ES2798348B2 - EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT - Google Patents
EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT Download PDFInfo
- Publication number
- ES2798348B2 ES2798348B2 ES202030579A ES202030579A ES2798348B2 ES 2798348 B2 ES2798348 B2 ES 2798348B2 ES 202030579 A ES202030579 A ES 202030579A ES 202030579 A ES202030579 A ES 202030579A ES 2798348 B2 ES2798348 B2 ES 2798348B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- direct current
- current
- fault
- value
- alternating current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 21
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 claims description 25
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000013083 solar photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
- H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método y sistema de detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente continua y corriente alternaGround fault detection method and system in electrical installations with conversion between direct current and alternating current
Objeto de la invenciónObject of the invention
La presente invención se refiere a un sistema y método de la detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas de conversión entre corriente alterna y corriente continua capaz de detectar este tipo de defecto estando en cualquier punto del circuito eléctrico, con este en funcionamiento.The present invention refers to a system and method for the detection of earth faults in electrical installations of conversion between alternating current and direct current capable of detecting this type of fault while being at any point in the electrical circuit, with it in operation.
El sistema y método de detección 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 conexión para el neutro, o en su defecto, se disponga de un neutro artificial. La presente invención tiene aplicación, por ejemplo y sin carácter limitativo, en el sector de los accionamientos de velocidad variable, las energías renovables en tecnología eólica o solar fotovoltaica entre otras.The ground fault detection system and method according to the present invention is useful in electrical installations connected to an electrical network by means of a transformer that has a connection for the neutral in the secondary, or failing that, a artificial neutral. The present invention has application, for example and without limitation, in the sector of variable speed drives, renewable energies in wind or solar photovoltaic technology, among others.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Todo sistema eléctrico instalado ha de ser protegido tanto para garantizar la seguridad de las personas como para asegurar el correcto funcionamiento de las instalaciones y evitar daños que puedan producir posibles faltas debidas a numerosos factores.Any installed electrical system must be protected both to guarantee the safety of people and to ensure the correct operation of the facilities and avoid damage that could cause possible faults due to numerous factors.
Entre las posibles faltas, las más comunes son las faltas a tierra, que se pueden dar por ejemplo por defectos en el aislamiento por envejecimiento o altas temperaturas de operación, cables sin aislamiento en contacto con superficies a potencial de tierra, etc... Estas faltas a tierra por sí solas pueden no producir daños significativos en caso de que el defecto esté limitado o se trate de sistemas con neutro aislado donde el circuito de retorno está abierto o las capacidades a tierra que lo permiten son pequeñas y limitan considerablemente la corriente de retorno por tierra. Sin embargo, una segunda falta a tierra puede cerrar el circuito con baja impedancia, produciéndose una alta corriente que podría dañar a equipos y personas.Among the possible faults, the most common are earth faults, which can be caused, for example, by defects in the insulation due to aging or high operating temperatures, uninsulated cables in contact with surfaces at ground potential, etc ... Ground faults alone may not cause significant damage in the case of limited fault or isolated neutral systems where the return circuit is open or the ground capacities that allow it are small and considerably limit the flow current. return by land. However, a second ground fault can close the circuit with low impedance, producing a high current that could damage equipment and people.
En el campo del diagnóstico y la protección de defectos eléctricos, la detección de faltas a tierra es un campo con numerosas invenciones ya diseñadas. Aunque la mayoría de estos dispositivos están configurados para detectar únicamente en corriente continua o corriente alterna.In the field of electrical fault diagnosis and protection, ground fault detection is a field with numerous inventions already designed. Although most of these devices are configured to detect only in direct current or alternating current.
La creciente introducción de electrónica de potencia en los sistemas eléctricos con el objetivo de controlar distintos accionamientos eléctricos hace que los sistemas ahora tengan una parte importante de redes hibridas en cuanto a combinación de corriente alterna (AC) y corriente continua (DC) se refiere. Por lo que, los elementos de protección han de ser numerosos si estos solo son capaces de detectar en ciertas partes del sistema donde la corriente sea únicamente AC o DC.The increasing introduction of power electronics in electrical systems with the aim of controlling different electrical drives means that systems now have an important part of hybrid networks in terms of a combination of alternating current (AC) and direct current (DC). Therefore, the protection elements must be numerous if they are only capable of detecting in certain parts of the system where the current is only AC or DC.
En los sistemas de detección de faltas a tierra ya conocidos es habitual disponer de los siguientes medios:In known earth fault detection systems it is usual to have the following means:
• 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. Este sistema es válido para sistemas de corriente continua y alterna. • Detection by injection of alternating current of a frequency different from that of operation between a point of the electrical installation and ground that gives a reading of said current if there is a ground fault. This system is valid for direct and alternating current systems.
