ES2547468B2 - Method and system for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier - Google Patents
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Abstract
Método y sistema para la detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante un rectificador.#La presente invención se refiere a un método y un sistema para la detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante un rectificador y un transformador. La invención comprende: obtener una señal de tensión en una impedancia de puesta a tierra conectada al transformador; obtener una segunda señal de tensión entre uno de los terminales del rectificador y el neutro del transformador; realizar una comparación angular entre los vectores de tensión correspondientes a ambas señales de tensión; y determinar si existe una falta en función de un umbral preestablecido.Method and system for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier. # The present invention relates to a method and system for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier and a transformer. The invention comprises: obtaining a voltage signal at a grounding impedance connected to the transformer; obtain a second voltage signal between one of the rectifier terminals and the transformer neutral; make an angular comparison between the voltage vectors corresponding to both voltage signals; and determine if there is a fault based on a preset threshold.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Metodo para la detection de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante un rectificadorMethod for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier
OBJETO DE LA INVENCIONOBJECT OF THE INVENTION
La presente invention tiene aplicacion en el campo de los sistemas electricos. Espetificamente, permite detectar faltas a tierra en sistemas electricos alimentados desde una red corriente alterna en los que intervienen rectificadores, como por ejemplo los sistemas de generation de ene^a electrica, en los que el sistema de excitation de los generadores smcronos se alimenta por medio de un rectificador a traves de un transformador de excitacion, principalmente los de gran potencia.The present invention has application in the field of electrical systems. Specifically, it allows detecting earth faults in electrical systems fed from an alternating current network in which rectifiers are involved, such as for example the generation systems of electrical energy, in which the excitation system of the synchronous generators is fed by means of a rectifier through an excitation transformer, mainly those of great power.
ANTECEDENTESBACKGROUND
Hoy en dia, toda instalacion electrica debe estar dotada de sistemas de protection que la hagan segura ante posibles cortocircuitos y otros defectos que puedan causar danos tanto a las propias instalaciones como a las personas.Nowadays, every electrical installation must be equipped with protection systems that make it safe against possible short circuits and other defects that can cause damage to both the facilities themselves and people.
En el caso de grupos de generacion, dichas protecciones deben, ademas, garantizar el suministro de energia a la red del modo mas fiable posible, tratando de discriminar los niveles de gravedad de las faltas que se produzcan.In the case of generation groups, these protections must also guarantee the supply of energy to the network in the most reliable way possible, trying to discriminate the severity levels of the failures that occur.
Generalmente, para la production de energia electrica se utilizan generadores smcronos, cuyos rotores debe ser alimentado en corriente continua. Existen diferentes metodos para inyectar dicha corriente en el rotor de la maquina, entre los que estan la excitacion estatica o la excitacion indirecta con excitatriz y diodos rotativos.Generally, for the production of electric energy, synchronous generators are used, whose rotors must be fed in direct current. There are different methods for injecting said current into the machine rotor, among which are static excitation or indirect excitation with exciter and rotating diodes.
El circuito de excitacion de un generador es un sistema de corriente continua aislado de tierra. Una sola falta a tierra no afectara a la operation del generador ni producira danos de efecto inmediato. Sin embargo, la probabilidad de que una segunda falta a tierra ocurra es mayor despues de que se haya producido la primera. Cuando se tiene una segunda falta a tierra, una parte del devanado de excitacion estara cortocircuitado, produciendo flujos desequilibrados en el entrehierro de la maquina, que daran como resultado vibraciones y calentamientos.The excitation circuit of a generator is a direct current system isolated from earth. A single earth fault will not affect the operation of the generator or cause immediate damage. However, the probability that a second ground fault occurs is greater after the first one has occurred. When there is a second ground fault, a part of the excitation winding will be short-circuited, producing unbalanced flows in the machine's air gap, which will result in vibrations and heating.
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Ante un cortocircuito a tierra en el rotor del generador, la practica habitual es utilizar bien reles de protection o bien alarmas, para proceder a la desconexion del grupo.In the event of a short circuit to ground in the generator rotor, the usual practice is to use either protection relays or alarms, to disconnect the group.
