ES2699998A1 - SYSTEM AND METHOD OF LOCALIZATION OF LAND FAULTS IN ELECTRIC POWER SUPPLY LINES BIPHYSICAL RAILWAYS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
SISTEMA Y MÉTODO DE LOCALIZACIÓN DE FALTAS A TIERRA EN LÍNEAS DESYSTEM AND METHOD OF LOCALIZATION OF LAND FAULTS IN LINES OF
ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA FERROVIARIAS BIFÁSICASELECTRIC POWER SUPPLY RAILWAYS
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente patente de invención tiene por objeto la localización de defectos a tierra, en líneas de alimentación ferroviarias bifásicas, con gran precisión y evitando los errores de localización de faltas a tierra provocados por las variaciones en la corriente de cortocircuito.The purpose of the present invention patent is to locate ground faults in biphasic rail power lines, with great precision and avoiding errors in the location of ground faults caused by variations in the short-circuit current.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
En las líneas ferroviarias de alta velocidad se utiliza habitualmente un sistema de alimentación con dos conductores conocido como 2x25 kV; uno de estos conductores (conocido como catenaria) tendrá una polaridad positiva con respecto a la línea de tierra (el raíl) y el otro conductor (conocido como “feeder”) tendrá una polaridad negativa con respecto a tierra. En estos sistemas de dos conductores, se instalan autotransformadores a intervalos en las líneas, con un extremo unido a la catenaria y el otro extremo unido al feeder, uniendo la toma central al carril de tierra.On high-speed rail lines, a two-conductor power system known as 2x25 kV is usually used; one of these conductors (known as a catenary) will have a positive polarity with respect to the ground line (the rail) and the other conductor (known as a "feeder") will have a negative polarity with respect to ground. In these two-conductor systems, autotransformers are installed at intervals in the lines, with one end attached to the catenary and the other end attached to the feeder, joining the central intake to the ground rail.
En el estado del arte, es conocida la localización de las faltas a tierra basada en la medida de las corrientes de los autotransformadores en el momento de la falta. Dichas corrientes tienen una distribución única en relación con el lugar donde se ha producido el defecto. Por lo tanto se puede localizar el defecto a tierra conocidas las corrientes en los autotransformadores en el momento de la falta, al compararlas con unos valores previamente calculados.In the state of the art, the location of the faults to ground is known based on the measurement of the currents of the autotransformers at the time of the fault. These currents have a unique distribution in relation to the place where the defect has occurred. Therefore, it is possible to locate the known ground fault currents in the autotransformers at the moment of the fault, when comparing them with values previously calculated.
Sin embargo, las corrientes de cortocircuito no son siempre iguales a lo largo del día, ya que influyen una serie de factores como son:However, short-circuit currents are not always the same throughout the day, since they influence a series of factors such as:
-potencia de cortocircuito en la red en el instante del defecto;- short-circuit power in the network at the time of the fault;
-tensión de la red de alimentación en el instante del defecto;-voltage supply voltage at the time of the defect;
-posición del cambiador de tomas del transformador de alimentación en el instante de la falta; o -position of the tap changer of the power transformer at the moment of the fault; or
-impedancia de cortocircuito del transformador de alimentación en dicha posición del cambiador de tomas.- short-circuit impedance of the power transformer in said tap changer position.
Todos estos factores hacen que las corrientes de cortocircuito en los autotransformadores no sean iguales a los valores de las corrientes previamente calculados, ya que dependiendo del momento que este se produce las corrientes varían. Por tanto, al comparar con los valores previamente calculados en unas condiciones determinadas de potencia de cortocircuito de la red, tensión de la red y con una determinada impedancia de cortocircuito del transformador de alimentación correspondiente con una toma determinada, se produce un error en la localización del defecto.All these factors mean that the short-circuit currents in the autotransformers are not equal to the values of the currents previously calculated, since depending on the moment that this occurs, the currents vary. Therefore, when comparing with the values previously calculated in certain conditions of short-circuit power of the network, voltage of the network and with a certain short-circuit impedance of the corresponding power transformer with a given tap, an error occurs in the location of the defect.
Por las razones comentadas anteriormente, el estado del arte carece de una solución precisa para la localización de faltas a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias bifásicas, que se muestre inmune a eventuales variaciones de los factores que influyen en las corrientes de cortocircuito y evite, por tanto, los errores de localización provocados por dichas variaciones.For the reasons mentioned above, the state of the art lacks an accurate solution for the location of faults to ground in biphasic railway power lines, which is immune to eventual variations of the factors that influence the short-circuit currents and avoid, therefore, location errors caused by said variations.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
El sistema y método objeto de la presente invención permite obtener con precisión y en tiempo real la posición kilométrica de la línea ferroviaria en la que ha ocurrido una falta entre el conductor positivo y tierra o entre el conductor negativo y tierra, evitando los errores de localización que surgen al variar los diferentes parámetros del sistema, como son:The system and method object of the present invention allows to obtain accurately and in real time the kilometric position of the railway line in which a fault has occurred between the positive conductor and ground or between the negative conductor and ground, avoiding location errors that arise when varying the different parameters of the system, such as:
- Potencia de cortocircuito en la red en el instante del defecto.- Short-circuit power in the network at the time of the fault.