• Detección por inyección de corriente continua en la instalación eléctrica que da lectura de dicha corriente si existe una derivación a tierra. Es válido para sistemas en corriente alterna perdiendo eficacia en sistemas de corriente continua.• Detection by injection of direct current in the electrical installation that gives a reading of said current if there is a ground fault. It is valid for alternating current systems, losing efficiency in direct current systems.
Además, se pueden considerar las siguientes invenciones como sistemas más actuales de protecciones y detección de faltas a tierra:In addition, the following inventions can be considered as more current systems of protection and detection of earth faults:
US6992490 B2 (31.01.2006) Honda Motor Co., Ltd. (100%), GROUND FAULT DETECTION DEVICE.US6992490 B2 (01.31.2006) Honda Motor Co., Ltd. (100%), GROUND FAULT DETECTION DEVICE.
US6927955 B2 (09.08.2005) Canon Kabushiki Kaisha (100%), APPARATUS AND METHOD OF DETECTING GROUND FAULTS IN POWER CONVERSION SYSTEM.US6927955 B2 (08/09/2005) Canon Kabushiki Kaisha (100%), APPARATUS AND METHOD OF DETECTING GROUND FAULTS IN POWER CONVERSION SYSTEM.
EP2856591 B1 (19.04.2017) Li, Huagiang, SYSTEM AND METHOD FOR HIGH RESISTANCE GROUND FAULT DETECTION AND PROTECTION IN POWER DISTRIBUTION SYSTEMS. En la primera de las invenciones mencionadas (US6992490 B2), el aparato es capaz de detectar faltas en corriente continua con el sistema de detección en la zona de corriente continua mediante la lectura en resistencias puestas en serie con los IGBTs de los convertidores. Sin embargo, la invención no contempla la detección de faltas en corriente alterna.EP2856591 B1 (04/19/2017) Li, Huagiang, SYSTEM AND METHOD FOR HIGH RESISTANCE GROUND FAULT DETECTION AND PROTECTION IN POWER DISTRIBUTION SYSTEMS. In the first of the mentioned inventions (US6992490 B2), the apparatus is capable of detecting direct current faults with the detection system in the direct current zone by reading resistors placed in series with the IGBTs of the converters. However, the invention does not contemplate fault detection in alternating current.
Una segunda invención a tener en cuenta (USG6927955 B2) es un detector de faltas a tierra en corriente continua que mediante la inyección de corriente alterna con un interruptor conmutador y la lectura de la onda en ambos polos del lado de corriente continua permite distinguir si el fallo está en el polo positivo o en el polo negativo del bus de corriente continua de un convertidor.A second invention to take into account (USG6927955 B2) is a direct current earth fault detector that by injecting alternating current with a commutator switch and reading the waveform in both poles on the direct current side allows to distinguish if the The fault is in the positive pole or the negative pole of the DC bus of a drive.
Finalmente, en la última invención (EP2856591 B1) un sistema de posicionamiento a tierra en la fuente de corriente alterna de un lado de corriente alterna está planteado. Sin embargo, el sistema únicamente detecta fallos en el accionamiento eléctrico que se sitúa en el lado opuesto convertidor. En esta invención, se registran las corrientes de fase y por tierra, así como la tensión en el bus de corriente continua o la velocidad del accionamiento entre otros, lo que implica bastante instrumentación de medida.Finally, in the last invention (EP2856591 B1) a ground positioning system in the alternating current source of an alternating current side is proposed. However, the system only detects faults in the electrical drive that is located on the opposite side of the converter. In this invention, the phase and ground currents are recorded, as well as the voltage on the DC bus or the speed of the drive among others, which implies a lot of measurement instrumentation.
Asimismo, es conveniente desarrollar nuevos sistemas y métodos de detección de faltas a tierra, capaces de detectar en que zona del sistema se encuentra la falta en cuestión (corriente alterna o corriente continua), 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 o corriente, puesto que esto reduciría de forma considerable su coste de fabricación y/o implantación y mejoraría su modularidad.Likewise, it is convenient to develop new systems and methods for detecting earth faults, capable of detecting in which area of the system the fault in question is located (alternating current or direct current), since this would speed up repair and / or maintenance tasks. . Furthermore, it would be advantageous if such detection systems and methods were capable of detecting ground faults using only voltage or current measurements, since this would considerably reduce their manufacturing and / or implementation cost and improve their modularity.
Algunos de esos métodos se ven reflejados en el estado de la técnica en las siguientes patentes.Some of these methods are reflected in the state of the art in the following patents.
ES2716482 A1 (18.12.2018) Platero Gaona, Carlos Antonio, 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 (18.12.2018) Platero Gaona, Carlos Antonio, SYSTEM AND METHOD OF DETECTION OF FAULTS TO GROUND OR AGAINST THE CHASSIS IN DIRECT CURRENT SYSTEMS WITH INVERTERS POWERED FROM BATTERIES.
