ES2758531A1 - SYSTEM AND METHOD OF LOCATION OF GROUND FAULTS IN ALTERNATING CURRENT FACILITIES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Abstract

Method and system for locating earth faults in alternating current electrical installations based on the measurement of the voltages (Uin) and the impedances (Zi) in each phase of alternating current, and the quotient between the impedance (Zgnd) and the voltage (Ugnd), or current measurement in case of having a rigid system to ground, of a grounding device placed in a neutral point that allows calculating the phase that has the fault, as well as the percentage of failure over the equivalent impedance of said phase. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

SISTEMA Y MÉTODO DE LOCALIZACIÓN DE FALTAS A TIERRA EN SYSTEM AND METHOD OF LOCATION OF EARTH FAULTS IN

INSTALACIONES DE CORRIENTE ALTERNAALTERNATING CURRENT FACILITIES

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a un sistema y método de la localización de faltas a tierra en instalaciones eléctricas de corriente alterna capaz de localizar este tipo de defecto estando en cualquier punto del circuito eléctrico, con este en funcionamiento.The present invention refers to a system and method of locating earth faults in alternating current electrical installations capable of locating this type of defect being at any point of the electrical circuit, with it in operation.

El sistema y método de localización de faltas a tierra según la presente invención es de utilidad en instalaciones eléctricas conectadas a una red eléctrica por medio de un transformador que disponga en el secundario de salida para neutro. La presente invención tiene aplicación, por ejemplo y sin carácter limitativo, en el sector de la automoción eléctrica y en el de las energías renovables.The system and method for locating earth faults according to the present invention is useful in electrical installations connected to an electrical network by means of a transformer that has a neutral output secondary. The present invention has application, for example and without limitation, in the electrical automotive sector and in that of renewable energies.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Las instalaciones eléctricas deben de disponer de sistemas de protección que las hagan seguras ante todo tipo de faltas para los equipos y las personas. En caso de las faltas a tierra, provocadas habitualmente por un cable pelado que toca con el chasis de la instalación u otro defecto similar, los dispositivos de actuación frente a este tipo de faltas son de variada tecnología no siendo así los dispositivos de detección y diagnóstico destinados a estas.Electrical installations must have protection systems that make them safe against all kinds of faults for equipment and people. In the event of earth faults, usually caused by a bare cable that touches the installation's chassis or another similar defect, the actuation devices against this type of fault are of various technology, and thus are not detection and diagnostic devices. intended for these.

En el campo del diagnóstico, la detección y localización de las faltas a tierra o contra el chasis es complicada debido a los diversos factores que pueden influir en la estimación. Los dispositivos para el diagnóstico son de fundamental importancia para los equipamientos en caso de querer estimar la existencia o no de una falta y en caso afirmativo, la localización y la gravedad de los daños que esta falta está causando en el sistema en cuestión.In the field of diagnosis, the detection and location of ground or chassis faults is complicated due to the various factors that can influence the estimation. Diagnostic devices are of fundamental importance to equipment if they want to estimate the existence or not of a fault and if so, the location and severity of the damage that this fault is causing in the system in question.

En instalaciones eléctricas con configuración de neutro aislado, un punto a tierra no ocasiona corriente de defecto. En caso de tener un detector de faltas instalado en el sistema y esté conectado a tierra, la corriente con un punto a tierra es pequeña debido a la impedancia limitadora de defecto, y en casos de sistemas rígidos a tierra, las faltas a tierra pueden ocasionar sobrecorrientes severas en el sistema al no tener esta impedancia limitadora.In electrical installations with an isolated neutral configuration, a ground point does not cause a fault current. In case of having a fault detector installed in the system and it is connected to ground, the current with a point to ground is small due to the fault limiting impedance, and in cases of rigid ground systems, ground faults can cause severe overcurrents in the system as they do not have this limiting impedance.

La necesidad de detectar un posible defecto se produce por intentar localizar esta derivación lo antes posible, pues si se produce una primera falta a tierra, circula una corriente residual baja por la impedancia limitadora puesta a tierra, pero una segunda falta daría lugar a un fallo en el sistema de gravedad considerable, atendiendo a la magnitud de la corriente residual que circule entre ambos puntos. Esto provocaría un cortocircuito entre algunos elementos de la misma fase o una falta bifásica.The need to detect a possible defect occurs by trying to locate this shunt as soon as possible, because if a first earth fault occurs, a low residual current flows through the grounded limiting impedance, but a second fault would lead to a fault. in the system of considerable gravity, taking into account the magnitude of the residual current that circulates between both points. This would cause a short circuit between some elements of the same phase or a biphasic fault.

En los sistemas de detección de faltas a tierra ya conocidos es habitual disponer de los siguientes medios para la detección y localización de dichas faltas:In the already known ground fault detection systems it is usual to have the following means for the detection and location of these faults:

• Detección por inyección de corriente alterna de una frecuencia distinta a la de operación entre un punto de la instalación eléctrica y tierra que da lectura de dicha corriente si existe una derivación a tierra.• Detection by injection of alternating current of a frequency different from that of operation between a point in the electrical installation and ground that gives a reading of said current if there is a ground fault.

• Detección por inyección de corriente continúa en la instalación eléctrica que da lectura de dicha corriente si existe una derivación a tierra.• Detection by current injection in the electrical installation that reads the current if there is a ground fault.

• Localización por inyección de tensión entre un punto de la instalación eléctrica y tierra en una resistencia de medida que deja de dar lectura o disminuye la misma si existe una derivación a tierra. • Location by voltage injection between a point of the electrical installation and earth in a measurement resistance that stops reading or decreases it if there is a ground fault.

Estos sistemas de detección de faltas requieren un componente activo entre el neutro del sistema y la tierra.These fault detection systems require an active component between the system neutral and ground.

También existen tecnologías como los relés de mínima impedancia que pueden distinguir en qué punto del sistema se localiza la falta mediante la medición de la corriente de fase y la tensión de fase en un punto del circuito a partir del cual se quiera empezar a localizar y proteger, sin necesidad de introducir fuentes de corriente o tensión al sistema.There are also technologies such as minimum impedance relays that can distinguish where the fault is located in the system by measuring the phase current and phase voltage at a point in the circuit from which you want to start locating and protecting. , without the need to introduce current or voltage sources to the system.

Estos últimos sistemas de detección de faltas pueden alertar de que hay un defecto y no localizarlo, o en caso de localizarlo no poder operar correctamente si el sistema tiene buses de continua intermedios por no saber diferenciar si el fallo se encuentra aguas abajo o aguas arriba de estos buses.These latest fault detection systems can alert that there is a defect and not locate it, or if it is located, it cannot operate correctly if the system has intermediate DC buses because they do not know how to differentiate if the fault is downstream or upstream of these buses.

El estado de la técnica correspondiente a la presente invención se describe, en más detalle, en los documentos que siguen a continuación:The state of the art corresponding to the present invention is described, in more detail, in the following documents:

PCT/US1995/002802 (15.08.1995) US5661664 A (26.08.1997) ABB Power T&D Company Inc., Raleigh, N.C. ONE-TERMINAL DATA FAULT LOCATION SYSTEM AND PROCESS FOR LOCATING A FAULT.PCT / US1995 / 002802 (08/15/1995) US5661664 A (08/26/1997) ABB Power T&D Company Inc., Raleigh, N.C. ONE-TERMINAL DATA FAULT LOCATION SYSTEM AND PROCESS FOR LOCATING A FAULT.