- Tensión de la red de alimentación en el instante del defecto.- Voltage of the power supply network at the time of the fault.
- Posición del cambiador de tomas del transformador de alimentación en el instante de la falta.- Position of the tap changer of the power transformer at the moment of the fault.
- Impedancia de cortocircuito del transformador de alimentación en dicha posición del cambiador de tomas.- Short circuit impedance of the power transformer in said tap changer position.
Para ello, en un primer aspecto de la invención, se presenta un sistema para localizar la posición de una falta a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias de estructura bifásica con una pluralidad de autotransformadores y al menos una subestación de alimentación, que comprende un dispositivo sensor de intensidad en, al menos, uno de los devanados de cada uno de los autotransformadores, configurado para medir la intensidad de corriente en dicho devanado, donde el sistema comprende:To this end, in a first aspect of the invention, a system for locating the position of a ground fault in railway power lines of two-phase structure with a plurality of autotransformers and at least one power substation, comprising a device, is presented. intensity sensor in at least one of the windings of each of the autotransformers, configured to measure the intensity of current in said winding, where the system comprises:
- un dispositivo sensor de intensidad en cada uno de los dos devanados secundarios de un transformador principal dispuesto en la subestación de alimentación, configurado para medir la intensidad de corriente en dichos devanados secundarios;- an intensity sensing device in each of the two secondary windings of a main transformer arranged in the power substation, configured to measure the current intensity in said secondary windings;
- un dispositivo analizador por cada autotransformador configurado para en caso de producirse una falta a tierra, enviar los valores de intensidad medidos por los dispositivos sensores de cada autotransformador a un dispositivo calculador;- an analyzer device for each autotransformer configured to, in the event of a ground fault, send the intensity values measured by the sensor devices of each autotransformer to a calculating device;
- un dispositivo analizador para el transformador principal configurado para, en caso de producirse una falta a tierra, enviar los valores de intensidad medidos por los dispositivos sensores del transformador principal al dispositivo calculador; y - an analyzer device for the main transformer configured to send, in the event of a ground fault, the intensity values measured by the sensor devices of the main transformer to the calculating device; Y
- un dispositivo calculador configurado para recibir, en caso de producirse una falta, información de cuál es el conductor en falta, a seleccionar entre un conductor positivo y un conductor negativo; recibir los valores de intensidad enviados desde todos los dispositivos analizadores, establecer una relación entre las intensidades de corrientes medidas en los autotransformadores y las intensidades de corriente medidas en el transformador principal; comparar el valor de esta relación con otros valores previamente calculados y almacenados en el dispositivo calculador en una tabla, seleccionada entre al menos dos tablas según la información proporcionada de cuál es el conductor en falta, donde una primera tabla está asociada al conductor positivo y corresponde a faltas entre conductor positivo y tierra, y una segunda tabla está asociada al conductor negativo y corresponde a faltas entre conductor negativo y tierra(debido a que el conductor positivo tiene diferente impedancia que el conductor negativo a causa de su geometría, y, por tanto, los valores de intensidades en los autotransformadores y en el secundario del transformador cuando ocurre una falta son diferentes en caso de falta entre catenaria y tierra que en caso de falta entre feeder y tierra); y determinar la posición de la falta, basado en dicha comparación.- a calculating device configured to receive, in the event of a fault, information of which conductor is missing, to select between a positive conductor and a negative conductor; to receive the intensity values sent from all the analyzer devices, to establish a relationship between the current currents measured in the autotransformers and the current currents measured in the main transformer; compare the value of this relation with other values previously calculated and stored in the calculating device in a table, selected from at least two tables according to the information provided of which is the faulty conductor, where a first table is associated with the positive conductor and corresponds to faults between positive conductor and earth, and a second table is associated to the negative conductor and corresponds to faults between negative conductor and ground (because the positive conductor has different impedance than the negative conductor due to its geometry, and therefore , the values of intensities in the autotransformers and in the secondary of the transformer when a fault occurs are different in case of lack between catenary and ground that in case of lack between feeder and ground); and determine the position of the fault, based on said comparison.