ES27/36412 At (07.10.2019) Platero Gaona, Carlos Antonio y Guerrero Granados, Jose Manuel, SISTEMA Y MÉTODO DE LOCALIZACIÓN DE FALTAS A TIERRA EN CORRIENTE ALTERNA EN SISTEMAS DE CORRIENTE CONTINUA CON INVERSORES.ES27 / 36412 At (07.10.2019) Platero Gaona, Carlos Antonio and Guerrero Granados, Jose Manuel, SYSTEM AND METHOD FOR LOCATING EARTH FAULTS IN ALTERNATING CURRENT IN DIRECT CURRENT SYSTEMS WITH INVERTERS.
En la primera invención se valora la conexión del punto medio de un bus de corriente continua a tierra mediante una resistencia de puesta a tierra para distintos accionamientos eléctricos. Este sistema es apto para detectar faltas a tierra en sistemas aislados donde la alimentación se hace en corriente continua no siendo así en sistemas con alimentación desde una red de corriente alterna con rectificador previo.In the first invention, the connection of the midpoint of a direct current bus to ground is evaluated by means of a grounding resistor for different electrical drives. This system is suitable for detecting ground faults in isolated systems where the supply is made in direct current, but this is not the case in systems powered from an alternating current network with a previous rectifier.
En la segunda invención, “Sistema y método de localización de faltas a tierra en corriente alterna en sistemas de corriente continua con inversores", el sistema se refiere a la localización de faltas en el lado de corriente alterna controlado, dado que necesita ondas pulsadas de tensión en un dispositivo de puesta a tierra para proceder a la estimación de la falta en porcentaje de impedancia equivalente del lado de frecuencia variable. Este sistema es solo válido para circuitos controlados no siendo así eficaz para la localización de faltas en corriente continua o en corriente alterna del lado de red.In the second invention, "System and method for locating ground faults in alternating current in direct current systems with inverters", the system refers to the location of faults in the controlled alternating current side, since it needs pulsed waves of voltage in an earthing device to proceed to the estimation of the fault in percentage of equivalent impedance on the variable frequency side. This system is only valid for controlled circuits and is thus not effective for locating faults in direct current or current. toggles on the network side.
Por esto, la principal ventaja proporcionada por la presente invención es la posibilidad de distinguir, mediante un solo elemento pasivo puesto a tierra en el secundario de un transformador del sistema de alimentación al convertidor o neutro artificial en el que se acopla un sistema detector de falla, que existe una falta a tierra en cualquier punto de la instalación y que además es capaz de distinguir entre zonas de corriente continua, o alterna y el tramo en el que está, reduciendo considerablemente el tiempo de mantenimiento frente a este tipo de faltas así como la instrumentación necesaria para la detección del defecto.For this reason, the main advantage provided by the present invention is the possibility of distinguishing, by means of a single passive element grounded in the secondary of a transformer of the supply system to the converter or artificial neutral in which a fault detector system is coupled. , that there is a ground fault at any point of the installation and that it is also capable of distinguishing between direct or alternating current zones and the section in which it is, considerably reducing maintenance time against this type of faults as well as the instrumentation necessary for the detection of the defect.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
En una realización de la invención, esta pretende abordar todas las limitaciones, desventajas e inconvenientes de los sistemas y métodos comentados en el estado de la técnica anterior. Por ello, el método y el sistema de detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente continua y corriente alterna aquí descritos están configurados para medir tensión/corriente en un punto neutro de la zona de alimentación de las instalaciones eléctricas o en su defecto, medir en un neutro artificial entre la instalación eléctrica y tierra. De esta forma, el método/dispositivo de la presente invención detecta la corriente de defecto/falta cuando esta se produce. Adicionalmente después se realiza el correspondiente tratamiento para la emisión de la señal final informativa sobre falta a tierra si hubiere. La presente invención es aplicable a conversión de corriente alterna a corriente continua y viceversa.In one embodiment of the invention, it is intended to address all the limitations, disadvantages and drawbacks of the systems and methods discussed in the prior art. For this reason, the method and the ground fault detection system in electrical installations with conversion between direct current and alternating current described here are configured to measure voltage / current at a neutral point in the power supply area of electrical installations or in its fault, measure in an artificial neutral between the electrical installation and earth. In this way, the method / device of the present invention detects the fault / fault current when it occurs. Additionally, afterwards, the corresponding treatment is carried out for the emission of the final informational signal on ground fault, if any. The present invention is applicable to converting alternating current to direct current and vice versa.
Para la detección de faltas a tierra en sistemas donde hay varias etapas de transformación de energía eléctrica como pueden ser rectificadores para pasar de corriente alterna a corriente continua, o inversores para convertir la corriente continua a corriente alterna, la invención contempla tener al menos un transformador de alimentación principal al circuito con neutro accesible o en su defecto un neutro artificial en terminales del secundario de un transformador del lado de red.For the detection of ground faults in systems where there are several stages of electrical energy transformation, such as rectifiers to go from alternating current to direct current, or inverters to convert direct current to alternating current, the invention contemplates having at least one transformer of the main supply to the circuit with accessible neutral or, failing that, an artificial neutral on the secondary terminals of a transformer on the grid side.