PCT/ES2011/000278 (19.09.2011) WO2012/038564 A2 (29.03.2012) UNIVERSIDAD DE SEVILLA (100.00%) DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA LA LOCALIZACIÓN DE FALTAS EN LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA.PCT / ES2011 / 000278 (19.09.2011) WO2012 / 038564 A2 (29.03.2012) UNIVERSIDAD DE SEVILLA (100.00%) DEVICE AND METHOD FOR THE LOCATION OF FAULTS IN LINES OF ELECTRICAL DISTRIBUTION.

ES2716482 A1 (12.06.2019) UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID (100.00%) SISTEMA Y MÉTODO DE DETECCIÓN DE FALTAS A TIERRA O CONTRA EL CHASIS EN SISTEMAS DE CORRIENTE CONTINUA CON INVERSORES ALIMENTADOS A PARTIR DE BATERÍAS. ES2716482 A1 (06.12.2019) UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID (100.00%) SYSTEM AND METHOD OF DETECTION OF LAND FAULTS OR AGAINST CHASSIS IN CONTINUOUS CURRENT SYSTEMS WITH BATTERY-FEED INVERTERS.

P. Tian, C.A. Platero, F. Blázquez and J.M. Guerrero, "Ground Faults Location System for Powertrain of Electric Vehicles”, 2019 IEEE 12th Intemational Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), Toulouse, France, 2019, pp. 488-492.P. Tian, CA Platero, F. Blázquez and JM Guerrero, "Ground Faults Location System for Powertrain of Electric Vehicles”, 2019 IEEE 12th Intemational Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives ( SDEMPED) , Toulouse, France, 2019 , pp. 488-492.

En los dos primeros documentos descritos anteriormente es necesario tomar medidas, tanto de intensidad, como de tensión, para la localización de la falta a tierra.In the first two documents described above, it is necessary to take measurements, both intensity and voltage, to locate the earth fault.

A pesar de los sistemas y métodos de detección de faltas a tierra ya conocidos, en el sector existe la necesidad de desarrollar nuevos sistemas y métodos que sean capaces de detectar faltas a tierra en instalaciones eléctricas de corriente alterna independientemente de cuál sea la configuración específica de dicha instalación (monofásica, bifásica, trifásica o configuraciones sucesivas) y de que dichas instalaciones puedan estar provistas, además, de buses de corriente continua.Despite the known ground fault detection systems and methods, there is a need in the sector to develop new systems and methods that are capable of detecting ground faults in alternating current electrical installations regardless of the specific configuration of said installation (single-phase, two-phase, three-phase or successive configurations) and that said installations may also be provided with direct current buses.

Asimismo, es conveniente desarrollar nuevos sistemas y métodos de detección de faltas a tierra, capaces de detectar en qué fase y en qué porcentaje de fase se produce dicha falta, puesto que eso agilizaría las tareas de reparación y/o mantenimiento. Además, sería ventajoso que dichos sistemas y métodos de detección fuesen capaces de detectar las faltas a tierra utilizando únicamente mediciones de tensión, puesto que esto reduciría de forma considerable su coste de fabricación y/o implantación. Likewise, it is convenient to develop new systems and methods for detecting earth faults, capable of detecting in which phase and in what percentage of phase this fault occurs, since this would speed up the repair and / or maintenance tasks. Furthermore, it would be advantageous if such detection systems and methods were capable of detecting earth faults using only voltage measurements, since this would considerably reduce their manufacturing and / or implantation cost.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención pretende abordar todas las limitaciones, desventajas e inconvenientes de los sistemas y métodos de detección de faltas a tierra de la técnica anterior, descritos anteriormente.The present invention aims to address all the limitations, disadvantages and disadvantages of the prior art ground fault detection systems and methods described above.

Para ello, un primer objeto de la invención se refiere a un sistema de localización de faltas a tierra en al menos una instalación eléctrica de corriente alterna, estando dicha instalación eléctrica provista de al menos una fase de corriente alterna, una conexión a tierra y un punto neutro, caracterizado por que comprende:For this purpose, a first object of the invention refers to a system for locating earth faults in at least one alternating current electrical installation, said electrical installation being provided with at least one alternating current phase, a ground connection and a neutral point, characterized by comprising:

a) un dispositivo de puesta a tierra, que consiste en un elemento pasivo dispuesto entre el punto neutro de la instalación eléctrica y la conexión a tierra;a) a grounding device, consisting of a passive element arranged between the neutral point of the electrical installation and the ground connection;

b) al menos un equipo de medida, configurado para medir las siguientes magnitudes:b) at least one measuring equipment, configured to measure the following quantities:

i) las tensiones de cada fase corriente alterna (Uin) y calcular el fasor de todas las tensiones de cada fase de corriente alterna como:i) the voltages of each phase of alternating current (Uin) and calculate the phasor of all the voltages of each phase of alternating current as:

Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001

donde:where:

Ti: es el periodo de la onda de tensión;Ti: is the period of the voltage wave;

uin(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión de fase de corriente alterna para un instante tj dado;uin (tj): is the instantaneous value of the alternating current phase voltage wave for a given instant tj;

0u.in: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una transformada rápida de Fourier (FFT); 0u.in: is the argument of the first harmonic of the wave performing a fast Fourier transform (FFT);

a1in: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);a1in: is the amplitude value of the FFT first harmonic sine filter for the phase-neutral voltage wave (Uin);

b1in: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);b1in: is the amplitude value of the FFT's first harmonic cosine filter for the phase-neutral voltage wave (Uin);

ii) las impedancias de cada fase de corriente alterna (Zi),ii) the impedances of each alternating current phase (Zi),

iii) el valor de (■ U =(( n 2 d )), correspondiente al cociente entre la impedancia de puesta a tierra (Zgnd), y la tensión (Ugnd) en el dispositivo de puesta a tierra; yiii) the value of (■ U = ( ( n 2 d )), corresponding to the quotient between the grounding impedance (Zgnd), and the voltage (Ugnd) at the grounding device; and

c) un equipo de cálculo, configurado para identificar la fase de corriente alterna en la que se produce una falta a tierra por comparación del ángulo entre tensiones, tal que:c) a calculation equipment, configured to identify the phase of alternating current in which an earth fault occurs by comparing the angle between voltages, such that:

Figure imgf000007_0002
Figure imgf000007_0002

donde:where:

0Ugnd: es la fase de la tensión leída en bornes del equipo de medida;0Ugnd: is the phase of the voltage read at the measurement equipment terminals;

0Uin: es la fase de la tensión que porta la falta a tierra;0Uin: is the phase of the voltage that carries the earth fault;

A0gnd: es la impedancia propia del equipo de medida;A0gnd: is the own impedance of the measurement equipment;

estando configurado además el equipo de cálculo para calcular el porcentaje (k) sobre la impedancia de fase de corriente alterna donde se produce la falta a tierra, siendo dicho porcentaje (k):The calculation equipment is also configured to calculate the percentage (k) over the phase impedance of the alternating current where the earth fault occurs, said percentage (k) being:

Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0001

dondewhere

k: es el porcentaje en tanto por unidad sobre la impedancia de fase donde se produce la falta; k: is the percentage as a unit over the phase impedance where the fault occurs;

Uin: es la tensión de la fase de corriente alterna "i”;Uin: is the voltage of the alternating current phase "i";

Z¡: es la impedancia de la fase de corriente alterna "i”;Zi: is the impedance of the alternating current phase "i";

N es el número total de fases de la instalación;N is the total number of phases of the installation;

Zgnd es la impedancia del dispositivo puesto a tierra; yZgnd is the impedance of the grounded device; and

Ugnd es la tensión leída en la impedancia del dispositivo puesto a tierra.Ugnd is the voltage read at the impedance of the grounded device.