Así, ventajosamente, la presente invención se mantiene inmune a las variaciones de las corrientes de cortocircuito debido a la relación de corrientes en las que se basa, concretamente el cociente de intensidades entre autotransformadores y transformador de alimentación, con lo que las eventuales variaciones no afectan a dicha relación de corrientes y permiten ofrecer un resultado preciso. Thus, advantageously, the present invention remains immune to the variations of the short-circuit currents due to the ratio of currents on which it is based, namely the quotient of intensities between autotransformers and power transformer, with which the eventual variations do not affect to this ratio of currents and allow to offer a precise result.
En una realización de la invención, la relación que establece el dispositivo calculador es un cociente entre la corriente de los autotransformadores y la corriente del transformador principal, correspondiente al conductor positivo de la línea de alimentación. Ventajosamente, esta realización permite una localización precisa de defectos en el conductor positivo.In an embodiment of the invention, the ratio established by the calculating device is a quotient between the current of the autotransformers and the current of the main transformer, corresponding to the positive conductor of the supply line. Advantageously, this embodiment allows an accurate location of defects in the positive conductor.
En una realización de la invención, la relación que establece el dispositivo calculador es el cociente entre la corriente de los autotransformadores y la corriente del transformador principal, correspondiente al conductor negativo de la línea de alimentación. Ventajosamente, esta realización permite la localización precisa de defectos en el conductor negativo.In an embodiment of the invention, the ratio established by the calculating device is the quotient between the current of the autotransformers and the current of the main transformer, corresponding to the negative conductor of the supply line. Advantageously, this embodiment allows the precise location of defects in the negative conductor.
En una realización de la invención, la relación que establece el dispositivo calculador es el cociente entre la corriente de los autotransformadores y la resta de las corrientes del transformador principal, correspondiente al conductor positivo de la línea de alimentación menos la corriente del conductor negativo de la línea de alimentación. Ventajosamente, esta realización permite tanto la localización precisa de defectos en el conductor positivo como en el negativo.In an embodiment of the invention, the relationship established by the calculating device is the quotient between the autotransformer current and the subtraction of the currents of the main transformer, corresponding to the positive conductor of the supply line minus the current of the negative conductor of the power line. Advantageously, this embodiment allows both the precise location of defects in the positive and in the negative conductor.
En una realización de la invención, la relación que establece el dispositivo calculador es el cociente entre la corriente de los autotransformadores y la suma de los módulos de las corrientes del transformador principal, correspondiente al conductor positivo de la línea de alimentación más el módulo de la corriente del conductor negativo de la línea de alimentación. Ventajosamente, esta realización permite tanto la localización precisa de defectos en el conductor positivo como en el negativo.In an embodiment of the invention, the relationship established by the calculating device is the quotient between the autotransformer current and the sum of the modules of the main transformer currents, corresponding to the positive conductor of the supply line plus the module of the current of the negative conductor of the power line. Advantageously, this embodiment allows both the precise location of defects in the positive and in the negative conductor.
La presente invención, de acuerdo a una de sus realizaciones particulares, comprende un centro de control, donde el dispositivo calculador está alojado en dicho centro de control. Alternativamente, el dispositivo calculador se contempla que sea alojado en la subestación de alimentación.The present invention, according to one of its particular embodiments, comprises a control center, where the calculating device is housed in said control center. Alternatively, the calculating device is contemplated to be housed in the power substation.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para localizar la posición de una falta a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias de estructura bifásica con una pluralidad de autotransformadores y al menos una subestación de alimentación, que comprende medir con un dispositivo sensor de intensidad en, al menos, uno de los devanados de cada uno de los autotransformadores, la intensidad de corriente en dicho devanado, donde el método comprende los pasos de: A second aspect of the invention relates to a method for locating the position of a ground fault in railway power lines of two-phase structure with a plurality of autotransformers and at least one power substation, comprising measuring with a sensor device of intensity in at least one of the windings of each of the autotransformers, the intensity of current in said winding, where the method comprises the steps of:
a) medir con un dispositivo sensor de intensidad dispuesto en cada uno de los dos devanados secundarios de un transformador principal dispuesto en la subestación de alimentación, la intensidad de corriente en dichos devanados secundarios; a) measuring with a current sensor device arranged in each of the two secondary windings of a main transformer arranged in the power substation, the current intensity in said secondary windings;
b) enviar, en caso de producirse una falta a tierra, las medidas recogidas por todos los dispositivos sensores, desde un dispositivo analizador en cada uno de los autotransformadores y en el transformador principal, a un dispositivo calculador; b) send, in the event of a ground fault, the measurements collected by all the sensor devices, from an analyzer device in each of the autotransformers and in the main transformer, to a calculating device;
c) proporcionar al dispositivo calculador, en caso de producirse una falta, información de cuál es el conductor en falta, a seleccionar entre un conductor positivo y un conductor negativo;c) provide the calculating device, in the event of a fault, information of which conductor is missing, to select between a positive conductor and a negative conductor;