En el estado del arte existen soluciones de uso comun para detectar defectos a tierra en los rotores de los generadores, como por ejemplo:In the state of the art there are common use solutions to detect earth defects in the rotors of the generators, such as:
• usando una fuente adicional de tension continua: una fuente de tension en serie con el devanado de excitation y con la bobina de un rele de sobrecorriente. Este circuito esta conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocara la circulation de corriente continua proveniente de la fuente adicional y causara la operation del rele.• using an additional continuous voltage source: a voltage source in series with the excitation winding and with the coil of an overcurrent relay. This circuit is grounded at one point, so that a ground fault at any point in the winding will cause the direct current to flow from the additional source and cause the relay operation.
• Usando una fuente adicional de tension alterna: una fuente de tension alterna en serie con dos condensadores, con el devanado de excitacion y con la bobina de un rele de sobrecorriente. Este circuito esta conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocara la circulacion de corriente alterna y causara la operacion del rele.• Using an additional source of alternating voltage: a source of alternating voltage in series with two capacitors, with the excitation winding and with the coil of an overcurrent relay. This circuit is grounded at one point, so that a ground fault at any point in the winding will cause alternating current circulation and cause relay operation.
• Por inyeccion de una onda cuadrada: se inyecta una onda de baja tension en el devanado de excitacion y se recoge la senal devuelta por este. La forma de la onda se vera modificada debido a las capacidades del devanado. Un rele calcula la resistencia del aislamiento en funcion de ambas senales.• By injection of a square wave: a low voltage wave is injected into the excitation winding and the signal returned by it is collected. The waveform will be modified due to the winding capabilities. A relay calculates the insulation resistance based on both signals.
Ademas, existen otra serie de soluciones en el estado del arte que divulgan sistemas de detection de faltas a tierra en rotores utilizando transformadores toroidales, como por ejemplo utilizando una cinta de una aleacion con memoria, de forma que se conecta entre el devanado del rotor y el eje de la maquina, pero este tipo de soluciones exige fuentes de tension adicionales conectadas en serie. Otras soluciones recurren a conectar un fusible entre el devanado rotorico y tierra para detectar los defectos a tierra.In addition, there are other solutions in the state of the art that disclose systems for detecting ground faults in rotors using toroidal transformers, such as using an alloy alloy tape with memory, so that it is connected between the rotor winding and the axis of the machine, but such solutions require additional voltage sources connected in series. Other solutions resort to connecting a fuse between the rotor winding and ground to detect ground defects.
El estado del arte tambien cuenta con alternativas donde una resistencia de puesta a tierra es conectada en el neutro del transformador que alimenta el rectificador. El criterio de deteccion utilizado es un criterio de comparacion del valor del modulo de la tension medida en la resistencia de puesta a tierra con un valor predeterminado para decidir si hay defecto a tierra. No obstante, cuando se trata de maquinas con gran capacidad a tierra, presentan el problema de que la corriente a tierra por dichas capacidades puede confundirse con defectos en el centro del devanado de excitacion y provocar disparos no deseados causados por la corriente que circula por las capacidades en funcionamiento normal sin defecto.The state of the art also has alternatives where a grounding resistor is connected to the neutral of the transformer that feeds the rectifier. The detection criterion used is a criterion for comparing the value of the voltage module measured in the earthing resistance with a predetermined value to decide whether there is a ground fault. However, when it comes to machines with large capacity to ground, they present the problem that the current to ground by these capacities can be confused with defects in the center of the excitation winding and cause unwanted trips caused by the current flowing through the Normal operating capabilities without defect.
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Por tanto, el estado del arte no cuenta con soluciones fiables para la detection de fallos en sistemas de gran capacidad a tierra, como es el caso de los generadores de gran potencia.Therefore, the state of the art does not have reliable solutions for fault detection in large capacity ground systems, as is the case with high power generators.