En una primera realización de la invención, el sistema de localización de faltas está provisto de un equipo de medida configurado para medir la tensión en el punto neutro de la instalación eléctrica y para medir la tensión en el dispositivo de puesta a tierra. En esta realización de la invención el valor del cociente ( U ^ ) U gnd se determina a partir de dicha medida de tensión, calculada como:In a first embodiment of the invention, the fault location system is provided with a measuring equipment configured to measure the voltage at the neutral point of the electrical installation and to measure the voltage in the grounding device. In this embodiment of the invention the value of the quotient (U ^) U gnd is determined from said voltage measurement, calculated as:

Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001

Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0002

donde:where:

Tgnd: es el periodo de la onda de tensión;Tgnd: is the period of the voltage wave;

ugnd(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión en el dispositivo de puesta a tierra para un instante tj dado;ugnd (tj): is the instantaneous value of the voltage wave in the grounding device for a given instant tj;

0Ugnd: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una transformada rápida de Fourier (FFT) de manera convencional;0Ugnd: is the argument of the first harmonic of the wave performing a fast Fourier transform (FFT) in a conventional way;

a1gnd: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd); a1gnd: is the amplitude value of the FFT first harmonic sine filter for the voltage wave at the impedance of the grounding device (Ugnd);

b1gnd: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd).b1gnd: is the amplitude value of the FFT first harmonic cosine filter for the voltage wave at the impedance of the grounding device (Ugnd).

A diferencia de la técnica anterior, esta realización de la invención permite localizar defectos a tierra tomando medidas únicamente de tensión.Unlike the prior art, this embodiment of the invention allows ground faults to be located by taking voltage measurements only.

Asimismo, el sistema y el método según la presente invención permiten la localización de faltas a tierra en instalaciones eléctricas de corriente alterna, sin importar, el tipo de configuración que tenga, pudiendo ser monofásicas, bifásicas, trifásicas o disposiciones sucesivas además de poder incluir en su configuración buses de corriente continua.Likewise, the system and method according to the present invention allow the location of earth faults in alternating current electrical installations, regardless of the type of configuration it has, being able to be single-phase, two-phase, three-phase or successive dispositions in addition to being able to include in its configuration direct current buses.

En la presente invención, las impedancias de cada fase de corriente alterna (Zi), pueden ser medidas a priori o, si dichas impedancias son variables, mediante un instrumento oportuno para su estimación de variabilidad (por ejemplo: en una máquina asíncrona, donde la impedancia varía con el deslizamiento, por medio de un medidor de velocidad del eje). Asimismo, el valor de la impedancia de puesta a tierra (Zgnd), puede conocerse -opcionalmente- a priori de la instalación.In the present invention, the impedances of each phase of alternating current (Zi) can be measured a priori or, if said impedances are variable, by means of a suitable instrument for estimating variability (for example: in an asynchronous machine, where the impedance varies with slip, by means of a shaft speed meter). Likewise, the value of the grounding impedance (Zgnd) can be known -optionally- a priori of the installation.

Asimismo, en la presente invención la tensión (Ugnd) en el dispositivo de puesta a tierra, se calcula de igual forma que las tensiones fase-neutro del lado de corriente alterna.Likewise, in the present invention the voltage (Ugnd) in the grounding device is calculated in the same way as the phase-neutral voltages on the AC side.

Se define la corriente residual como el resultado de la suma de las intensidades de línea que circulan por un circuito (o instalación eléctrica). En caso de fallo (falta a tierra) esta corriente residual es no nula y existe un retorno por tierra de dicha corriente por el dispositivo de puesta a tierra, que consiste en un elemento pasivo, instalado también a tierra previamente en un punto neutro del sistema al que se quiera adherir, o en caso de ser una red con puesta a tierra (tipo rígidamente puesto a tierra, TT, o puesto a tierra mediante una impedancia, IT), instalado en serie en el sistema de puesta a tierra correspondiente.The residual current is defined as the result of the sum of the line currents that circulate through a circuit (or electrical installation). In the event of a fault (ground fault) this residual current is non-zero and there is a return to ground of said current by the grounding device, which consists of a passive element, also previously installed to ground at a neutral point in the system to which you want to adhere, or in the case of a grounded network (type rigidly grounded, TT, or grounded by an impedance, IT), installed in series in the corresponding grounding system.

Dicha primera realización del sistema de localización de faltas de la invención está provista, por tanto, de un dispositivo configurado para medir la tensión a la que esté sometido el dispositivo de puesta a tierra, quedando así caracterizada la corriente residual.Said first embodiment of the fault location system of the invention is therefore provided with a device configured to measure the voltage to which the grounding device is subjected, thus characterizing the residual current.

En una segunda realización del sistema de localización de faltas de la invención está provisto un amperímetro configurado para medir corriente (en sistemas TT donde no hay impedancia de puesta a tierra) directamente en el dispositivo de puesta a tierra, dado que:In a second embodiment of the fault location system of the invention, an ammeter configured to measure current (in TT systems where there is no ground impedance) is provided directly in the grounding device, since:

. _ U g n d . _ U gnd

6 r e s 33g n d 6 res 3 3 g nd

donde:where:

Ires: es la corriente residual que circula por el dispositivo de puesta a tierra;Ires: is the residual current flowing through the grounding device;

Ugnd: es la tensión medida en el dispositivo de puesta a tierra;Ugnd: is the voltage measured at the grounding device;

Zgnd: es la impedancia de puesta a tierra.Zgnd: is the grounding impedance.

Por tanto, en dicha segunda realización del sistema de localización de faltas, según la invención, está provisto de un amperímetro configurado para medir la corriente residual que circula por el dispositivo de puesta a tierra (Ires) y determinar el valor de (- U=( (nnd d ) comoTherefore, in said second embodiment of the fault location system, according to the invention, it is provided with an ammeter configured to measure the residual current flowing through the grounding device (Ires) and determine the value of (- U = ((n n d d ) as

3 g n d _ 13 g n d _ 1

M g n d L resM g n d L res

Retornando a la primera realización, en caso de falta a tierra, la tensión residual medida, Ugnd, tendrá una serie de características atendiendo a donde se haya producido el defecto de forma que estas se asemejen proporcionalmente a la forma de onda y magnitud de la tensión donde se ha ocasionado dicho fallo. Un ejemplo no limitativo de este caso sería registrar una onda PWM (Onda modulada en ancho de pulso por un convertidor electrónico mediante la apertura y cierre controlado de interruptores) en el dispositivo de puesta a tierra, lo que implicaría un defecto en el lado de corriente alterna de un inversor (véanse la Figura 1 y la Figura 2).Returning to the first embodiment, in case of earth fault, the residual voltage Measurement, Ugnd, will have a series of characteristics according to where the defect has occurred, so that these proportionally resemble the waveform and magnitude of the voltage where said failure has occurred. A non-limiting example of this case would be to record a PWM wave (Pulse width modulated wave by an electronic converter by controlled opening and closing of switches) in the grounding device, which would imply a fault on the current side toggles of an inverter (see Figure 1 and Figure 2).