En cualquier caso, un dispositivo de puesta a tierra será emplazado entre el neutro (potencial nulo del circuito) del sistema y tierra. En caso de defecto en cualquier punto del sistema, ya sea corriente alterna o corriente continua, una corriente de defecto circulará por el conductor en falta y retornará por la red de tierras hasta el dispositivo de detección de puesta a tierra. In any case, an earthing device will be located between the neutral (zero potential of the circuit) of the system and earth. In the event of a fault at any point in the system, be it alternating current or direct current, a fault current will flow through the faulty conductor and return through the earth network to the earthing detection device.
Para detectar la corriente de defecto en el dispositivo de puesta a tierra se pueden contemplar al menos dos realizaciones de la invención, ya sea midiendo la corriente circulante a través del dispositivo, o corriente de defecto, o la tensión entre sus terminales.To detect the fault current in the grounding device, at least two embodiments of the invention can be considered, either by measuring the current flowing through the device, or fault current, or the voltage between its terminals.
La presente invención pretende entonces abordar y mejorar las prestaciones de otras invenciones en el estado de la técnica presentes. La principal mejora que aporta este sistema de detección de faltas a tierra en sistemas eléctricos es la necesidad de pocos instrumentos de medida para la detección de faltas en un sistema eléctrico con amplias transformaciones y deformaciones en sus ondas de tensión y corriente. Además de detectar faltas adicionalmente hasta el punto de inyección de potencia a red.The present invention then seeks to address and improve the performance of other inventions in the present state of the art. The main improvement provided by this ground fault detection system in electrical systems is the need for few measuring instruments for the detection of faults in an electrical system with extensive transformations and deformations in its voltage and current waves. In addition to detecting faults additionally up to the point of injection of power to the grid.
Para llevar a cabo lo anterior, la presente invención divulga en un primer aspecto de la invención, un método de detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente alterna y corriente continua, y en un segundo aspecto de la invención, un sistema de detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente alterna y corriente continua que está configurado para llevar a cabo el método del primer aspecto de la invención.To carry out the above, the present invention discloses in a first aspect of the invention, a method for detecting ground faults in electrical installations with conversion between alternating current and direct current, and in a second aspect of the invention, a system detection of ground faults in electrical installations with conversion between alternating current and direct current that is configured to carry out the method of the first aspect of the invention.
Por tanto, en un primer aspecto de la presente invención, se divulga un método de detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente alterna y corriente continua. El método de la presente invención comprende las siguientes etapas:Therefore, in a first aspect of the present invention, a method of detecting ground faults in electrical installations with conversion between alternating current and direct current is disclosed. The method of the present invention comprises the following steps:
a) medir una señal seleccionada entre una tensión entre terminales de un dispositivo de puesta a tierra conectable entre un neutro y una tierra, y una corriente circulante a través del dispositivo de puesta a tierra;a) measuring a signal selected between a voltage between terminals of a grounding device connectable between a neutral and a ground, and a current flowing through the grounding device;
b) calcular unos armónicos de la señal previamente medida;b) calculate harmonics of the previously measured signal;
c) calcular unas amplitudes de la señal previamente medida a las siguientes frecuencias fundamentales para cada uno de los armónicos:c) calculate some amplitudes of the signal previously measured at the following fundamental frequencies for each of the harmonics:
o frecuencia cero, fo, para corriente continua; o zero frequency, f o , for direct current;
o frecuencia de red, f1, para una alimentación con corriente alterna; or network frequency, f 1 , for a supply with alternating current;
o frecuencia variable , f13 , de corriente alterna en un lado controlado; or variable frequency, f 13 , of alternating current on a controlled side;
d) comparar las amplitudes de cada frecuencia con unos valores predeterminados de ajustes de disparo para corriente continua, corriente alterna de red y corriente alterna en el lado controlado;d) comparing the amplitudes of each frequency with predetermined values of trigger settings for direct current, alternating current from the mains and alternating current on the controlled side;
e) calcular una polaridad de falta en caso de que la amplitud para frecuencia cero (corriente continua) supere el valor predeterminado; ye) calculating a fault polarity in case the amplitude for zero frequency (direct current) exceeds the predetermined value; and
f) emitir una señal de falta a tierra, cuando se cumpla al menos una de las siguientes condiciones:f) issue an earth fault signal, when at least one of the following conditions is met:
o la amplitud para frecuencia cero (corriente continua) supere el valor predeterminado; o la amplitud para frecuencia de red (corriente alterna) supere el valor predeterminado; y, o la amplitud para frecuencia variable (corriente alterna en lado controlado) supere el valor predeterminado. o the amplitude for zero frequency (direct current) exceeds the predetermined value; o the amplitude for mains frequency (alternating current) exceeds the predetermined value; and, or the amplitude for variable frequency (alternating current on controlled side) exceeds the predetermined value.