DESCRIPCION DE LA INVENCIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invention resuelve los problemas mencionados anteriormente y permite la deteccion de faltas de defecto a tierra en sistemas de corriente continua basandose en la comparacion angular de dos vectores de tension, con la ventaja de que no necesita ninguna fuente adicional y aportando inmunidad frente a las corrientes capacitivas parasitas. Para ello se presenta, segun un primer aspecto de la invencion, un metodo de deteccion de faltas a tierra para sistemas de corriente continua alimentados a traves de un rectificador y un transformador. El metodo comprende:The present invention solves the aforementioned problems and allows the detection of earth fault faults in DC systems based on the angular comparison of two voltage vectors, with the advantage that it does not need any additional source and providing immunity against capacitive currents parasites. For this purpose, according to a first aspect of the invention, a method of detecting ground faults for DC systems fed through a rectifier and a transformer is presented. The method comprises:
a) obtener una primera senal de tension en una impedancia de puesta a tierra conectada al transformador;a) obtain a first voltage signal at a grounding impedance connected to the transformer;
b) obtener una segunda senal de tension entre uno de los terminales del rectificador y el neutro del transformador;b) obtain a second voltage signal between one of the rectifier terminals and the transformer neutral;
c) calcular un primer vector de tension de un armonico de la primera senal de tension;c) calculate a first voltage vector of a harmonic of the first voltage signal;
d) calcular un segundo vector de tension de un armonico, del mismo orden que el armonico del paso c), de la segunda senal de tension;d) calculate a second voltage vector of a harmonic, in the same order as the harmonic of step c), of the second voltage signal;
e) calcular la diferencia entre el argumento del primer vector y el argumento del segundo vector;e) calculate the difference between the argument of the first vector and the argument of the second vector;
f) determinar una falta de defecto a tierra si la diferencia es inferior a un umbral preestablecido.f) determine a lack of ground fault if the difference is less than a preset threshold.
De acuerdo a diferentes realizaciones de la presente invencion, la segunda senal de tension puede obtenerse entre el terminal positivo o el negativo del rectificador y el neutro del transformador.According to different embodiments of the present invention, the second voltage signal can be obtained between the positive or negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La presente invencion contempla la posibilidad de que el armonico utilizado sea el tercer armonico de la senal de tension. De acuerdo a una de las realizaciones, donde el transformador se alimenta desde una red de alimentation con una cierta frecuencia, se contempla la posibilidad de obtener el tercer armonico calculando el triple de dicha cierta frecuencia.The present invention contemplates the possibility that the harmonic used is the third harmonic of the voltage signal. According to one of the embodiments, where the transformer is fed from a supply network with a certain frequency, the possibility of obtaining the third harmonic by calculating three times that certain frequency is contemplated.
El umbral preestablecido para determinar si existe una falta de defecto a tierra puedeThe preset threshold to determine if there is a lack of ground fault can
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variarse utilizando un modulo de ajuste, de acuerdo a una de las realizaciones de la invention.be varied using an adjustment module, according to one of the embodiments of the invention.
Una de las posibilidades contempladas por la presente invencion para establecer el umbral es, de acuerdo a una realization particular, fijarlo de acuerdo a pruebas experimentales, con distintos valores de impedancia de puesta a tierra conectada al transformador, en sistemas con un porcentaje de defecto conocido.One of the possibilities contemplated by the present invention to establish the threshold is, according to a particular realization, to fix it according to experimental tests, with different earthing impedance values connected to the transformer, in systems with a known percentage of defect .
Se contempla la posibilidad de que la impedancia de puesta a tierra conectada al transformador adopte cualquier valor entre 10 ohmios y 10.000 ohmios.It is contemplated that the grounding impedance connected to the transformer adopts any value between 10 ohms and 10,000 ohms.
Un segundo aspecto de la presente invencion se refiere un sistema de detection de faltas a tierra para sistemas de corriente continua alimentados a traves de un rectificador, que a su vez se alimenta mediante un transformador. El sistema comprende:A second aspect of the present invention relates to a ground fault detection system for direct current systems fed through a rectifier, which in turn is fed by a transformer. The system includes:
- una impedancia (2) de puesta a tierra conectada entre el transformador (1) y tierra;- a grounding impedance (2) connected between the transformer (1) and ground;
- un primer modulo medidor de tension, conectado a la impedancia de puesta de tierra, que obtiene una primera senal de tension;- a first voltage measuring module, connected to the grounding impedance, which obtains a first voltage signal;
- un segundo modulo medidor de tension, conectado entre uno de los terminales del rectificador y el neutro del transformador, que obtiene una segunda senal de tension;- a second voltage measuring module, connected between one of the rectifier terminals and the transformer neutral, which obtains a second voltage signal;
- un primer modulo de calculo, conectado a la salida del primer modulo medidor de tension, que obtiene un primer vector de tension de un armonico de la primera senal de tension;- a first calculation module, connected to the output of the first voltage measuring module, which obtains a first voltage vector from a harmonic of the first voltage signal;
- un segundo modulo de calculo, conectado a la salida del segundo medidor de tension, que obtiene un segundo vector de tension, de un armonico del mismo orden que el armonico de la primera senal de tension, de la segunda senal de tension;- a second calculation module, connected to the output of the second voltage meter, which obtains a second voltage vector, of a harmonic of the same order as the harmonic of the first voltage signal, of the second voltage signal;
- un modulo restador, que recibe los vectores obtenidos por jos modulos de calculo y calcula la diferencia entre los argumentos de dichos vectores;- a subtraction module, which receives the vectors obtained by the calculation modules and calculates the difference between the arguments of said vectors;
- un modulo comparador, que compara la diferencia calculada y, en caso de ser menor a un umbral preestablecido, determina que existe una falta de defecto a tierra.- a comparator module, which compares the calculated difference and, if it is less than a preset threshold, determines that there is a lack of ground fault.