La identificación de la fase con el defecto, una vez se tiene lectura de tensión en el dispositivo de puesta a tierra, se obtiene mediante la comparación de ángulo entre la tensión en el dispositivo de puesta a tierra (que es, por ejemplo, una impedancia de puesta a tierra) y las tensiones de fase del lado de alterna. Esta se localiza como:The identification of the phase with the defect, once you have a voltage reading in the grounding device, is obtained by comparing the angle between the voltage in the grounding device (which is, for example, an impedance grounding) and phase voltages on the AC side. This is located as:

® U g n d ~ ® U i.n = 180° A 9 * n d ® U gnd ~ ® U in = 180 ° A 9 * nd

Donde:Where:

0Ugnd: es la fase de la tensión leída en bornes del dispositivo de medida; 0Ugnd: is the phase of the voltage read at the terminals of the measuring device;

0Uin: es la fase de la tensión que porta el fallo a tierra;0Uin: is the phase of the voltage that carries the earth fault;

A0gnd: es la impedancia propia del dispositivo de medida (un ejemplo no limitativo puede ser una resistencia de medida calibrada R que tendría un desfase añadido de 0°).A0gnd: is the own impedance of the measurement device (a non-limiting example may be a calibrated measurement resistance R that would have an added offset of 0 °).

Su operación es análoga si se tiene una medida de intensidad (segunda realización). Siendo la medida de la fase esta vez:Its operation is analogous if you have an intensity measurement (second embodiment). Being the measurement of the phase this time:

@ Ires ~ @ Ui.n = 180° ^^gnd @ Ires ~ @ Ui.n = 180 ° ^^ gnd

Donde:Where:

0ires: es la fase de la lectura de corriente residual de defecto que circula por el dispositivo de puesta a tierra; 0ires: is the phase of the residual fault current reading that circulates through the grounding device;

El sistema y método de localización de la falta según la presente invención (que se describirá a continuación), una vez conocida la fase, se basa en la siguiente ecuación:The fault location system and method according to the present invention (which will be described below), once the phase is known, is based on the following equation:

NN

2 _ Z g n d V U jn 2 _ Z gnd V U jn

M g n d 4 —1 3 M gnd 4 —1 3

Para i siendo el número de fases de la instalación eléctrica. En caso de una instalación eléctrica trifásica (con tres fases de corriente alterna a, b y c) se tendría:For i being the number of phases of the electrical installation. In the case of a three-phase electrical installation (with three phases of alternating current a, b and c) it would have:

Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001

Donde:Where:

k: es el porcentaje en tanto por unidad sobre la impedancia de fase donde se produce el fallo;k: is the percentage as a unit over the phase impedance where the fault occurs;

Zgnd: es la impedancia del dispositivo puesto a tierra;Zgnd: is the impedance of the grounded device;

Ugnd: es el fasor de la tensión leída en la impedancia del dispositivo puesto a tierra;Ugnd: is the phasor of the voltage read in the impedance of the grounded device;

Uan: es el fasor de la tensión de la fase a;Uan: is the phasor of the phase a voltage;

Ubn: es el fasor de la tensión de la fase b;Ubn: is the phasor of the phase b voltage;

Ucn: es el fasor de la tensión de la fase c;Ucn: is the phasor of the phase c voltage;

Za: es la impedancia de la fase a;Za: is the impedance of phase a;

Zb: es la impedancia de la fase b;Zb: is the impedance of phase b;

Zc: es la impedancia de la fase c.Zc: is the impedance of phase c.

La presente invención contempla medir cada tensión de fase de la parte de corriente alterna del sistema. En caso de no tener el neutro del sistema accesible se procederá a realizar un neutro artificial. The present invention contemplates measuring each phase voltage of the alternating current part of the system. If the neutral of the system is not accessible, an artificial neutral will be made.

Algunas realizaciones de la invención contemplan medir también la tensión en el elemento pasivo de medida del lado de corriente continua. En caso de que el sistema esté rígidamente conectado a tierra, alternativamente, otras realizaciones de la invención contemplan leer la corriente en el dispositivo de puesta a tierra que circula hacia la tierra, en vez de la tensión mediante un dispositivo de puesta a tierra, quedando la expresión:Some embodiments of the invention also contemplate measuring the voltage on the DC side passive measuring element. In the event that the system is rigidly grounded, alternatively, other embodiments of the invention contemplate reading the current in the grounding device circulating towards the ground, instead of the voltage through a grounding device, leaving The expression:

Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001

Y para el caso de un sistema trifásico:And in the case of a three-phase system:

Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0002

La presente invención contempla calcular los fasores de tensión en módulo y argumento para poder operar en las fórmulas anteriormente descritas y el de intensidad de neutro en caso de medir corriente residual.The present invention contemplates calculating the modulus and argument voltage phasor to be able to operate in the previously described formulas and the neutral current one in case of measuring residual current.

La presente invención contempla calcular las impedancias de fase u obtenerlas mediante ensayos previos o una mezcla de ambos (pueden resultar variables en caso de un accionamiento eléctrico) pudiendo éstas calcularse a través de medidas de las magnitudes mecánicas que se vean oportunas. Un ejemplo no representativo de éstas sería obtener las impedancias del circuito equivalente de un motor asíncrono ensayando previamente el motor, y ajustando los parámetros del rotor en función del deslizamiento de la máquina, por lo que haría falta la medida de la medida de la velocidad de giro del eje, además de la frecuencia de la red que se obtiene de la frecuencia de la tensión fase neutro del estator.The present invention contemplates calculating the phase impedances or obtaining them by means of previous tests or a mixture of both (they can be variable in the case of an electric drive) and these can be calculated by means of measures of mechanical magnitudes that are appropriate. A non-representative example of these would be to obtain the impedances of the equivalent circuit of an asynchronous motor by pre-testing the motor, and adjusting the rotor parameters according to the slip of the machine, for which the measurement of the speed measurement of the shaft rotation, in addition to the network frequency obtained from the frequency of the stator neutral phase voltage.

La presente invención también contempla ensayar previamente la impedancia del dispositivo puesto a tierra. The present invention also contemplates pre-testing the impedance of the grounded device.