d) establecer, en un dispositivo calculador, una relación entre las intensidades de corriente medidas en los autotransformadores y las intensidades de corriente medidas en el transformador principal;d) establish, in a calculating device, a relationship between the current intensities measured in the autotransformers and the current currents measured in the main transformer;
e) comparar, en el dispositivo calculador, el valor de la relación establecida en el paso d) con otros valores previamente calculados y almacenados en dicho dispositivo calculador en una tabla, seleccionada entre al menos dos tablas según la información proporcionada en el paso c) de cuál es el conductor en falta, donde una primera tabla está asociada al conductor positivo y corresponde a faltas entre conductor positivo y tierra, y una segunda tabla está asociada al conductor negativo y corresponde a faltas entre conductor negativo y tierra;e) comparing, in the calculating device, the value of the ratio established in step d) with other values previously calculated and stored in said calculating device in a table, selected from at least two tables according to the information provided in step c) which is the faulty conductor, where a first table is associated with the positive conductor and corresponds to faults between positive conductor and ground, and a second table is associated with the negative conductor and corresponds to faults between negative conductor and ground;
f) determinar, por el dispositivo calculador, la posición de la falta, basado en la comparación del paso anterior del valor de la relación establecida y el valor previamente calculado de la tabla que corresponde al conductor en falta.f) determine, by the calculating device, the position of the fault, based on the comparison of the previous step of the value of the established relation and the previously calculated value of the table corresponding to the driver at fault.
De acuerdo a una de las realizaciones de la invención, la relación establecida por el dispositivo calculador se contempla que comprenda establecer un cociente entre la corriente de los autotransformadores y la corriente del transformador principal, correspondiente al conductor positivo de la línea de alimentación.According to one of the embodiments of the invention, the ratio established by the calculating device is considered to comprise establishing a quotient between the current of the autotransformers and the current of the main transformer, corresponding to the positive conductor of the supply line.
En una de las realizaciones particulares de la invención, la relación establecida por el dispositivo calculador comprende establecer un cociente entre la corriente de los autotransformadores y la corriente del transformador principal correspondiente al conductor negativo de la línea de alimentación.In one of the particular embodiments of the invention, the ratio established by the calculating device comprises establishing a quotient between the current of the autotransformers and the main transformer current corresponding to the negative conductor of the supply line.
La presente invención contempla, de acuerdo a una de sus realizaciones, que la relación establecida por el dispositivo calculador comprenda establecer un cociente entre la corriente de los autotransformadores y la resta de las corrientes del transformador principal correspondiente al conductor positivo de la línea de alimentación menos la corriente del conductor negativo de la línea de alimentación. The present invention contemplates, according to one of its embodiments, that the relation established by the calculating device comprises establishing a quotient between the current of the autotransformers and the subtraction of the currents of the main transformer corresponding to the positive conductor of the supply line minus the negative conductor current of the supply line.
En una de las realizaciones de la invención, la relación establecida por el dispositivo calculador comprende establecer un cociente entre la corriente de los autotransformadores y las suma de los módulos de las corrientes del transformador principal, correspondiente al módulo del conductor positivo de la línea de alimentación más el módulo de la corriente del conductor negativo de la línea de alimentación.In one of the embodiments of the invention, the ratio established by the calculating device comprises establishing a quotient between the current of the autotransformers and the sum of the modules of the main transformer currents, corresponding to the positive conductor module of the power supply line plus the negative conductor current module of the power line.
Opcionalmente, los valores previamente calculados y almacenados en dicho dispositivo calculador pueden disponerse en tablas que relacionan cada conductor con el punto kilométrico de la línea de alimentación. Concretamente, la relación que almacena cada tabla, una para las faltas entre catenaria y tierra, y otra para las faltas entre feeder y tierra, puede comprender una relación de las intensidades entre autotransformadores y el transformador de alimentación, basada en los valores experimentales que se obtienen cuando se produce un cortocircuito entre uno de los conductores y tierra a lo largo de la línea de alimentación.Optionally, the values previously calculated and stored in said calculating device can be arranged in tables that relate each conductor to the kilometric point of the power line. Specifically, the relationship stored by each table, one for the faults between catenary and ground, and another for the faults between feeder and ground, can include a ratio of the intensities between autotransformers and the power transformer, based on the experimental values that are They obtain when there is a short circuit between one of the conductors and ground along the power line.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña la presente memoria descriptiva, formando parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is going to be carried out next and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, the present descriptive report is attached, forming an integral part of the same, a set of drawings in which illustrative and non-illustrative limiting, the following has been represented:
En la Figura 1 se muestra el sistema de alimentación mediante 2 conductores de 2x25 kV para una sección de con tres subsecciones, identificando todos los elementos del sistema de localización.Figure 1 shows the feeding system by 2 2x25 kV conductors for a section with three subsections, identifying all the elements of the location system.