Opcionalmente, el segundo modulo medidor de tension se puede configurar para obtener laOptionally, the second voltage meter module can be configured to obtain the
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segunda senal de tension entre un terminal positivo del rectificador y tierra o entre un terminal negativo del rectificador y tierra.second voltage signal between a positive terminal of the rectifier and ground or between a negative terminal of the rectifier and ground.
De acuerdo a una de las realizaciones de la invention, se contempla la posibilidad de que el primer y el segundo modulos de calculo esten configurados para obtener el tercer armonico de la primera y segunda senales de tension respectivamente.According to one of the embodiments of the invention, it is contemplated that the first and second calculation modules are configured to obtain the third harmonic of the first and second voltage signals respectively.
Adicionalmente, la presente invencion puede, en una de sus realizaciones, comprender un modulo de ajuste conectado al modulo comparador para variar el umbral preestablecido.Additionally, the present invention may, in one of its embodiments, comprise an adjustment module connected to the comparator module to vary the preset threshold.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invencion, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de figuras en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the features of the invention, it is accompanied as an integral part of said description, a set of figures in which with an illustrative and non-limiting character, what has been represented next:
La figura 1 muestra un esquema de una de las realizaciones de la invencion, donde la tension de referencia se toma entre el terminal negativo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 1 shows a diagram of one of the embodiments of the invention, where the reference voltage is taken between the negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 2 muestra un esquema de una de las realizaciones de la invencion, donde la tension de referencia se toma entre el terminal positivo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 2 shows a diagram of one of the embodiments of the invention, where the reference voltage is taken between the positive terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 3 muestra las medidas, de acuerdo a una realization de la invencion, en un caso de funcionamiento normal sin defecto, tomando como tension de referencia la tension entre el terminal negativo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 3 shows the measurements, according to an embodiment of the invention, in a case of normal operation without defect, taking as a reference voltage the voltage between the negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 4 muestra las medidas, de acuerdo a una realizacion de la invencion, en un caso de funcionamiento con defecto, tomando como tension de referencia la tension entre el terminal negativo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 4 shows the measurements, according to an embodiment of the invention, in a case of defective operation, taking as a reference voltage the voltage between the negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 5 muestra las medidas, de acuerdo a una realizacion de la invencion, en un caso de funcionamiento normal sin defecto, tomando como tension de referencia la tension entre el terminal positivo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 5 shows the measurements, according to an embodiment of the invention, in a case of normal operation without defect, taking as a reference voltage the voltage between the positive terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 6 muestra las medidas, de acuerdo a una realizacion de la invencion, en un caso de funcionamiento con defecto, tomando como tension de referencia la tension entre el terminal positivo del rectificador y el neutro del transformador.Figure 6 shows the measurements, according to an embodiment of the invention, in a case of defective operation, taking as a reference voltage the voltage between the positive terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
La figura 7 muestra las formas de onda de las tensiones en la resistencia de puesta a tierraFigure 7 shows the waveforms of the voltages in the grounding resistance
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de acuerdo a una de las realizaciones de la invention, junto con la tension de referencia entre positivo y neutro, para distintos valores de resistencia de defecto en caso de falta en el 25% del devanado de excitation.according to one of the embodiments of the invention, together with the reference voltage between positive and neutral, for different defect resistance values in the event of a 25% failure of the excitation winding.