La instalación del dispositivo de puesta a tierra puede quedar tanto en zonas del bus de continua como en puntos de corriente alterna, siempre que sea entre un punto de conexión de potencial neutro entre el circuito y tierra.The installation of the grounding device can be in both the DC bus areas and AC points, as long as it is between a neutral potential connection point between the circuit and ground.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un método de localización de faltas a tierra en al menos una instalación eléctrica de corriente alterna, estando dicha instalación eléctrica provista de al menos una fase de corriente alterna, una conexión a tierra y un punto neutro, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:A second aspect of the present invention refers to a method of locating earth faults in at least one alternating current electrical installation, said electrical installation being provided with at least one alternating current phase, a ground connection and a neutral point , characterized by comprising the following stages:

a) disponer un dispositivo de puesta a tierra, que consiste en un elemento pasivo, entre el punto neutro de la instalación eléctrica y la conexión a tierra;a) provide a grounding device, consisting of a passive element, between the neutral point of the electrical installation and the ground connection;

b) medir las tensiones de cada fase corriente alterna (Uin);b) measure the voltages of each phase alternating current (Uin);

c) medir las impedancias de cada fase de corriente alterna (Zi);c) measure the impedances of each alternating current phase (Zi);

d) calcular el fasor de todas las tensiones de cada fase de corriente alterna como:d) calculate the phasor of all the voltages of each phase of alternating current as:

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Figure imgf000014_0001

donde:where:

Tgnd: es el periodo de la onda de tensión;Tgnd: is the period of the voltage wave;

ugnd(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión en el dispositivo de puesta a tierra para un instante tj dado;ugnd (tj): is the instantaneous value of the voltage wave in the grounding device for a given instant tj;

0Ugnd: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una transformada rápida de Fourier (FFT);0Ugnd: is the argument of the first harmonic of the wave performing a fast Fourier transform (FFT);

a1gnd: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd);a1gnd: is the amplitude value of the FFT first harmonic sine filter for the voltage wave in the impedance of the grounding device (Ugnd);

b1gnd: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd).b1gnd: is the amplitude value of the FFT's first harmonic cosine filter for the voltage wave at the impedance of the grounding device (Ugnd).

e) medir el valor de ( = s ^ ) ) ¡ e) measure the value of ( = s ^))

U-gnd correspondiente al cociente entre la impedancia de puesta a tierra (Zgnd) y la tensión (Ugnd) en el dispositivo de puesta a tierra; U-gnd corresponding to the quotient between the grounding impedance (Zgnd) and the voltage (Ugnd) in the grounding device;

f) calcular la localización de la falta a tierra por comparación del ángulo entre tensiones de cada fase, tal quef) calculate the location of the earth fault by comparing the angle between voltages of each phase, such that

@ U gnd ~ @Ui.n = l - 0° A 9 g n d @ U gnd ~ @ Ui.n = l - 0 ° A 9 gnd

donde:where:

0Ugnd: es la fase de la tensión leída en bornes del equipo de medida;0Ugnd: is the phase of the voltage read at the measurement equipment terminals;

0Uin: es la fase de la tensión que porta la falta a tierra;0Uin: is the phase of the voltage that carries the earth fault;

A0gnd: es la impedancia propia del equipo de medida; yA0gnd: is the own impedance of the measurement equipment; and

g) calcular el porcentaje (k) sobre la impedancia de fase de corriente alterna donde se produce la falta a tierra, siendo dicho porcentaje (k):g) calculate the percentage (k) on the phase impedance of alternating current where the earth fault occurs, said percentage (k) being:

Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001

dóndewhere

k: es el porcentaje en tanto por unidad sobre la impedancia de fase donde se produce la falta; k: is the percentage as a unit over the phase impedance where the fault occurs;

Uin: es la tensión de la fase de corriente alterna "i”;Uin: is the voltage of the alternating current phase "i";

Z¡: es la impedancia de la fase de corriente alterna "i”;Zi: is the impedance of the alternating current phase "i";

N: es el número total de fases de la instalación;N: is the total number of phases of the installation;

Zgnd es la impedancia del dispositivo puesto a tierra; y Zgnd is the impedance of the grounded device; and

Ugnd es la tensión leída en la impedancia del dispositivo puesto a tierra.Ugnd is the voltage read at the impedance of the grounded device.

En una primera realización del método de localización de faltas la invención, el valor del cociente ( U U gn ^ d ) se determina midiendo la tensión en el punto neutro de la instalación eléctrica y midiendo la tensión en el dispositivo de puesta a tierra.In a first embodiment of the fault locating method of the invention, the value of the quotient ( U U gn ^ d ) is determined by measuring the voltage at the neutral point of the electrical installation and measuring the voltage at the grounding device.

En una segunda realización del método de localización de faltas la invención el valor del cociente ( U ' ( g n n d d ) se determina midiendo la corriente residual que circula por el dispositivo de puesta a tierra (Ires) y determinando el valor de ( ' g n ) ) como:In a second embodiment of the fault location method of the invention, the value of the quotient ( U '( g n n d d ) is determined by measuring the residual current flowing through the grounding device (Ires) and determining the value of ( ' gn) ) as:

U-gndU-gnd

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Figure imgf000016_0001

DEFINICIONESDEFINITIONS

A lo largo de la presente descripción, debe entenderse que un "elemento pasivo” es un elemento eléctrico que carece de fuentes de tensión o corriente.Throughout the present description, a "passive element" should be understood to be an electrical element that lacks voltage or current sources.

BREVE DESCRIPICIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

A continuación, se describen de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención, que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención y se presentan como unos ejemplos no limitativos de ésta. In the following, a series of drawings that help to better understand the invention are described very briefly, which are expressly related to an embodiment of said invention and are presented as non-limiting examples thereof.

La figura 1 es una vista esquemática de una primera realización del sistema de localización de faltas según la invención, en la que la instalación eléctrica se alimenta a través de la red eléctrica;Figure 1 is a schematic view of a first embodiment of the fault location system according to the invention, in which the electrical installation is fed through the electrical network;

La figura 2 es una vista esquemática de una segunda realización del sistema de localización de faltas según la invención, en la que la instalación eléctrica se alimenta a través de baterías; yFigure 2 is a schematic view of a second embodiment of the fault location system according to the invention, in which the electrical installation is powered by batteries; and

La Fig. 3 es una vista esquemática de una tercera realización del sistema de localización de faltas según la invención, en la que la instalación eléctrica cuyo neutro está conectado a tierra a través de una impedancia.Fig. 3 is a schematic view of a third embodiment of the fault location system according to the invention, in which the electrical installation whose neutral is connected to ground through an impedance.

REFERENCIAS NUMÉRICAS DE LAS FIGURASNUMERICAL REFERENCES OF THE FIGURES

(1) Dispositivo de puesta a tierra;(1) Grounding device;

(2) Punto medio del bus de corriente continua;(2) Midpoint of the DC bus;

(3) Equipo de medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra;(3) Voltage measurement equipment in the grounding device;

(4) Polo positivo del bus de corriente continua del convertidor;(4) Positive pole of the DC bus of the converter;

(5) Polo negativo del bus de corriente continua del convertidor;(5) Negative pole of the DC bus of the converter;

(6) IGBT;(6) IGBT;

(7) Bus de corriente alterna;(7) AC bus;

(8) Medida y cálculo de la tensión de fase-neutro de la fase a;(8) Measurement and calculation of phase-neutral voltage of phase a;

(9) Medida y cálculo de la tensión de fase-neutro de la fase b;(9) Measurement and calculation of phase-neutral voltage of phase b;

(10) Medida y cálculo de la tensión de fase-neutro de la fase c;(10) Measurement and calculation of phase-neutral voltage of phase c;

(11) Medida de parámetros auxiliares para el cálculo de la impedancia de fase; (12) Accionamiento eléctrico;(11) Measurement of auxiliary parameters to calculate the phase impedance; (12) Electric drive;

(13) Cálculo de fasores y fase con defecto por comparación de argumentos de los fasores de tensión;(13) Calculation of phasor and phase with defect by comparison of voltage phasor arguments;

(14) Cálculo del porcentaje de impedancia de fase donde se localiza la falta a tierra;(14) Calculation of the percentage of phase impedance where the earth fault is located;

(15) Transformador de potencia. (15) Power transformer.