En una forma de realización, la etapa de calcular los armónicos se lleva a cabo mediante la Transformada Rápida de Fourier FFT a la señal de tensión medida de la siguiente forma:In one embodiment, the step of calculating harmonics is carried out by the Fast Fourier Transform FFT to the measured voltage signal as follows:
donde:where:
j: es la zona de operación del sistema atendiendo a la frecuencia de la onda;j: is the operating zone of the system according to the frequency of the wave;
k: es el armónico a evaluar atendiendo a la zona de operación siendo estos múltiplos y submúltiplos de la frecuencia fundamental de la zona en cuestión; en caso de corriente continua este valor es 0 y el valor de amplitud de onda se obtiene de hacer la media aritmética de los valores muestreados, pudiendo también obtener el valor eficaz de la misma;k: is the harmonic to be evaluated according to the operating zone, these being multiples and submultiples of the fundamental frequency of the zone in question; in the case of direct current, this value is 0 and the wave amplitude value is obtained by taking the arithmetic mean of the sampled values, being able to also obtain its effective value;
N: es el número de muestras por periodo de onda;N: is the number of samples per wave period;
n: es el número de muestra a evaluar comprendido entre 0 y el número de muestras por periodo de onda;n: is the number of sample to be evaluated between 0 and the number of samples per wave period;
Ugnd.j: es el valor instantáneo de la tensión entre terminales de al menos un dispositivo de puesta a tierra proveniente de un defecto en la zona j;Ugnd.j: is the instantaneous value of the voltage between terminals of at least one earthing device from a fault in zone j;
AUk.j: es el valor del filtro coseno aplicado para la transformada rápida de Fourier en la onda de tensión para el armónico k de la zona j;AUk.j: is the value of the cosine filter applied for the fast Fourier transform in the voltage wave for the harmonic k of zone j;
BUk.j: es el valor del filtro seno aplicado para la transformada rápida de Fourier en la onda de tensión para el armónico k de la zona j;BUk.j: is the value of the sine filter applied for the fast Fourier transform in the voltage wave for the harmonic k of zone j;
Uk.j: es el valor en amplitud, o valor eficaz si queda atenuado por un factor de 1.4142, de la onda de tensión registrada en terminales de al menos un dispositivo de puesta a tierra para el armónico k de la zona j en caso de corriente continua el valor se obtendrá como la media aritmética de los valores instantáneos registrados de tensión.Uk.j: is the amplitude value, or effective value if it is attenuated by a factor of 1.4142, of the voltage wave registered at the terminals of at least one earthing device for harmonic k of zone j in case of direct current the value will be obtained as the arithmetic mean of the instantaneous values registered of voltage.
En caso de que la señal medida sea una señal de corriente, la etapa de calcular los armónicos se lleva a cabo mediante la Transformada Rápida de Fourier FFT a la señal de corriente medida de la siguiente forma: In case the measured signal is a current signal, the stage of calculating the harmonics is carried out by means of the Fast Fourier Transform FFT to the measured current signal as follows:
donde:where:
j: es la zona de operación del sistema atendiendo a la frecuencia de la onda;j: is the operating zone of the system according to the frequency of the wave;
k: es el armónico a evaluar atendiendo a la zona de operación siendo estos múltiplos y submúltiplos de la frecuencia fundamental de la zona en cuestión; en caso de corriente continua este valor es 0 y el valor de amplitud de onda se obtiene de hacer la media aritmética de los valores muestreados, pudiendo también obtener el valor eficaz de la misma;k: is the harmonic to be evaluated according to the operating zone, these being multiples and submultiples of the fundamental frequency of the zone in question; in the case of direct current, this value is 0 and the wave amplitude value is obtained by taking the arithmetic mean of the sampled values, being able to also obtain its effective value;
N: es el número de muestras por periodo de onda;N: is the number of samples per wave period;
n: es el número de muestra a evaluar comprendido entre 0 y el número de muestras por periodo de onda;n: is the number of sample to be evaluated between 0 and the number of samples per wave period;
¡j: es el valor instantáneo de la corriente que circula entre terminales de al menos un dispositivo de puesta a tierra proveniente de un defecto en la zona j;¡J: is the instantaneous value of the current flowing between terminals of at least one earthing device from a fault in zone j;
Alk.j: es el valor del filtro coseno aplicado para la transformada rápida de Fourier en la onda de corriente para el armónico k de la zona j;Alk.j: is the value of the cosine filter applied for the fast Fourier transform in the current wave for the harmonic k of zone j;
Blk.j: es el valor del filtro seno aplicado para la transformada rápida de Fourier en la onda de corriente para el armónico k de la zona j;Blk.j: is the value of the sine filter applied for the fast Fourier transform in the current wave for the harmonic k of zone j;
lk.j: es el valor en amplitud, o valor eficaz si queda atenuado por un factor de 1.4142, de la onda de corriente registrada que circula a través del dispositivo de puesta a tierra para el armónico k de la zona j en caso de corriente continua el valor se obtendrá como la media aritmética de los valores instantáneos registrados de corriente.lk.j: is the amplitude value, or effective value if it is attenuated by a factor of 1.4142, of the recorded current wave that circulates through the earthing device for harmonic k of zone j in case of current The continuous value will be obtained as the arithmetic mean of the recorded instantaneous current values.