La figura 8 muestra los vectores correspondientes a las ondas de la tension en la resistencia de puesta a tierra, de acuerdo a una de las realizaciones de la invencion, en caso de defecto en el 25% del devanado de excitacion, para distintos valores de resistencia de defecto, junto con la forma de onda de la tension entre terminal positivo y neutro.Figure 8 shows the vectors corresponding to the waves of the voltage in the earthing resistance, according to one of the embodiments of the invention, in case of defect in 25% of the excitation winding, for different resistance values default, together with the voltage waveform between positive and neutral terminal.
La figura 9 muestra las formas de onda de las tensiones en la resistencia de puesta a tierra de acuerdo a una de las realizaciones de la invencion, junto con la tension de referencia entre positivo y neutro, para distintos valores de resistencia de defecto en caso de falta en el 50% del devanado de excitacion.Figure 9 shows the waveforms of the voltages in the earthing resistance according to one of the embodiments of the invention, together with the reference voltage between positive and neutral, for different fault resistance values in case of 50% of the excitation winding is missing.
La figura 10 muestra los vectores correspondientes a las ondas de la tension en la resistencia de puesta a tierra, de acuerdo a una de las realizaciones de la invencion, en caso de defecto en el 50% del devanado de excitacion, para distintos valores de resistencia de defecto, junto con la forma de onda de la tension entre terminal positivo y neutro.Figure 10 shows the vectors corresponding to the waves of the voltage in the earthing resistance, according to one of the embodiments of the invention, in case of defect in 50% of the excitation winding, for different resistance values default, together with the voltage waveform between positive and neutral terminal.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invencion permite ventajosamente detectar defectos a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, alimentados su vez a traves de un transformador, que puede ser un transformador de alimentation o un transformador de excitacion, basandose en un criterio de comparacion angular entre el vector de tension en la resistencia de puesta a tierra, con otro vector de tension correspondiente a la tension entre uno de los terminales (positivo o negativo) en el rectificador y el neutro del transformador. En el caso de un funcionamiento normal sin defecto la corriente por tierra es de origen capacitivo ya que circula por las capacidades parasitas del devanado. Sin embargo, en caso de defecto la corriente por tierra circula por la resistencia de defecto, y es por tanto de origen resistivo. Estas corrientes, producen diferentes desfases en la tension en la resistencia de puesta a tierra, lo que aprovecha la presente invencion para mostrarse inmune a las corrientes capacitivas.The present invention advantageously allows detecting earth faults in DC systems fed by rectifiers, fed in turn through a transformer, which can be a power transformer or an excitation transformer, based on a criterion of angular comparison between the vector of voltage in the earthing resistance, with another voltage vector corresponding to the voltage between one of the terminals (positive or negative) in the rectifier and the neutral of the transformer. In the case of normal operation without defect, the ground current is of capacitive origin as it circulates through the parasitic capacities of the winding. However, in the event of a defect, the ground current flows through the defect resistance, and is therefore of resistive origin. These currents produce different phase shifts in the grounding resistance, which takes advantage of the present invention to be immune to capacitive currents.
Los sistemas de corriente continua normalmente son sistemas aislados de tierra, por lo que debe referenciarse a tierra a traves de una impedancia de alto valor ohmico (2). Para la detection del defecto se mide la tension (5) en dicha impedancia de puesta a tierra del sistema de alimentacion de corriente alterna. Por ejemplo, de acuerdo tanto a la realization de la figura 1 como a la figura 2, se utiliza un esquema de un sistema de alimentacion deDC systems are normally isolated systems from earth, so they must be referenced to earth through an impedance of high ohmic value (2). For the detection of the defect, the voltage (5) is measured at said grounding impedance of the AC power supply system. For example, according to both the embodiment of Figure 1 and Figure 2, a scheme of a power supply system is used.
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una carga de corriente continua (4), donde el transformador de alimentacion (1) tiene conexion en estrella con neutro accesible, en donde se ha instalado una impedancia de puesta a tierra (2).a direct current load (4), where the supply transformer (1) has star connection with accessible neutral, where a grounding impedance (2) has been installed.