REALIZACIONES PREFERENTESPREFERRED REALIZATIONS

Se procede a continuación a hacer una descripción de diversos casos de utilizaciones preferentes para la invención.A description is now made of various cases of preferred uses for the invention.

El diseño de la Figura 1 representa el sistema de localización de faltas a tierra en el caso de un accionamiento de velocidad variable, con una etapa media de corriente continua que se alimenta de la red eléctrica. En esta realización concreta de la invención, el sistema de localización consta de:The design of Figure 1 represents the ground fault location system in the case of a variable speed drive, with an average DC stage that is fed from the electrical network. In this specific embodiment of the invention, the location system consists of:

• Un dispositivo de puesta a tierra (1) conectado en el punto medio del bus de corriente continua (2) en el que se mide la tensión entre este punto y tierra mediante un equipo de medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra (3), que es el segundo punto conectado del elemento pasivo, a esta tensión se la denomina Ugnd.• A grounding device (1) connected at the midpoint of the direct current bus (2) where the voltage between this point and ground is measured by means of a voltage measuring device in the grounding device ( 3), which is the second connected point of the passive element, this voltage is called Ugnd.

• El punto de potencial nulo de la zona de corriente continua está localizado en el punto medio del bus de corriente continua (2). A partir de este punto medio, en la parte superior a este conformará el polo positivo del bus de corriente continua del convertidor (4) y en la parte inferior será el polo negativo del bus de corriente continua del convertidor (5).• The zero potential point of the direct current zone is located at the midpoint of the direct current bus (2). From this midpoint, the positive pole of the DC bus of the converter (4) will form in the upper part, and in the lower part it will be the negative pole of the DC bus of the converter (5).

• El convertidor de la izquierda, (que es parte de la instalación eléctrica), transforma la corriente alterna de la red en corriente continua y el inversor de la derecha (que también es parte de la instalación eléctrica), transforma la corriente continua en corriente alterna. Ambos están conectados entre los polos positivo y negativo del bus de corriente continua (4) (5) mediante elementos de conmutación. En este caso son transistores bipolares de puerta aislada, IGBTs (6), dispuestos en tres puentes que conforman un convertidor y un inversor de 6 pulsos cada uno. • The converter on the left, (which is part of the electrical installation), transforms the alternating current from the grid into direct current and the inverter on the right (which is also part of the electrical installation), transforms the direct current into current alternates. Both are connected between the positive and negative poles of the direct current bus (4) (5) by means of switching elements. In this case they are insulated gate bipolar transistors, IGBTs (6), arranged on three bridges that make up a converter and an inverter of 6 pulses each.

• Del inversor sale corriente alterna hacia una instalación eléctrica trifásica, o bus de corriente alterna (7), que alimenta un accionamiento eléctrico (12). De esta instalación trifásica se recogen las medidas de las tensiones de cada fase-neutro de las fases a, Uan (8), b, Ubn (9) y c, UCn (10). Adicionalmente se mide también la velocidad del motor para este caso en particular en el equipo de medida de parámetros auxiliares para el cálculo de la impedancia de fase (11) con objeto de calcular la impedancia equivalente del accionamiento eléctrico (12).• Alternating current flows from the inverter to a three-phase electrical installation, or alternating current bus (7), which supplies an electric drive (12). The measurements of the voltages of each phase-neutral of phases a, Uan (8), b, Ubn (9) and c, UCn (10) are collected from this three-phase installation. Additionally, the motor speed is also measured for this particular case in the auxiliary parameters measuring equipment for calculating the phase impedance (11) in order to calculate the equivalent impedance of the electric drive (12).

• Finalmente se procede al cálculo de fasores y fase con defecto por comparación de argumentos de los fasores de tensión (13) y conociendo la fase se procede al cálculo del porcentaje de impedancia de fase donde se localiza la falta a tierra (14).• Finally, we proceed to the calculation of the phasor and phase with defect by comparing the arguments of the voltage phasor (13) and knowing the phase, we proceed to calculate the percentage of phase impedance where the earth fault is located (14).

La Figura 2 representa el sistema de localización para un accionamiento de velocidad variable alimentado directamente desde unas baterías. Es una variante del esquema anterior del sistema de localización de faltas a tierra en corriente alterna, donde sólo se realizan medidas de la tensión fase-neutro de las fases a (8), b (9) y c (10) en el lado de alterna, la medida de la velocidad de la máquina mediante equipo de medida de parámetros auxiliares para el cálculo de la impedancia de fase (11) y la medida de tensión en el equipo de medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra (3), ya que la medida de las corrientes no es necesaria para la localización de la falta. Este caso en concreto se podría aplicar al esquema del tren de potencia de un vehículo eléctrico, en este caso las faltas a tierra serían faltas al chasis del vehículo.Figure 2 represents the location system for a variable speed drive powered directly from batteries. It is a variant of the previous scheme of the system for locating earth faults in alternating current, where only measurements of the phase-neutral voltage of phases a (8), b (9) and c (10) are made on the alternating side , the measurement of the speed of the machine by means of auxiliary parameter measurement equipment for calculating the phase impedance (11) and the voltage measurement in the voltage measurement equipment in the grounding device (3), since the measurement of the currents is not necessary for the location of the fault. This specific case could be applied to the power train scheme of an electric vehicle, in this case the ground faults would be faults to the vehicle chassis.

La Figura 3 muestra el caso de una máquina alimentada directamente desde una red eléctrica cuyo neutro está conectado a tierra a través de una impedancia, de forma que se limita el valor de defecto. Donde se observan los siguientes puntos:Figure 3 shows the case of a machine fed directly from an electrical network whose neutral is connected to earth through an impedance, so that the defect value is limited. Where the following points are observed:

• Dispositivo de puesta a tierra (1) donde se mide la tensión de defecto mediante el equipo de medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra (3) conectado al centro estrella del secundario de un transformador de potencia (15).• Grounding device (1) where the fault voltage is measured by means of the voltage measuring equipment in the grounding device earth (3) connected to the star center of the secondary of a power transformer (15).

• El transformador de potencia (15) está conectado a ambos lados por buses de corriente alterna (7). El lado de alta tensión va a la red y el lado de baja tensión al accionamiento eléctrico (12).• The power transformer (15) is connected to both sides by alternating current buses (7). The high voltage side goes to the network and the low voltage side to the electric drive (12).

• Para localizar el defecto se han de medir las tensiones fase-neutro de las fases a (8), b (9) y c (10). Adicionalmente se mide también la velocidad del motor para este caso en particular en el equipo de medida de parámetros auxiliares para el cálculo de la impedancia de fase (11).• To locate the defect, the phase-neutral voltages of phases a (8), b (9) and c (10) must be measured. Additionally, the motor speed is also measured for this particular case in the auxiliary parameters measuring equipment for calculating the phase impedance (11).

