un valor umbral (106) está configurado para obtener un valor umbral de corriente, Ik, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101). En este caso, el módulo de comparación (107) está configurado para comparar la componente de frecuencia “f” de la corriente eléctrica que circula por la impedancia de puesta a tierra (301) con el valor umbral de corriente, Ik.
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 1 y en la Figura 2, y en caso de que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) sea la caída de tensión (ver Figura 2) en la impedancia de puesta a tierra (301), el módulo de obtención de un valor umbral (106) está configurado para obtener un valor umbral de tensión, Uk, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101). En este caso, el módulo de comparación (107) está configurado para comparar la componente de frecuencia “f” de la caída de tensión en la impedancia de puesta a tierra (301) con el valor umbral de tensión, Uk.
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 3 y en la Figura 4, y en caso de que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) sea la corriente eléctrica (ver Figura 3) que circula por la impedancia de devanado secundario (304), el módulo de obtención de un valor umbral (106) está configurado para obtener un valor umbral de corriente, I’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101). En este caso, el módulo de comparación (107) está configurado para comparar la componente de frecuencia “f” de la corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario (304) con el valor umbral de corriente, I’k.
En el caso de un sistema de puesta a tierra (300) como el mostrado en la Figura 3 y en la Figura 4, y en caso de que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) sea la caída de tensión (ver Figura 4) en la impedancia de devanado secundario (304), el módulo de obtención de un valor umbral (106) está configurado para obtener un valor umbral de tensión, U’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101). En este caso, el módulo de comparación (107) está configurado para comparar la componente de frecuencia “f” de la caída de tensión en la impedancia de devanado secundario (304) con el valor umbral de tensión, U’k.
La comparación efectuada en el módulo de comparación (107) puede dar lugar a determinar que el valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) sea mayor que el valor umbral de corriente, (Ik, I’k, según el caso) o con el valor umbral de tensión, (Uk, U’k según el caso). En este caso, el módulo de comparación (107) puede estar configurado para emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de los sistemas de protección de la máquina síncrona (ajenos a la presente invención). De esta forma, se puede tener conocimiento de una falta a tierra ocurrida en el devanado del estátor (200) de la máquina síncrona y/o producir la actuación automática de los sistemas de protección que permitan extinguir la falta a tierra y/o cortar la corriente que circula por las fases del devanado del estátor (200).
En la Figura 5 se muestra una gráfica de un ejemplo de la comparación efectuada en el módulo de comparación (107), para dos medidas diferentes de tensión (U<a>y U<b>) efectuadas por el primer dispositivo de medición (101). La Figura 5 muestra también, de manera esquemática en su parte inferior, una de las fases del devanado del estátor (200) de la máquina síncrona.
Para cada tensión de trabajo (U<a>, U<b>) medida por el primer dispositivo de medición (101), existe un valor diferente de la corriente de falta a tierra en caso de producirse una falta a tierra en el devanado del estátor (200).
La Figura 5 muestra, para cada una de las dos medidas de tensión (U<a>y U<b>) efectuadas por el primer dispositivo de medición (101), la variación de la componente de frecuencia “f” de la corriente de falta (IgfA, IgfB) (corriente de falta que mediría el segundo dispositivo de medición (102), suponiéndose un sistema como el de la Figura 1) dependiendo de la distancia, x, (considerada desde el punto neutro (201)), a la que se produce la falta a tierra dentro del devanado del estátor (200). La distancia, x, expresa, en tanto por uno (desde x = 0 hasta x = 1) la distancia a la que se produce la falta a tierra dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
Asimismo, en la Figura 5 se observa, para cada una de las dos medidas de tensión (U<a>y U<b>) efectuadas por el primer dispositivo de medición (101), los valores umbrales de corriente (I<ka>, I<kb>) determinados por el módulo de obtención de un valor umbral (106), para un ajuste<xq>.
Como puede verse en la Figura 5, a partir de una distancia de falta a tierra, x=xo, en el devanado del estátor (200), el valor de la componente de frecuencia “f” de la corriente de falta (IgfA, IgfB) a tierra supera el respectivo valor umbral de corriente (I<ka>, I<kb>).