Por su parte, la etapa de comparación evalúa las amplitudes de la frecuencia fundamental de cada zona con su valor de ajuste, del que si se sobrepasa se emite una señal de falta con al menos información de donde ha ocurrido la falta que puede ser:For its part, the comparison stage evaluates the amplitudes of the fundamental frequency of each zone with its adjustment value, of which if it is exceeded, a fault signal is emitted with at least information on where the fault has occurred, which can be:
- Lado de corriente alterna de red comprendido entre el neutro del transformador o en su defecto un neutro artificial y los terminales del convertidor-rectificador si la frecuencia fundamental es la de la red.- The alternating current side of the network between the neutral of the transformer or, failing that, an artificial neutral and the terminals of the converter-rectifier if the fundamental frequency is that of the network.
- Polo positivo del lado de corriente continua si se detecta una componente de corriente continua de signo contrario (negativo). - Positive pole on the direct current side if a direct current component of opposite sign (negative) is detected.
- Polo positivo del lado de corriente continua si se detecta una componente de corriente continua de signo contrario (negativo).- Positive pole on the direct current side if a direct current component of opposite sign (negative) is detected.
- Lado de corriente alterna del accionamiento controlado si la onda de corriente registrada muestra una frecuencia fundamental diferente a la de la red.- AC side of the controlled drive if the recorded current wave shows a fundamental frequency different from that of the mains.
En el caso de que la comparación se realice con señales de tensión, la etapa de comparación y los valores predeterminados se pueden representar de la siguiente forma:In case the comparison is made with voltage signals, the comparison stage and the default values can be represented as follows:
Ü-[ j > ^disparojíC Ü- [j > ^ shotjíC
Uo¿ ' ' ^ d isparo r¡>CUo¿ '' ^ d isparo r¡> C
donde:where:
Ui.j: es el valor de la tensión en terminales de al menos un dispositivo de puesta a tierra a frecuencia fundamental de una zona j;Ui.j: is the value of the voltage at the terminals of at least one grounding device at the fundamental frequency of a zone j;
Uo.j: es el valor de la tensión en terminales de al menos un dispositivo de puesta a tierra en componente de corriente continua de una zona j de corriente continua;Uo.j: is the value of the voltage at the terminals of at least one grounding device in a direct current component of a direct current zone j;
UdisparoAc: es el valor de ajuste en tensión previamente definido para que el sistema de detección emita señal de falta en zonas de corriente alterna;UtripAc: it is the voltage adjustment value previously defined for the detection system to emit a fault signal in alternating current areas;
Udisparo.Dc: es el valor de ajuste en tensión previamente definido para que el sistema de detección emita señal de falta en zonas de corriente continua.Utrip.Dc: is the voltage adjustment value previously defined for the detection system to emit a fault signal in direct current areas.
En el caso de que la comparación se realice con señales de corriente, la etapa de comparación y los valores predeterminados se pueden representar de la siguiente forma:In case the comparison is made with current signals, the comparison stage and the default values can be represented as follows:
f l , j Idisparo.ACf l, j I shot.AC
donde:where:
li . j: es el valor de la corriente circulante por al menos un dispositivo de puesta a tierra a frecuencia fundamental de una zona j;l i. j : is the value of the current circulating through at least one grounding device at fundamental frequency of a zone j;
lo.j: es el valor de corriente circulante por al menos un dispositivo de puesta a tierra en componente de corriente continua de una zona j de corriente continua;l oj : is the value of the current circulating through at least one grounding device in a direct current component of a direct current zone j;
ldisparo.Ac: es el valor de ajuste en corriente previamente definido para que el sistema de detección emita señal de falta en zonas de corriente alterna;l trip.Ac : is the current setting value previously defined so that the detection system emits a fault signal in alternating current areas;
ldisparo.Dc: es el valor de ajuste en corriente previamente definido para que el sistema de detección emita señal de falta en zonas de corriente continua. DC trip : is the current setting value previously defined so that the detection system emits a fault signal in direct current areas.