• Finalmente se procede al cálculo de fasores y fase con defecto por comparación de argumentos de los fasores de tensión (13) y se despeja la incógnita k mediante el cálculo del porcentaje de impedancia de fase donde se localiza la falta a tierra. (14).• Finally, we proceed to the calculation of phasor and phase with defect by comparison of arguments of the voltage phasor (13) and the unknown k is cleared by calculating the percentage of phase impedance where the earth fault is located. (14).

Accionamiento en corriente alterna controlado mediante un inversor y alimentado por baterías.AC drive controlled by an inverter and powered by batteries.

Su aplicación es principalmente para sistemas eléctricos con conversión entre corriente continua y corriente alterna, ya que el dispositivo puede instalarse en cualquier punto neutro y localiza únicamente el defecto en corriente alterna. Un ejemplo no limitativo de dicha aplicación puede observarse en el tren de potencia eléctrica de un vehículo eléctrico que se corresponde con la Figura 2.Its application is mainly for electrical systems with conversion between direct current and alternating current, since the device can be installed in any neutral point and locates only the defect in alternating current. A non-limiting example of such an application can be seen in the electric power train of an electric vehicle that corresponds to Figure 2.

Accionamiento de velocidad variable con doble convertidor y etapa de corriente continua alimentado desde una red eléctricaVariable speed drive with double converter and direct current stage powered from an electrical network

También se puede utilizar para la aplicación en grupos de generación con un convertidor y un inversor como pueden ser sistemas de energía undimotriz o generadores eólicos con tecnología PMSG conectados posteriormente a la red, ambos ejemplos se pueden modelar con la Figura 1. It can also be used for the application in generation groups with a converter and an inverter such as wave power systems or wind generators with PMSG technology subsequently connected to the grid, both examples can be modeled with Figure 1.

En estos sistemas el dispositivo de puesta a tierra (1) se puede poner tanto en el punto medio del bus de continua (4) entre rectificador e inversor como en el bus de alterna (7) de la red si hay algún punto neutro accesible para conectar el dispositivo a tierra.In these systems, the grounding device (1) can be placed both in the midpoint of the DC bus (4) between rectifier and inverter and on the AC bus (7) of the network if there is any neutral point accessible for connect the device to ground.

Las medidas de tensión de fase-neutro de las fases a (8), b (9) y c (10) se deberán realizar en el bus de corriente alterna (7) de frecuencia variable del sistema y la tensión residual se medirá en bornes del dispositivo indistintamente de donde esté posicionado.The phase-neutral voltage measurements of phases a (8), b (9) and c (10) must be carried out on the system's variable frequency alternating current bus (7) and the residual voltage will be measured at terminals of the device regardless of where it is positioned.

Accionamientos o cargas directamente conectadas a la red eléctrica a frecuencia industrial.Drives or loads directly connected to the electrical network at industrial frequency.

Esta invención también es válida para sistemas conectados directamente a red, es decir, para cargas con alimentación a frecuencia industrial. En este caso se puede incluir o no un dispositivo que limite la corriente de retorno por el dispositivo, o se puede medir únicamente la corriente en una conexión rígida a tierra en un punto de potencial nulo. Un ejemplo no limitativo de esta aplicación puede ser un aerogenerador SCIG o una máquina síncrona directamente conectados a red.This invention is also valid for systems connected directly to the network, that is, for loads with power supply at industrial frequency. In this case, you may or may not include a device that limits the return current through the device, or you can only measure the current in a rigid connection to ground at a point of zero potential. A non-limiting example of this application can be a SCIG wind turbine or a synchronous machine directly connected to the network.

El dispositivo en estos casos se ha de conectar en un neutro artificial o, si lo permite la configuración del sistema, en el lado de baja tensión del transformador de potencia (15) que alimenta las cargas a diagnosticar (véase la Figura 3). The device in these cases must be connected to an artificial neutral or, if the system configuration allows it, to the low voltage side of the power transformer (15) that supplies the loads to be diagnosed (see Figure 3).

Claims (6)