Por tanto, en el caso del ejemplo de la Figura 5, a partir de una distancia de falta a tierra, x=xo, en el devanado del estátor (200), el módulo de comparación (107) determinaría que el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) (en este caso la corriente que circula por el sistema de puesta a tierra (300)) es mayor que el valor umbral de corriente, I<ka>, I<kb>. En este caso, el módulo de comparación (107) detectaría la falta a tierra y podría emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de los sistemas de protección de la máquina síncrona (ajenos a la presente invención).
El módulo de obtención de un valor umbral (106) está preferentemente configurado y/o calibrado para determinar el correspondiente valor umbral de corriente, I<k>, I’<k>(<o>el correspondiente valor umbral de tensión, U<k>, U’<k>según el caso), mediante el ajuste del parámetro xo, de manera que se evite la generación de una alarma o se evite el disparo de los sistemas de protección de la máquina síncrona en el caso de faltas a tierra producidas en el devanado del estátor (200) muy cerca del punto neutro (201), para evitar así falsas alarmas o posibles disparos intempestivos de los sistemas de protección de la máquina síncrona.
Claims (13)
- r e iv in d ic a c io n e s 1. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que conecta un punto neutro (201) del devanado del estátor (200) de la máquina síncrona a una puesta a tierra (302), donde el sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona estácaracterizadopor que comprende: - un primer dispositivo de medición (101) configurado para medir una tensión en el estátor (200) de la máquina síncrona; - un segundo dispositivo de medición (102) configurado para medir una magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300); - un módulo de obtención de un valor de frecuencia (103), conectado al primer dispositivo de medición (101) y configurado para obtener el valor de frecuencia, “f”, instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101); - un módulo de obtención de un valor pico (104), conectado al primer dispositivo de medición (101) y configurado para obtener el valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101); - un módulo de obtención de una componente de frecuencia (105), conectado al módulo de obtención de un valor de frecuencia (103) y al segundo dispositivo de medición (102) y configurado para obtener un valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300), donde dicha frecuencia “f” es la frecuencia instantánea de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101); - un módulo de obtención de un valor umbral (106), conectado al módulo de obtención de un valor pico (104) y configurado para obtener un valor umbral dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101), y; - un módulo de comparación (107), conectado al módulo de obtención de un valor umbral (106) y al módulo de obtención de una componente de frecuencia (105), donde el módulo de comparación (107) está configurado para comparar el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) con el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106); donde el módulo de comparación (107) está configurado para emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona en caso de determinar que el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) sea mayor que el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106).
- 2. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 1, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende una impedancia de puesta a tierra (301) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302) ,caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) es una corriente eléctrica que circula por la impedancia de puesta a tierra (301) y donde el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106) es un valor umbral de corriente, Ik, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101), y donde dicho valor umbral de corriente viene dado por la expresión:donde: “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; “xo” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 3. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 1, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende una impedancia de puesta a tierra (301) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302) ,caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) es una caída de tensión en la impedancia de puesta a tierra (301) y donde el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106) es un valor umbral de tensión, Uk, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101), y donde dicho valor umbral de tensión viene dado por la expresión:donde: “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; ‘V expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 4. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 1, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende un transformador (303) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302), y donde el devanado secundario (303’) del transformador (303) tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario (304),caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) es una corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario (304) y donde el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106) es un valor umbral de corriente, I’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101), y donde dicho valor umbral de corriente viene dado por la expresión:donde:y donde: “r” representa la relación de transformación del transformador; “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; “X<0>” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 5. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 1, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende un transformador (303) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302), y donde el devanado secundario (303’) del transformador (303) tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario (304),caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) y medida por el segundo dispositivo de medición (102) es una caída de tensión en la impedancia de devanado secundario (304) y donde el valor umbral obtenido por el módulo de obtención de un valor umbral (106) es un valor umbral de tensión, U’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida por el primer dispositivo de medición (101), y donde dicho valor umbral de tensión viene dado por la expresión:donde:y donde: “r” representa la relación de transformación del transformador; “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; ‘V expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 6. Sistema (100) de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadopor que la tensión en el estátor (200) de la máquina síncrona medida por el primer dispositivo de medición (101) es una tensión entre dos fases del devanado del estátor (200).