Adicionalmente se mide bien la tension entre el terminal negativo y el neutro del transformador (7), como se representa en la figura 1, o bien la tension entre el terminal positivo y el neutro del transformador (6) como se representa en la figura 2.Additionally, the voltage between the negative terminal and the neutral of the transformer (7), as shown in Figure 1, or the voltage between the positive and neutral terminal of the transformer (6) as shown in Figure 2 is well measured. .
Se necesitan por tanto dos medidas de tension, una medida de tension (5) en la impedancia de puesta a tierra (2) y otra entre uno de los dos terminales del rectificador y el neutro del transformador (6) o (7).Therefore, two voltage measurements, one voltage measurement (5) in the grounding impedance (2) and another between one of the two rectifier terminals and the neutral of the transformer (6) or (7), are needed.
A partir de ambas tensiones, se obtienen las componentes de uno de sus armonicos, preferentemente el tercer armonico, es decir del triple de la frecuencia de la red de alimentacion con la que se alimenta el transformador (1) utilizando un modulo o elemento calculador (8). Las figuras 1 y 2 muestran dos ejemplos donde, mediante un modulo o un bloque calculador de armonico de frecuencia triple (8) se hace el analisis de la tension de referencia (5) y dicho modulo o bloque calculador (8) da como uno de los resultados el argumento (11) de la tension (5).From both voltages, the components of one of its harmonics are obtained, preferably the third harmonic, that is to say three times the frequency of the supply network with which the transformer (1) is fed using a calculator module or element ( 8). Figures 1 and 2 show two examples where, by means of a module or a triple frequency harmonic calculator block (8) the reference voltage analysis (5) is made and said module or calculator block (8) gives as one of the results the argument (11) of the tension (5).
Del mismo modo se mide como referencia la tension (7) entre el terminal escogido del rectificador (3), pudiendo ser el terminal negativo como en la figura 1 o el terminal positivo como en la figura 2, y el neutro del transformador. Esta tension (7) se analiza mediante otro modulo o bloque calculador de armonico de frecuencia triple (8), obteniendo el argumento de la tension entre el terminal escogido y el neutro del transformador, por ejemplo, siguiendo la realization de la figura 1, el argumento (9) o siguiendo la realization de la figura 2, el argumento (10).Likewise, the voltage (7) between the chosen terminal of the rectifier (3) is measured as a reference, the negative terminal being as in Figure 1 or the positive terminal as in Figure 2, and the neutral of the transformer. This voltage (7) is analyzed by another module or triple frequency harmonic calculator block (8), obtaining the argument of the voltage between the chosen terminal and the neutral of the transformer, for example, following the realization of Figure 1, the argument (9) or following the realization of figure 2, argument (10).
Una vez obtenidas las respectivas componentes de frecuencia triple se realiza una comparacion angular, por ejemplo mediante la resta de los argumentos (9) menos (11), o de los argumentos (10) menos (11), mediante un elemento calculador (12) y a continuation, el argumento resultado (13) de la resta de los dos anteriores, se compara con un valor (14) previamente ajustado. En caso de que el argumento (13) sea menor que el ajuste (14) el comparador (15) activa la salida (16) que indica que hay defecto a tierra en el sistema de corriente continua.Once the respective triple frequency components are obtained, an angular comparison is made, for example by subtracting the arguments (9) minus (11), or the arguments (10) minus (11), using a calculating element (12) and then, the result argument (13) of the subtraction of the previous two, is compared with a previously adjusted value (14). If the argument (13) is less than the setting (14), the comparator (15) activates the output (16) that indicates that there is a ground fault in the DC system.
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A continuation, el modulo o bloque restador (12) da como resultado un nuevo argumento (13) que es la diferencia entre los argumentos (9) y (11), segun el ejemplo de la figura 1, o la diferencia entre los argumentos (10) y (11) segun el ejemplo de la figura 2. Este nuevo argumento (13) se compara mediante el bloque (15), con un valor (14) previamente ajustado. Si el nuevo argumento (13) es menor que el umbral preestablecido (14) se activara la senal (16) para indicar que hay defecto a tierra.Next, the subtractor module or block (12) results in a new argument (13) that is the difference between the arguments (9) and (11), according to the example in Figure 1, or the difference between the arguments ( 10) and (11) according to the example in Figure 2. This new argument (13) is compared by block (15), with a previously adjusted value (14). If the new argument (13) is less than the preset threshold (14) the signal (16) will be activated to indicate that there is a ground fault.