-(1) Transformador principal- (1) Main transformer
-(2) Autotransformador- (2) Autotransformer
-(3) Catenaria o conductor positivo- (3) Catenary or positive driver
-(4) Feeder o conductor negativo- (4) Feeder or negative driver
-(5) Carril- (5) Lane
-(6) Sensor de corriente - (6) Current sensor
-(7) Sensor de tensión- (7) Voltage sensor
-(8) Dispositivo analizador- (8) Analyzer device
-(9) Dispositivo calculador- (9) Calculating device
-(10) Equipo de presentación- (10) Presentation team
-(A,B,C..) Subsecciones- (A, B, C ..) Subsections
-(IC ) Intensidad del secundario del transformador principal correspondiente con la catenaria.- (IC) Intensity of the secondary of the main transformer corresponding to the catenary.
-(IF ) Intensidad del secundario del transformador principal correspondiente con el feeder o conductor negativo.- (IF) Secondary current of the corresponding main transformer with the feeder or negative conductor.
-(IAT1 ) Intensidad en un devanado del autotransformador 1.- (IAT1) Intensity in a winding of the autotransformer 1.
-(IAT2 ) Intensidad en un devanado del autotransformador 2.- (IAT 2 ) Intensity in a winding of the autotransformer 2.
-(IAT3 ) Intensidad en un devanado del autotransformador 3.- (I AT3 ) Intensity in a winding of the autotransformer 3.
En la Figura 2 se muestran los resultados experimentales con un demostrador de laboratorio de una sección con tres subsecciones, para varias tensiones de alimentación, donde se puede ver claramente las diferentes corrientes de cortocircuito que hay dependiendo de la tensión de alimentación.Figure 2 shows the experimental results with a laboratory demonstrator of a section with three subsections, for several supply voltages, where you can clearly see the different short-circuit currents depending on the supply voltage.
En la Figura 3 se muestran los resultados experimentales de los mismos ensayos de laboratorio de la figura 2, pero representando el cociente entre las corrientes de los tres autotransformadores IAT1 , IAT2 y IAT3 y la resta de las corrientes de los arrollamientos del transformador principal correspondientes a la catenaria IC y al feeder IF. Se observa que las relaciones de corrientes son constantes independientemente de los valores de corriente de cortocircuito.Figure 3 shows the experimental results of the same laboratory tests of figure 2, but representing the quotient between the currents of the three autotransformers IAT1, IAT2 and IAT3 and the subtraction of the currents of the windings of the main transformer corresponding to the IC catenary and the IF feeder. It is observed that the current ratios are constant independently of the short-circuit current values.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
El sistema y método de localización de faltas a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias bifásicas de la presente invención parte de una identificación de la falta y si esta se ha producido entre el conductor positivo y tierra, o negativo y tierra. Dicha identificación puede obtenerse mediante soluciones conocidas del estado del arte, preferentemente la divulgada en "Sistema de localización del tramo con falta a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias bifásicas con autotransformadores” con número de publicación ES 2507465. The system and location method of ground faults in biphasic railway power lines of the present invention starts from an identification of the fault and if this has occurred between the positive conductor and ground, or negative and ground. Said identification can be obtained by means of known solutions of the state of the art, preferably that disclosed in "Location system of the section with ground fault in biphasic railway power lines with autotransformers" with publication number ES 2507465.
Una vez conocido el conductor con defecto, la presente invención registra las corrientes en los autotransformadores y en el transformador principal durante el defecto. Así, ventajosamente se aprovecha el hecho de que, a lo largo de la línea ferroviaria cuando se produce un defecto a tierra, la relación entre las corrientes en los autotransformadores y del transformador principal, como puede verse en la figura 3, se distribuye siempre según un determinado patrón. Existen no obstante un patrón para defectos entre catenaria y tierra y otro patrón para defectos entre feeder y tierra. Estos dos patrones, a diferencia de lo que ocurre con las corrientes de cortocircuito en los autotransformadores representadas en la figura 2, no dependen de las variaciones de los parámetros del sistema eléctrico citados anteriormente. Por tanto, la presente invención, para localizar el defecto con una mayor precisión e inmunidad a las eventuales variaciones de dichas corrientes de cortocircuito, obtiene los valores de la relación de corrientes en el momento de la falta y compara dicha relación con unos valores de la relación correspondiente previamente calculados específicamente para cada sistema eléctrico. La realización de los patrones para un conductor determinado se basa en el cálculo de las corrientes de cortocircuito, donde debe prestarse especial atención a la geometría de los conductores durante el tramo. Existen diversos métodos de cálculo de cortocircuito conocidos.Once the defective conductor is known, the present invention records the currents in the autotransformers and in the main transformer during the fault. Advantageously, the advantage is taken of the fact that, along the railway line when a ground fault occurs, the ratio between the currents in the autotransformers and the main transformer, as can be seen in figure 3, is always distributed according to a certain pattern. There is nevertheless a pattern for defects between catenary and earth and another pattern for defects between feeder and ground. These two patterns, unlike what happens with the short-circuit currents in the autotransformers shown in Figure 2, do not depend on the variations of the electrical system parameters mentioned above. Therefore, the present invention, to locate the defect with greater precision and immunity to the eventual variations of said short-circuit currents, obtains the values of the current ratio at the moment of the fault and compares said relation with values of the corresponding ratio previously calculated specifically for each electrical system. The realization of the patterns for a given conductor is based on the calculation of the short-circuit currents, where special attention must be paid to the geometry of the conductors during the section. There are several known short circuit calculation methods.