- 7. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que conecta un punto neutro (201) del devanado del estátor (200) de la máquina síncrona a una puesta a tierra (302), donde el método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona estácaracterizadopor que comprende: - medir una tensión en el estátor (200) de la máquina síncrona; - medir una magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300); - obtener el valor de frecuencia, “f” , instantánea de la tensión medida en el estátor (200); - obtener el valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200); - obtener un valor de una componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300), donde dicha frecuencia “f” es la frecuencia instantánea de la tensión medida por en el estátor (200); - obtener un valor umbral dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200); - comparar el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) con el valor umbral obtenido y dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200), y; - determinar que se ha producido una falta a tierra en el estátor (200) de la máquina síncrona si el valor de la componente de frecuencia “f” de la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) es mayor que el valor umbral obtenido y dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200).
- 8. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 7, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende una impedancia de puesta a tierra (301) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302) ,caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) es una corriente eléctrica que circula por la impedancia de puesta a tierra (301) y donde el valor umbral obtenido es un valor umbral de corriente, Ik, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200), y donde dicho valor umbral de corriente viene dado por la expresión:donde: “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; “xo” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 9. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 7, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende una impedancia de puesta a tierra (301) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302) ,caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) es una caída de tensión en la impedancia de puesta a tierra (301) y donde el valor umbral obtenido es un valor umbral de tensión, Uk, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200), y donde dicho valor umbral de tensión viene dado por la expresión:donde: “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; ‘V expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 10. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 7, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende un transformador (303) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302), y donde el devanado secundario (303’) del transformador (303) tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario (304),caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) es una corriente eléctrica que circula por la impedancia de devanado secundario (304) y donde el valor umbral obtenido es un valor umbral de corriente, I’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200), y donde dicho valor umbral de corriente viene dado por la expresión:donde:y donde: “r” representa la relación de transformación del transformador; “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; “X<0>” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 11. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según la reivindicación 7, adecuado para una máquina síncrona vinculada a un sistema de puesta a tierra (300) que comprende un transformador (303) entre el punto neutro (201) del devanado del estátor (200) y la puesta a tierra (302), y donde el devanado secundario (303’) del transformador (303) tiene y/o está conectado a una impedancia de devanado secundario (304),caracterizadopor que la magnitud eléctrica asociada al sistema de puesta a tierra (300) es una caída de tensión en la impedancia de devanado secundario (304) y donde el valor umbral obtenido es un valor umbral de tensión, U’k, dependiente del valor pico, U, de la tensión medida en el estátor (200), y donde dicho valor umbral de tensión viene dado por la expresión:donde:y donde: “r” representa la relación de transformación del transformador; “R” expresa el valor de resistencia de la impedancia de puesta a tierra (301), y; “X<0>” expresa el valor de un parámetro ajustable correspondiente a la distancia del punto neutro (201) de producción de la falta menos severa que se desea proteger, en una escala en tanto por uno, desde x = 0 hasta x = 1, dentro del devanado del estátor (200), donde el valor x = 0 se refiere al punto neutro (201) y x = 1 al punto más alejado del punto neutro (201), dentro del devanado del estátor (200).
- 12. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11,caracterizadopor que la tensión medida en el estátor (200) de la máquina síncrona es una tensión entre dos fases del devanado del estátor (200).
- 13. Método de detección de faltas a tierra en el estátor (200) de una máquina síncrona según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11,caracterizadopor que comprende emitir una señal de alarma y/o una señal de disparo de sistemas auxiliares de protección de la máquina síncrona en caso de determinar que se ha producido una falta a tierra en el estátor (200) de la máquina síncrona.
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