En las figura 3 y 5 se representa el caso en que no existe defecto para las realizaciones correspondientes a las figuras 1 y 2 respectivamente, donde el nuevo argumento (13) es mayor que el umbral preestablecido (14), independientemente de utilizar como tension de referencia la tension entre el terminal negativo del rectificador y el neutro del transformador o la tension entre el terminal positivo del rectificador y el neutro del transformador.Figures 3 and 5 represent the case in which there is no defect for the embodiments corresponding to Figures 1 and 2 respectively, where the new argument (13) is greater than the preset threshold (14), regardless of being used as the voltage of reference the voltage between the negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer or the voltage between the positive terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
En las figuras 4 y 6 se representa el caso en que si existe defecto para las realizaciones correspondientes a las figuras 1 y 2 respectivamente, donde el nuevo argumento (13) es menor que el umbral preestablecido (14), independientemente de utilizar como tension de referencia la tension entre el terminal negativo del rectificador y el neutro del transformador de o la tension entre el terminal positivo del rectificador y el neutro del transformador de.Figures 4 and 6 represent the case in which there is a defect for the embodiments corresponding to Figures 1 and 2 respectively, where the new argument (13) is less than the preset threshold (14), regardless of being used as the voltage of reference the voltage between the negative terminal of the rectifier and the neutral of the transformer or the voltage between the positive terminal of the rectifier and the neutral of the transformer.
Las figuras 7, 8, 9 y 10 responden a resultados obtenidos mediante pruebas experimentales de una realization de la invention en un sistema electrico real. En este ejemplo particular, el sistema esta compuesto por un generador smcrono de 106 MVA, con sistema de excitation estatico.Figures 7, 8, 9 and 10 respond to results obtained by experimental tests of a realization of the invention in a real electrical system. In this particular example, the system is composed of a 106 MVA smchronous generator, with static excitation system.
Concretamente, en la figura 7 se muestran las formas de onda de las tensiones en la resistencia de puesta a tierra (5) junto con la tension de referencia entre positivo y neutro (6), para distintos valores de resistencia de defecto en caso de falta en el 25% del devanado de excitacion. Las formas de onda representadas en la figura 7 corresponden a la tension en la resistencia de puesta a tierra, para condiciones sanas de operation, es decir, sin defecto (17), y a las tensiones en la resistencia de puesta a tierra en caso de defecto para unos valores de resistencia de falta de 10 kQ (18), 4700 Q (19), 1000 Q (20), 470 Q (21) y 10 Q (22). Como se aprecia, al reducir el valor de resistencia de defecto, la forma de onda cambiaSpecifically, Figure 7 shows the waveforms of the voltages in the earthing resistance (5) together with the reference voltage between positive and neutral (6), for different fault resistance values in case of a fault. in 25% of the excitation winding. The waveforms represented in Figure 7 correspond to the voltage in the earthing resistance, for healthy operating conditions, that is, without defect (17), and to the tensions in the earthing resistance in case of a defect. for fault resistance values of 10 kQ (18), 4700 Q (19), 1000 Q (20), 470 Q (21) and 10 Q (22). As can be seen, by reducing the default resistance value, the waveform changes
En la figura 8, se puede apreciar ademas como evoluciona el vector de tension de tercer armonico de la tension en la resistencia de puesta a tierra para dichos valores de resistencia de defecto. Se representan el vector de tension de tercer armonico entre terminal positivo yIn Figure 8, it can also be seen how the third harmonic voltage vector of the voltage in the earthing resistance for said defect resistance values evolves. The third harmonic voltage vector between positive terminal and
99
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3535
neutro, es dedr, el de referencia (10), el vector de tension de tercer armonico en la resistencia de puesta a tierra para condiciones sanas de operacion, es dedr, sin defecto (23) y los vectores de tension de tercer armonico en la resistencia de puesta a tierra en caso de defecto para los valores de resistencia de falta de 10 kQ (24), 4700 Q (25) 1000 Q (32) 470 Q (33) y 10 Q (34). Se aprecia como, a medida que el valor de resistencia de falta es mas proximo a cero, el vector de tercer armonico de la tension en la resistencia de puesta a tierra se situa en fase con el vector de tercer armonico de referencia, obtenido de la tension entre positivo y neutro.neutral, that is, the reference (10), the third harmonic voltage vector in the grounding resistance for healthy operating conditions, is dedr, without defect (23) and the third harmonic voltage vectors in the grounding resistance in case of a fault for the fault resistance values of 10 kQ (24), 4700 Q (25) 1000 Q (32) 470 Q (33) and 10 Q (34). It can be seen how, as the fault resistance value is closer to zero, the third harmonic vector of the voltage at the grounding resistance is placed in phase with the third harmonic reference vector, obtained from the voltage between positive and neutral.