Como se puede ver en la figura 1, el sistema de la invención aplicable en la localización de faltas a tierra en líneas de alimentación eléctrica ferroviarias bifásicas incluye el correspondiente esquema de una sección de alimentación eléctrica con el conductor de tierra (5), el conductor positivo (3), y el conductor negativo (4), incluyendo los autotransformadores (2), y estableciéndose entre estos las consideradas subsecciones A, B, C, de manera que, de acuerdo a una de las realizaciones de la invención, cada autotransformador (2) incorpora un dispositivo sensor de corriente (6), opcionalmente un dispositivo sensor de tensión (7), y un dispositivo analizador (8), todo ello relacionado con la correspondiente subestación de alimentación de la sección ferroviaria que se pretende controlar, donde el transformador de alimentación (1) incorpora un dispositivo sensor de corriente (6) en cada uno de sus dos devanados secundarios y un dispositivo analizador (8) y en donde se ha previsto un calculador (9) para obtener el resultado y un equipo de presentación (10) que presenta los resultados al operador.As can be seen in Figure 1, the system of the invention applicable in the location of faults to ground in biphasic railway power lines includes the corresponding scheme of an electrical power section with the ground conductor (5), the driver positive (3), and the negative conductor (4), including the autotransformers (2), and establishing among them those considered subsections A, B, C, so that, according to one of the embodiments of the invention, each autotransformer (2) incorporates a current sensing device (6), optionally a voltage sensing device (7), and an analyzer device (8), all related to the corresponding power substation of the railway section to be controlled, where the power transformer (1) incorporates a current sensor device (6) in each of its two secondary windings and an analyzer device (8) and where provided a calculator (9) to obtain the result and a presentation team (10) that presents the results to the operator.
De acuerdo a una realización de la invención, el dispositivo sensor de corriente (6), en cada autotransformador, es un transformador de intensidad instalado en el extremo positivo del autotransformador (2) para que mida la corriente que sale del autotransformador desde el conductor positivo. According to an embodiment of the invention, the current sensor device (6), in each autotransformer, is a current transformer installed at the positive end of the autotransformer (2) to measure the current leaving the autotransformer from the positive conductor .
Los dispositivos sensores de corriente (6), en los devanados secundarios del transformador de alimentación, son unos transformadores de intensidad instalados en el extremo positivo y el extremo negativo del transformador de alimentación (1) para que mida la corriente que sale del transformador desde el conductor positivo y el conductor negativo respectivamente.The current sensing devices (6), in the secondary windings of the power transformer, are current transformers installed at the positive end and the negative end of the power transformer (1) to measure the current leaving the transformer from the transformer. Positive driver and negative driver respectively.
Los dispositivos sensores de tensión (7) instalados en cada autotransformador obtienen la tensión en la catenaria en el punto de conexión con cada autotransformador para que el dispositivo analizador obtenga el ángulo que forma esta tensión con la intensidad de ese autotransformador y analice dicho ángulo en orden a determinar si la falta es entre catenaria y tierra o entre feeder y tierra.The voltage sensing devices (7) installed in each autotransformer obtain the voltage in the catenary at the point of connection with each autotransformer so that the analyzer device obtains the angle formed by this voltage with the intensity of that autotransformer and analyzes said angle in order to determine if the fault is between catenary and ground or between feeder and ground.
Como dispositivo analizador (8) se utilizará preferentemente un relé de sobreintensidad direccional que actúa cuando se produce una falta a tierra, cumpliéndose determinadas condiciones.The analyzer device (8) will preferably use a directional overcurrent relay that acts when a ground fault occurs, certain conditions being met.