REIVINDICACIONES Sistema de localización de faltas a tierra en al menos una instalación eléctrica de corriente alterna, estando dicha instalación eléctrica provista de al menos una fase de corriente alterna, una conexión a tierra y un punto neutro, caracterizado por que comprende:Ground fault location system in at least one alternating current electrical installation, said electrical installation being provided with at least one alternating current phase, a ground connection and a neutral point, characterized in that it comprises: a) un dispositivo de puesta a tierra (1), que consiste en un elemento pasivo dispuesto entre el punto neutro de la instalación eléctrica y la conexión a tierra;a) a grounding device (1), consisting of a passive element arranged between the neutral point of the electrical installation and the ground connection; b) al menos un equipo de medida, configurado para medir las siguientes magnitudes:b) at least one measuring equipment, configured to measure the following quantities: i) las tensiones de cada fase de corriente alterna (Uin) y calcular el fasor de todas las tensiones de cada fase de corriente alterna como:i) the voltages of each phase of alternating current (Uin) and calculate the phasor of all the voltages of each phase of alternating current as:
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Figure imgf000022_0001
donde:where: Ti: es el periodo de la onda de tensión;Ti: is the period of the voltage wave; uin(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión de fase de corriente alterna para un instante tj dado;uin (tj): is the instantaneous value of the alternating current phase voltage wave for a given instant tj; 0Uin: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una transformada rápida de Fourier (FFT);0Uin: is the argument of the first harmonic of the wave performing a fast Fourier transform (FFT); a1in: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);a1in: is the amplitude value of the FFT first harmonic sine filter for the phase-neutral voltage wave (Uin); b1in: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);b1in: is the amplitude value of the first harmonic cosine filter of the FFT for the phase-neutral voltage wave (Uin); ii) las impedancias de cada fase de corriente alterna (Zi));ii) the impedances of each alternating current phase (Zi)); iii) el valor de (= s n d ) , iii) the value of (= snd), u 'n d correspondiente al cociente entre la impedancia de puesta a tierra (Zgnd) y la tensión (Ugnd) en el dispositivo de puesta a tierra; u 'nd corresponding to the quotient between the grounding impedance (Zgnd) and the voltage (Ugnd) in the grounding device; c) un equipo de cálculo, configurado para identificar la fase de corriente alterna en la que se produce una falta a tierra por comparación del ángulo entre tensiones tal que:c) a calculation equipment, configured to identify the alternating current phase in which an earth fault occurs by comparing the angle between voltages such that:
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Figure imgf000023_0002
donde:where: 0Ugnd: es la fase de la tensión leída en bornes del equipo de medida;0Ugnd: is the phase of the voltage read at the measurement equipment terminals; 0Uin: es la fase de la tensión que porta la falta a tierra;0Uin: is the phase of the voltage that carries the earth fault; A0gnd: es la impedancia propia del equipo de medida;A0gnd: is the own impedance of the measurement equipment; estando configurado además el equipo de cálculo para calcular el porcentaje (k) sobre la impedancia de fase de corriente alterna donde se produce la falta a tierra, siendo dicho porcentaje (k): 1The calculation equipment is also configured to calculate the percentage (k) over the phase impedance of the alternating current where the earth fault occurs, said percentage (k) being: 1
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dondewhere k: es el porcentaje en tanto por unidad sobre la impedancia de fase donde se produce la falta;k: is the percentage as a unit over the phase impedance where the fault occurs; Uin: es la tensión de la fase "i”;Uin: is the voltage of phase "i"; Zi: es la impedancia de la fase "i”;Zi: is the impedance of phase "i"; N es el número total de fases de la instalación;N is the total number of phases of the installation; Zgnd es la impedancia del dispositivo puesto a tierra; y Zgnd is the impedance of the grounded device; and Ugnd es la tensión leída en la impedancia del dispositivo puesto a tierra.Ugnd is the voltage read at the impedance of the grounded device.
2. Sistema de localización de faltas a tierra según la reivindicación 1, en el que está provisto un equipo de medida configurado para medir la tensión en el punto neutro de la instalación eléctrica y para medir la tensión en el dispositivo de puesta a tierra.2. A ground fault location system according to claim 1, in which a measuring equipment configured to measure the voltage at the neutral point of the electrical installation and to measure the voltage in the grounding device is provided. 3. Sistema de localización de faltas a tierra según la reivindicación 1, en el que está provisto un amperímetro configurado para medir la corriente residual que circula por el dispositivo de puesta a tierra (Ires) y determinar el valor de U-gnd ) como3. Ground fault location system according to claim 1, in which an ammeter configured to measure the residual current flowing through the grounding device (Ires) and determine the value of U-gnd ) is provided as Z .g n d 1Z .g n d 1 M ) n d L resM) n d L res 4. Método de localización de faltas a tierra en al menos una instalación eléctrica de corriente alterna, estando dicha instalación eléctrica provista de al menos una fase de corriente alterna, una conexión a tierra y un punto neutro, caracterizado por que comprende las siguientes etapas: 4. Method for locating earth faults in at least one alternating current electrical installation, said electrical installation being provided with at least one alternating current phase, a ground connection and a neutral point, characterized in that it comprises the following stages: - disponer un dispositivo de puesta a tierra (1), que consiste en un elemento pasivo, entre el punto neutro de la instalación eléctrica y la conexión a tierra;- arranging a grounding device (1), consisting of a passive element, between the neutral point of the electrical installation and the ground connection; - medir las tensiones de cada fase de corriente alterna (Uin);- measure the voltages of each phase of alternating current (Uin); - medir las impedancias de cada fase de corriente alterna (Zi);- measure the impedances of each alternating current phase (Zi); - calcular el fasor de todas las tensiones de cada fase de corriente alterna como:- calculate the phasor of all the voltages of each alternating current phase as: oí^U.V,I heard ^ U.V, M in U in M in U in
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y para la tensión en el dispositivo de puesta a tierra como:and for the voltage in the grounding device such as:
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donde:where: Ti: es el periodo de la onda de tensión;Ti: is the period of the voltage wave; uin(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión de fase de corriente alterna para un instante tj dadouin (tj): is the instantaneous value of the alternating current phase voltage wave for a given instant tj 0Uin: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una transformada rápida de Fourier (FFT):0Uin: is the argument of the first harmonic of the wave performing a fast Fourier transform (FFT): a1in: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);a1in: is the amplitude value of the FFT first harmonic sine filter for the phase-neutral voltage wave (Uin); b1in: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión fase-neutro (Uin);b1in: is the amplitude value of the FFT's first harmonic cosine filter for the phase-neutral voltage wave (Uin); Tgnd: es el periodo de la onda de tensión;Tgnd: is the period of the voltage wave; ugnd(tj): es el valor instantáneo de la onda de tensión en el dispositivo de puesta a tierra para un instante tj dado.;ugnd (tj): is the instantaneous value of the voltage wave in the grounding device for a given instant tj .; 0Ugnd: es el argumento del primer armónico de la onda realizando una FFT;0Ugnd: is the argument of the first harmonic of the wave performing an FFT; a1gnd: es el valor de amplitud del filtro seno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd);a1gnd: is the amplitude value of the FFT's first harmonic sine filter for the voltage wave at the impedance of the grounding (Ugnd); b1gnd: es el valor de amplitud del filtro coseno de primer armónico de la FFT para la onda de tensión en la impedancia del dispositivo de puesta a tierra (Ugnd);b1gnd: is the amplitude value of the FFT first harmonic cosine filter for the voltage wave at the impedance of the grounding device (Ugnd); - medir el valor de (.U^), correspondiente al cociente entre la impedancia U-gnd - measure the value of (.U ^), corresponding to the quotient between the impedance U-gnd de puesta a tierra (Zgnd) y la tensión (Ugnd) en el dispositivo de puesta a tierra; ygrounding (Zgnd) and the voltage (Ugnd) in the grounding device; and - calcular la localización de la falta a tierra por comparación del ángulo entre las tensiones de cada fase tal que:- calculate the location of the earth fault by comparing the angle between the voltages of each phase such that:
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donde:where: 0Ugnd: es la fase de la tensión leída en bornes del dispositivo de medida;0Ugnd: is the phase of the voltage read at the terminals of the measuring device; 0Uin: es la fase de la tensión que porta el fallo a tierra;0Uin: is the phase of the voltage that carries the earth fault; A0gnd: es la impedancia propia del dispositivo de medida.A0gnd: is the impedance of the measurement device. y calcular el porcentaje (k) sobre la impedancia de fase de corriente alterna donde se produce la falta a tierra, siendo dicho porcentaje (k): 1and calculate the percentage (k) on the phase impedance of alternating current where the earth fault occurs, said percentage (k) being: 1
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dondewhere k: es el porcentaje en tanto por unidad sobre la impedancia de fase donde se produce la falta;k: is the percentage as a unit over the phase impedance where the fault occurs; Uin: es la tensión de la fase de corriente alterna "i”;Uin: is the voltage of the alternating current phase "i"; Zi: es la impedancia de la fase de corriente alterna "i”;Zi: is the impedance of the alternating current phase "i"; N: es el número total de fases de la instalación;N: is the total number of phases of the installation; Zgnd es la impedancia del dispositivo puesto a tierra; yZgnd is the impedance of the grounded device; and Ugnd es la tensión leída en la impedancia del dispositivo puesto a tierra.Ugnd is the voltage read at the impedance of the device set to Earth.
5. Método de localización de faltas a tierra según la reivindicación 4, en el que el valor del cociente (=2 ^ 1 ) se determina midiendo la tensión en el=gnd 5. Ground fault location method according to claim 4, in which the value of the quotient (= 2 ^ 1 ) is determined by measuring the voltage at el = gnd punto neutro de la instalación eléctrica y midiendo la tensión en el dispositivo de puesta a tierra.neutral point of the electrical installation and measuring the voltage in the grounding device. 6. Método de localización de faltas a tierra según la reivindicación 4, en el que el valor del cociente (-=nd-) se determina midiendo la corriente=gn d 6. Ground fault location method according to claim 4, in which the value of the quotient (- = nd -) is determined by measuring the current = gn d residual que circula por el dispositivo de puesta a tierra (Ires) y determinando el valor de (& g n ( ) como:=gn d residual circulating through the grounding device (Ires) and determining the value of (& gn ( ) as: = gn d Z .g n d 1Z .g n d 1 M ) n d L res M) n d L res
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