ES2328232T3

ES2328232T3 - Procedimiento para detectar una toma de tierra que se produce en una instalacion electrica cerca de un punto neutro, asi como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.

Info

Publication number: ES2328232T3
Application number: ES02779838T
Authority: ES
Inventors: Goran Lindahl; Erland Sorensen
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: DE50213594D1; AU2002343169A1; ATE433118T1; CA2467106A1; US20040264079A1; EP1451597A1; US7142403B2; WO2003044546A1; EP1451597B1

Abstract

Procedimiento para detectar una toma de tierra (18) que se produce cerca de un punto neutro (22) en una instalación eléctrica multifásica, que funciona a una frecuencia base, en especial una máquina eléctrica (10) o un transformador, que presenta varios devanados (11, 12, 13) de un cable de alta tensión (30) asociados a las diferentes fases, que están conectados en cada caso por uno de los extremos al punto neutro (22) y por el otro extremo, a través de una conexión de red (14, 15, 16), directamente a una red de corriente, en donde se mide y valora la variación de magnitudes físicas ligada a una toma de tierra (18) en el entorno inmediato de la toma de tierra (18), caracterizado porque para los devanados se utiliza un cable de alta tensión (30) con un tubo (35) relleno de gas instalado, y porque se mide y valora la variación de la presión gaseosa en el tubo (35).

Description

Procedimiento para detectar una toma de tierra que se produce en una instalación eléctrica cerca de un punto neutro, así como dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la técnica de protección de instalaciones eléctricas como máquinas eléctricas o transformadores. Se refiere a un procedimiento para detectar una toma de tierra que se produce cerca de un punto neutro en una instalación eléctrica multifásica, que funciona a una frecuencia base, conforme al preámbulo de la reivindicación 1. Se refiere asimismo a un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento así como a una aplicación del procedimiento.

Estado de la técnica

Del estado de la técnica se conocen muchos procedimientos, con los que pueden detectarse tomas de tierra o fallos de tierra en los devanados de máquinas rotatorias, como generadores síncronos, y de este modo puede protegerse la máquina contra los efectos negativos de las tomas de tierra. A esto pertenece la utilización de un relé de sobretensión o sobrecorriente en el punto neutro, de un relé de sobretensión de tensión cero (zero sequence) o de una conexión de protección diferencial de corriente residual. Aparte de esto se conoce por sí mismo en este campo medir y valorar las variaciones inherentes a una toma de tierra de magnitudes físicas, en especial de la temperatura, como se hace patente en el documento US 4901070.

La protección contra fallos de tierra de un generador sobre la base de la determinación de una sobretensión o sobrecorriente produce una protección sencilla y fiable. Sin embargo, tiene un inconveniente fundamental: no se detectan las tomas de tierra que se producen en los devanados cerca del punto neutro del generador. Por ello ya se ha propuesto (Charles S: Mozina, Upgrading Hydroelectric Generator Protection Using Digital Technology, Waterpower'97, Atlanta GA, 5-8 de agosto (1997)), conseguir una protección contra fallos de tierra del 100% por medio de que se combine una conexión de protección contra sobretensión habitual (para el 95% del devanado de estator) con una conexión de protección contra infratensión sintonizada al tercer armónico de la frecuencia base de generador (para el 5% restante del devanado cerca del punto neutro). Esta propuesta se base en la circunstancia de que en muchos generadores síncronos la tensión inducida por motor eléctrico en el punto neutro contiene armónicos superiores, que en la unión del punto neutro a tierra, normalmente una resistencia, generan una corriente armónica superior correspondiente. Si cerca del punto neutro se produce una toma de tierra, actúa como derivación a esta resistencia. La reducción de la caída de tensión provocada por la derivación puede detectarse después como infratensión. Estos procedimientos de protección contra fallos de tierra son apoyados por el uso de transformadores elevadores de tensión entre el generador y la red, que hacen posible una separación del generador respecto a la red con relación a la toma de tierra.

Sin embargo, en los últimos tiempos se usan cada vez más configuraciones de central, en las que puede prescindirse de los transformadores elevadores de tensión habituales, porque los generadores generan directamente la tensión de red. Esto se consigue mediante una técnica de devanado especial, en la que los devanados del generador se ejecutan con cables de alta tensión. Los generadores de este tipo se han dado a conocer bajo la designación "Powerformer" (véase por ejemplo M. Leijon, "Powerformer - a radically new rotating machine", ABB review 2/98, páginas 21-26 (1998)).

Ahora ha quedado demostrado que los métodos conocidos para detectar fallos de tierra, en el caso de estas máquinas rotatorias y de estos transformadores ejecutados con la nueva técnica de devanado, no trabajan de forma eficiente al 100%.

Representación de la invención

La tarea de la invención consiste en indicar un procedimiento y un dispositivo, que eviten los inconvenientes de las soluciones conocidas hasta ahora y hagan posible en especial una detección sencilla y segura de fallos de tierra o conexiones cerca del punto neutro de máquinas eléctricas y transformadores, devanados con cables o conectados directamente a la red.

La tarea es resuelta mediante la totalidad de las particularidades de las reivindicaciones 1 y 2. El núcleo de la invención consiste en detectar mediante técnica de medición los efectos de una toma de tierra sobre el entorno inmediato de la toma de tierra, que se manifiestan en una variación de determinadas magnitudes físicas como por ejemplo temperatura o presión, y utilizarlos para detectar la toma de tierra.