El transformador de intensidad se conecta al relé de sobreintensidad direccional, es decir al dispositivo analizador (8), y, asimismo cada relé se conecta a un calculador (9) situado en la propia subestación.The current transformer is connected to the directional overcurrent relay, that is to say to the analyzer device (8), and, likewise, each relay is connected to a computer (9) located in the substation itself.
El calculador (9), en una realización de la invención, es un controlador lógico programable PLC que recibe las señales de los distintos relés o dispositivos analizadores (8) y compara sus valores con los de la tabla correspondiente al conductor en que ha ocurrido la falta, así como a las condiciones de carga que en el momento de ocurrir la falta tenía la sección eléctrica ferroviaria, determinando la localización de la falta. Este dato de la posición de la falta es enviado al equipo de presentación (10), que es un ordenador conectado al PLC, que recoge la señal de salida de éste y presenta los resultados en la pantalla a un operador.The computer (9), in one embodiment of the invention, is a PLC programmable logic controller that receives the signals of the different relays or analyzer devices (8) and compares its values with those of the table corresponding to the driver in which the lack, as well as the load conditions that at the time of the fault had the railway electrical section, determining the location of the fault. This data of the position of the fault is sent to the presentation equipment (10), which is a computer connected to the PLC, which collects the output signal thereof and presents the results on the screen to an operator.
Al producirse un cortocircuito entre uno de los conductores y tierra, los transformadores de intensidad situados en los autotransformadores (2) miden los valores de intensidad que harán actuar a los relés que constituyen el dispositivo analizador (8). El calculador, además de los valores de los módulos de las intensidades en los devanados positivos de los autotransformadores y, opcionalmente los valores de tensión en al menos uno de sus devanados, recibe también la información enviada por los relés relativa al conductor y, opcionalmente la subsección en que ha ocurrido la falta, por ejemplo mediante el sistema descrito en la patente con número ES 2507465 referida anteriormente. When a short circuit occurs between one of the conductors and ground, the current transformers located in the autotransformers (2) measure the intensity values that will make the relays that constitute the analyzer device (8) act. The calculator, in addition to the values of the modules of the currents in the positive windings of the autotransformers and, optionally, the voltage values in at least one of its windings, also receives the information sent by the relays relative to the driver and, optionally, the subsection in which the fault has occurred, for example by means of the system described in the patent with number ES 2507465 referred to above.
Entonces, el calculador busca en la tabla correspondiente al conductor con defecto, almacenada en su memoria, los valores iguales a los de los cocientes recibidos. Estas tablas, que constan de la relación de las intensidades entre autotransformadores y transformador de alimentación, y la posición por cada elemento, y que son diferentes para el caso de faltas entre catenaria y tierra que en caso de faltas entre feeder y tierra, se habrán almacenado previamente en el calculador con los valores particulares obtenidos de las relaciones de intensidades de los autotransformadores y transformador de alimentación cuando se produce un cortocircuito entre uno de los conductores y tierra a lo largo de la sección eléctrica en la que aquéllos están instalados.Then, the calculator searches in the table corresponding to the defective driver, stored in its memory, the values equal to those of the received ratios. These tables, which consist of the ratio of the intensities between autotransformers and power transformer, and the position for each element, and which are different for the case of faults between catenary and earth that in case of faults between feeder and ground, will have previously stored in the calculator with the particular values obtained from the intensities relationships of the autotransformers and power transformer when a short circuit occurs between one of the conductors and ground along the electrical section in which they are installed.
Concretamente, para realizar la localización del punto con defecto de acuerdo a la presente invención, se pueden emplear diferentes relaciones entre las corrientes de los autotransformadores y la o las corrientes del transformador principal de alimentación. A continuación se detallan diferentes posibles relaciones para la localización de los defectos:Specifically, to make the location of the defective point according to the present invention, different ratios can be used between the autotransformer currents and the main power transformer current (s). Below are different possible relationships for the location of the defects:
Relación de corrientes de autotransformadores (IAt ) y corriente de catenaria (IC ): Ratio of autotransformer currents (I At ) and catenary current (IC):
En esta realización se realiza el cociente de las corrientes de los distintos autotransformadores (IAT1, IAT2, IAT3_ ) y la corriente del secundario del transformador principal correspondiente con la catenaria (IC )In this embodiment, the quotient of the currents of the different autotransformers (IAT1, IAT2, IAT3_) and the secondary current of the corresponding main transformer is made with the catenary (IC)
Con esta relación se localizan los defectos entre catenaria y tierra.With this relation the defects between catenary and earth are located.