En una forma de realización de la invención, el método comprende la etapa en la que se detecta la polaridad de la falta en corriente continua, esta falta puede ser detectada debido al signo del valor medio calculado en el paso anterior (ver los pasos descritos para el primer aspecto de la invención) como la media aritmética de los valores instantáneos registrados. Es decir, la etapa de calcular la polaridad de falta en caso de que la amplitud para frecuencia cero supere el valor predeterminado, se lleva a cabo mediante:In an embodiment of the invention, the method comprises the stage in which the polarity of the direct current fault is detected, this fault can be detected due to the sign of the mean value calculated in the previous step (see the steps described for the first aspect of the invention) as the arithmetic mean of the recorded instantaneous values. That is, the step of calculating the fault polarity in case the amplitude for zero frequency exceeds the predetermined value, is carried out by:
Falta en el polo positivo cumple que:Missing at the positive pole fulfills that:
V0iJ - \U0J\ = 2 > Vor¡V0iJ - \ U0J \ = 2> Vor¡
Falta en el polo negativo cumple que:Missing in the negative pole fulfills that:
■ % -K -V ; = °■% -K -V; = °
Adoptando el criterio de medida de tensión desde neutro a tierra. En caso contrario (desde tierra a neutro) las condiciones de igualdad planteadas anteriormente serían los casos contrarios, aclarando queda:Adopting the voltage measurement criterion from neutral to ground. Otherwise (from ground to neutral) the conditions of equality raised above would be the opposite cases, clarifying the following:
• falta en el polo positivo cumple que:• fault in the positive pole fulfills that:
• falta en el polo negativo cumple que:• fault in the negative pole fulfills that:
V0rj ~ \Vo,j = 2 ■ (V; V0rj ~ \ Vo, j = 2 ■ (V;
En caso de medida de corriente las condiciones para detección de polaridad quedarían tal que tomando el sentido de la corriente de defecto circulante de tierra a neutro:In the case of current measurement, the conditions for polarity detection would be such that taking the direction of the circulating fault current from earth to neutral:
• falta en el polo positivo cumple que:• fault in the positive pole fulfills that:
V , - IV /I = 0V, - IV / I = 0
• falta en el polo negativo cumple que:• fault in the negative pole fulfills that:
k 4 - \ h . j \ = 2 - / „ J k 4 - \ h. j \ = 2 - / „ J
y de neutro a tierra:and from neutral to ground:
• falta en el polo positivo cumple que:• fault in the positive pole fulfills that:
Vy ~~ I V 1' I = ~ r V ;Vy ~~ I V 1 'I = ~ r V;
• falta en el polo negativo cumple que: • fault in the negative pole fulfills that:
En un segundo aspecto de la invención se divulga un sistema detección de faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente alterna y corriente continua. El sistema de la presente invención comprende:In a second aspect of the invention, a ground fault detection system is disclosed in electrical installations with conversion between alternating current and direct current. The system of the present invention comprises:
• un dispositivo de puesta a tierra conectable entre un neutro de una instalación eléctrica y tierra;• an earthing device connectable between a neutral of an electrical installation and earth;
• un medidor de frecuencia (opcional) situado en un lado controlado donde se sitúa un variador/controlador de frecuencia variable/inversor y que genera una señal de corriente alterna en el lado controlado; y,• a frequency meter (optional) located on a controlled side where an inverter / variable frequency drive / controller is located and which generates an alternating current signal on the controlled side; and,
• un procesador.• a processor.
El procesador está especialmente configurado para:The processor is specially configured to:
o medir una señal de tensión/corriente entre los extremos del dispositivo de puesta a tierra; or measure a voltage / current signal between the ends of the grounding device;
o calcular unos armónicos de la señal previamente medida aplicando la Transformada rápida de Fourier FFT; y para calcular unas amplitudes de la señal previamente medida a las siguientes frecuencias fundamentales para cada uno de los armónicos: frecuencia cero para corriente continua; frecuencia de red para una alimentación con corriente alterna; y, frecuencia variable de corriente alterna en un lado controlado; or calculate harmonics of the signal previously measured by applying the fast Fourier Transform FFT; and to calculate amplitudes of the signal previously measured at the following fundamental frequencies for each of the harmonics: zero frequency for direct current; mains frequency for a power supply with alternating current; and, variable frequency of alternating current on a controlled side;
o comparar las amplitudes de cada frecuencia con unos valores predeterminados de ajustes de disparo para corriente continua, corriente alterna de red y corriente alterna en el lado controlado (este último sólo si hay medidor de frecuencia); y, or compare the amplitudes of each frequency with predetermined values of trigger settings for direct current, alternating current from the network and alternating current on the controlled side (the latter only if there is a frequency meter); and,
o calcular una polaridad de falta en caso de que la amplitud para frecuencia cero supere el valor predeterminado; y, emitir una señal de falta a tierra, cuando se cumpla al menos una de las siguientes condiciones: la amplitud para frecuencia cero (corriente continua) supere el valor predeterminado, la amplitud para frecuencia de red (corriente alterna) supere el valor predeterminado, y la amplitud para frecuencia variable (corriente alterna en lado controlado y sólo si hay medidor de frecuencia) supere el valor predeterminado. or calculating a fault polarity in case the amplitude for zero frequency exceeds the predetermined value; and, emit a ground fault signal, when at least one of the following conditions is met: the amplitude for zero frequency (direct current) exceeds the predetermined value, the amplitude for mains frequency (alternating current) exceeds the predetermined value, and the amplitude for variable frequency (alternating current on controlled side and only if there is a frequency meter) exceeds the predetermined value.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Se describen aquí de forma breve una serie de figuras, de ejemplos no limitativos, que ayudan a comprender mejor la invención:A series of figures, non-limiting examples, that help to better understand the invention are briefly described here:
La figura 1 muestra un convertidor con etapa de continua para el control de un accionamiento eléctrico alimentado desde la red con el dispositivo de detección implantado en el centro estrella del secundario de un transformador trifásico.Figure 1 shows a converter with a DC stage for controlling an electric drive fed from the mains with the detection device implanted in the star center of the secondary of a three-phase transformer.