El procedimiento conforme a la invención destaca porque para los devanados se utiliza un cable de alta tensión con un tubo montado relleno de gas, y porque se mide y valora la variación de la presión gaseosa en el tubo.

Un dispositivo correspondiente está caracterizado porque los cables de alta tensión presentan en cada caso un tubo relleno de gas, y porque los medios de toma de valores de medición comprenden detectores de presión, que están unidos a los tubos.

Explicación breve de las figuras

A continuación se pretende explicar con más detalle la invención con base en ejemplos de ejecución, con relación al dibujo. Aquí muestran

la figura 1, en una representación esquemática, un ejemplo de ejecución de un dispositivo según la invención para la detección de fallos de tierra mediante exploración de presión en un cable de devanado según la figura 2;

la figura 2 la sección transversal a través de un cable usado en los devanados con una cámara intermedia, como es apropiado para llevar a cabo un procedimiento de detección de fallos de tierra conforme a la invención; y

Formas de ejecución de la invención

Conforme a la invención se detecta una posible toma de tierra mediante una medición de determinadas magnitudes físicas, que varían como consecuencia de la toma de tierra. En la fig. 1 se ha reproducido en una representación esquemática un ejemplo de ejecución de un dispositivo según la invención, para la detección de tomas de tierra o fallos de tierra en los devanados 11, 12 y 13 de una máquina eléctrica 10. Los devanados 11, 12 y 13 ejecutados con cables de alta tensión están conectados en uno de los lados a través de conexiones de red 14, 15 y 16 directamente a una red (no representada). En el otro lado los devanados 11, 12 y 13 están unidos a un punto neutro 22, que puede llevarse a tierra a través de interruptores S1, ..., S3 ya sea directamente, a través de una resistencia 24 o a través de un filtro 25. Los devanados 11, 12 y 13 presentan condensadores de tierra 17 distribuidos con relación a tierra, que se han indicado en la figura 1.

Para la instalación de los devanados 11, 12 y 13 se utiliza un cable de alta tensión 30 especial, cuya estructura interior se muestra simplificada en la representación en sección transversal de la figura 2. El cable de alta tensión 30 es un llamado cable XLPE (XLPE significa a este respecto "cross-linked polyethylene"; véase por ejemplo el artículo de B. Delby et al. "High-voltage XLPERFORMANCE cable technology", ABB review 4/2000, páginas 35-44 (2000)). En el caso del cable XLPE, normalmente el conductor central 32 está circundado por un aislamiento de XLPE. La particularidad del cable de alta tensión 30 de la figura 2 consiste ahora en que entre un primer y un segundo aislamiento 31 ó 34 está dispuesta una cámara intermedia 33. En esta cámara intermedia 33 puede estar tendido en forma de espiral un tubo 35 relleno de gas. Como gas de relleno se contempla con ello en especial SF_{6}.

Conforme a la figura 1 pueden estar ahora dispuestos detectores de presión 26, 27, 28 en uno o varios puntos del cable de alta tensión 30 o de los devanados 11, 12, 13. En el caso de una toma de tierra 18 sale gas del tubo y la variación de presión ligada a ello puede medirse mediante los detectores de presión 26, 27, 28 y valorarse en una unidad de valoración 29 conectada.

Lista de símbolos de referencia

10: Máquina eléctrica

11, 12, 13: Devanado

14, 15, 16: Conexión de red

17: Condensador de tierra

18: Toma de tierra

22: Punto neutro

24: Resistencia

25: Filtro

26, 27, 28: Detector de presión

29: Unidad de valoración

30: Cable de alta presión (XLPE)

31: Aislamiento (XLPE)

32: Conductor

33: Cámara intermedia

34: Aislamiento (XLPE)

35: Tubo (relleno de gas, por ejemplo con SF_{6})

S1, S2, S3: Interruptores

Claims

1. Procedimiento para detectar una toma de tierra (18) que se produce cerca de un punto neutro (22) en una instalación eléctrica multifásica, que funciona a una frecuencia base, en especial una máquina eléctrica (10) o un transformador, que presenta varios devanados (11, 12, 13) de un cable de alta tensión (30) asociados a las diferentes fases, que están conectados en cada caso por uno de los extremos al punto neutro (22) y por el otro extremo, a través de una conexión de red (14, 15, 16), directamente a una red de corriente, en donde se mide y valora la variación de magnitudes físicas ligada a una toma de tierra (18) en el entorno inmediato de la toma de tierra (18), caracterizado porque para los devanados se utiliza un cable de alta tensión (30) con un tubo (35) relleno de gas instalado, y porque se mide y valora la variación de la presión gaseosa en el tubo (35).

2. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque sobre los diferentes devanados (11, 12, 13) están dispuestos medios (19, ..., 21; 26, ..., 28) para detectar valores de medición de magnitudes físicas, que varían al producirse una toma de tierra en los devanados (11, 12, 13), y porque los medios de detección de valores de medición (19, ..., 21; 26, ..., 28) están unidos a una unidad de valoración (23, 29), caracterizado porque los cables de alta tensión (30) presentan en cada caso un tubo (35) relleno de gas, y porque los medios de detección de valores de medición comprenden detectores de presión (26, 27, 28), que están unidos a los tubos (35).