Relación de corrientes de autotransformadores (IAt ) y corriente del feeder (If ): Ratio of autotransformer currents (I At ) and feeder current (I f ):
En esta realización se realiza el cociente de las corrientes de los distintos autotransformadores (IAT1, IAT2, IAT3... ) y la corriente del secundario del transformador principal correspondiente feeder o conductor negativo (IF )In this embodiment, the quotient of the currents of the different autotransformers (IAT1, IAT2, IAT3 ...) and the secondary current of the corresponding main transformer feeder or negative conductor (IF) is performed
Con esta relación se localizan los defectos entre el feeder o conductor negativo y tierra. With this relation the defects between the feeder or negative conductor and ground are located.
Relación de corrientes de autotransformadores (IAt ) y la resta de las corrientes de la catenaria y feeder (Ic - If ):Ratio of autotransformer currents (I At ) and subtraction of the catenary and feeder currents (I c - I f ):
En esta realización se realiza el cociente de las corrientes de los distintos autotransformadores (IAT1, IAT2, IAT3_ ) y la resta de las corrientes del secundario del transformador principal correspondiente con la catenaria y la correspondiente con el feeder o conductor negativo (IF )In this embodiment, the quotient of the currents of the different autotransformers (IAT1, IAT2, IAT3_) and the subtraction of the secondary currents of the main transformer corresponding to the catenary and the corresponding with the feeder or negative conductor (IF) is performed.
Con esta relación se localizan tanto los defectos a tierra en la catenaria como en el feeder.With this relationship both ground faults are located in the catenary and in the feeder.
Relación de corrientes de autotransformadores (IAt) y la suma de los módulos de las corrientes de la catenaria y feeder (|Ic |+| If |):Ratio of autotransformer currents (IAt) and the sum of the modules of the catenary and feeder currents (| I c | + | I f |):
En esta realización se realiza el cociente de las corrientes de los distintos autotransformadores (IAT1, IAT2, IAT3...) y la suma de los módulos de las corrientes del secundario del transformador principal correspondiente con la catenaria y la correspondiente con el feeder o conductor negativo (|IC |+| IF |). Debido al desfase de las corrientes la suma de los módulos de las corrientes de catenaria y feeder es similar a la resta de estas dos corrientes.In this embodiment, the quotient of the currents of the different autotransformers (IAT1, IAT2, IAT3 ...) and the sum of the modules of the secondary currents of the corresponding main transformer with the catenary and the corresponding with the feeder or driver negative (| IC | + | IF |). Due to the lag of the currents, the sum of the modules of the catenary and feeder currents is similar to the subtraction of these two currents.
IAT! ¡ATI Iat3IAT! ATI Iat3
\¡c\ \h\ \¡c\ \h\ \¡c\ \h\\ C \ \ h \ \ c \ \ h \ \ c \ \ h \
Con esta relación se localizan tanto los defectos a tierra en la catenaria como en el feeder.With this relationship both ground faults are located in the catenary and in the feeder.
En la Figura 2 se muestran los resultados experimentales con un demostrador de laboratorio de una sección con tres subsecciones. Se recogen las corrientes en arrollamiento del transformador principal correspondiente a la catenaria IC y en los tres autotransformadores IAT1 , IAT2 y IAT3 para defectos entre el punto kilométrico 1 y el 30. Figure 2 shows the experimental results with a laboratory demonstrator of a section with three subsections. The winding currents of the main transformer corresponding to the catenary IC and in the three autotransformers IAT1, IAT2 and IAT3 are collected for defects between the kilometric point 1 and the 30.
Estos ensayos se han realizado modificando la tensión de alimentación del demostrador utilizando 80%, 90%, 100%, 110% y 120% de la tensión asignada.These tests have been carried out modifying the power supply voltage of the demonstrator using 80%, 90%, 100%, 110% and 120% of the assigned voltage.
Como se puede observar las corrientes de cortocircuito varían, por lo que las soluciones del estado del arte que se basan en dichas corrientes tienen errores en la localización. As you can see the short circuit currents vary, so the state of the art solutions that are based on these currents have errors in the location.
En contraste, en la Figura 3 se muestran los resultados experimentales de los mismos ensayos de laboratorio de la figura 2, pero representando ahora el cociente entre las corrientes de los tres autotransformadores IAT1 , IAT2 y IAT3 y la resta de las corrientes de los arrollamientos del transformador principal correspondientes a la catenaria IC y al feeder IF.In contrast, in Figure 3 the experimental results of the same laboratory tests of Figure 2 are shown, but now representing the quotient between the currents of the three autotransformers IAT1, IAT2 and IAT3 and the subtraction of the currents of the windings of the main transformer corresponding to the IC catenary and the IF feeder.
Como se puede observar en la gráfica, los perfiles de corrientes obtenidos son prácticamente idénticos independientemente del valor de las corrientes de cortocircuito y, por tanto, no hay apenas error de localización. As can be seen in the graph, the current profiles obtained are virtually identical regardless of the value of the short-circuit currents and, therefore, there is hardly any location error.
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2018
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