Las mismas conclusiones se extraen de las figuras 9 y 10, donde se obtienen resultados analogos a los mostrados en las figuras 7 y 8, salvo que corresponden al caso de defecto en el 50% del devanado.The same conclusions are drawn from Figures 9 and 10, where results similar to those shown in Figures 7 and 8 are obtained, except that they correspond to the defect in 50% of the winding.
Concretamente, en la figura 9 se muestran las formas de onda de las tensiones en la resistencia de puesta a tierra (5) junto con la tension de referencia entre positivo y neutro (6), para distintos valores de resistencia de defecto en caso de falta en el 50% del devanado de excitacion. Las formas de onda representadas en la figura 9 corresponden a la tension en la resistencia de puesta a tierra, para condiciones sanas de operacion, es decir, sin defecto (29), y a las tensiones en la resistencia de puesta a tierra en caso de defecto para unos valores de resistencia de falta de 10 kQ (30), 4700 Q (31), 1000 Q (32), 470 Q (33) y 10 QSpecifically, Figure 9 shows the waveforms of the voltages in the earthing resistance (5) together with the reference voltage between positive and neutral (6), for different fault resistance values in case of a fault. in 50% of the excitation winding. The waveforms represented in Figure 9 correspond to the voltage in the earthing resistance, for healthy operating conditions, that is, without defect (29), and to the tensions in the earthing resistance in case of a defect for fault resistance values of 10 kQ (30), 4700 Q (31), 1000 Q (32), 470 Q (33) and 10 Q
(34) . Como se aprecia, al reducir el valor de resistencia de defecto, la forma de onda cambia(3. 4) . As can be seen, by reducing the default resistance value, the waveform changes
En la figura 10, se puede apreciar de nuevo como evoluciona el vector de tension de tercer armonico de la tension en la resistencia de puesta a tierra para dichos valores de resistencia de defecto. Se representan el vector de tension de tercer armonico entre terminal positivo y neutro, es decir, el de referencia (10), el vector de tension de tercer armonico en la resistencia de puesta a tierra para condiciones sanas de operacion, es decir, sin defectoIn Figure 10, it can be seen again how the third harmonic voltage vector of the voltage in the grounding resistance for said defect resistance values evolves. The third harmonic voltage vector between positive and neutral terminal is represented, that is, the reference vector (10), the third harmonic voltage vector in the grounding resistance for healthy operating conditions, that is, without defect
(35) y los vectores de tension de tercer armonico en la resistencia de puesta a tierra en caso de defecto para los valores de resistencia de falta de 10 kQ (36), 4700 Q (37) 1000 Q (38) 470 Q (39) y 10 Q (40). Se aprecia nuevamente como, a medida que el valor de resistencia de falta es mas proximo a cero, el vector de tercer armonico de la tension en la resistencia de puesta a tierra se situa en fase con el vector de tercer armonico de referencia, obtenido de la tension entre positivo y neutro.(35) and the third harmonic voltage vectors in the earthing resistance in case of a fault for the fault resistance values of 10 kQ (36), 4700 Q (37) 1000 Q (38) 470 Q (39 ) and 10 Q (40). It is again appreciated how, as the fault resistance value is closer to zero, the third harmonic vector of the voltage at the grounding resistance is placed in phase with the third harmonic reference vector, obtained from the tension between positive and neutral.
Claims (5)
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| ES201530567A ES2547468B2 (en) | 2015-04-28 | 2015-04-28 | Method and system for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES201530567A ES2547468B2 (en) | 2015-04-28 | 2015-04-28 | Method and system for detecting ground faults in DC systems powered by a rectifier |
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|---|---|
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