La figura 2 muestra el diagrama de bloques del sistema de detección de faltas a tierra de la presente invención.Figure 2 shows the block diagram of the ground fault detection system of the present invention.
La figura 3 se muestran las posibles faltas en el lado de red de corriente alterna, en los polos positivo o negativo del bus de corriente continua entre rectificador e inversor y en la zona de corriente alterna del accionamiento eléctrico mostrado en la figura 1.Figure 3 shows the possible faults on the side of the alternating current network, in the positive or negative poles of the direct current bus between rectifier and inverter and in the alternating current area of the electric drive shown in figure 1.
La figura 4 muestra un ejemplo de registros de tensión en bornes del dispositivo de puesta a tierra obtenidos para cada uno de los tipos de fallos mostrados en la figura 3.Figure 4 shows an example of voltage records on terminals of the grounding device obtained for each of the types of faults shown in figure 3.
La figura 5 muestra el diagrama de flujo correspondiente al método de la presente invención. Figure 5 shows the flow chart for the method of the present invention.
Referencias numéricas de las figurasNumerical references of the figures
(1) Transformador del lado de red;(1) Grid-side transformer;
(2) Primario del transformador del lado de red;(2) Primary of the grid side transformer;
(3) Secundario del transformador del lado de red;(3) Secondary of the transformer on the grid side;
(4) Dispositivo de puesta a tierra;(4) Grounding device;
(5) Dispositivo detector de faltas;(5) Fault detection device;
(6) Convertidor rectificador;(6) Rectifier converter;
(7) IGBTs del convertidor rectificador;(7) IGBTs of the rectifier converter;
(8) Polo positivo del bus de corriente continua;(8) Positive pole of the DC bus;
(9) Polo negativo del bus de corriente continua;(9) Negative pole of the DC bus;
(10) Condensador del bus de corriente continua;(10) DC bus capacitor;
(11) Convertidor inversor,(11) Inverter converter,
(12) IGBTs del convertidor inversor;(12) IGBTs of the inverter converter;
(13) Accionamiento eléctrico;(13) Electric drive;
(14) Dispositivo medidor de frecuencia;(14) Frequency measuring device;
(15) Medida de frecuencia del lado controlado de corriente alterna;(15) Frequency measurement of the controlled side of alternating current;
(16) Medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra;(16) Measurement of voltage in the grounding device;
(17) Etapa de realización de FFT;(17) FFT realization stage;
(18) Etapa de extracción de componente de corriente continua;(18) DC component extraction stage;
(19) Etapa de extracción de componente de frecuencia fundamental del lado de red;(19) Stage of extraction of fundamental frequency component from the network side;
(20) Etapa de ajuste del valor para el disparo por componente de corriente continua;(20) Step of setting the value for tripping by direct current component;
(21) Etapa de ajuste del valor para el disparo por componente de corriente alterna;(21) Stage of setting the value for the trip by alternating current component;
(22) Etapa de extracción de componente de frecuencia fundamental del lado controlado de corriente alterna;(22) Stage of extraction of fundamental frequency component from the controlled side of alternating current;
(23) Etapa de comparación de la extracción de corriente continua con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente continua;(23) Step of comparing direct current extraction with the control variable for direct current tripping;
(24) Etapa de comparación de la extracción de corriente alterna del lado de red con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente alterna;(24) Step of comparing the AC power draw from the mains side with the control variable for AC tripping;
(25) Etapa de comparación de la extracción de corriente alterna del lado controlado de corriente alterna con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente alterna;(25) Step of comparing the alternating current withdrawal of the controlled alternating current side with the control variable for the alternating current tripping;
(26) Etapa de discriminación de polaridad de falta en corriente continua;(26) DC fault polarity discrimination stage;
(27) Etapa de envío de información sobre la falta a tierra;(27) Stage of sending information about the ground fault;
(28) Señal de información sobre la falta a tierra;(28) Information signal about the ground fault;
(29) Falta a tierra con resistencia de falta en el lado de red de corriente alterna;(29) Earth fault with fault resistance on the AC mains side;
(30) Falta a tierra con resistencia de falta en el polo positivo del bus de corriente continua; (31) Falta a tierra con resistencia de falta en el polo negativo del bus de corriente continua; (32) Falta a tierra con resistencia de falta en el lado controlado de corriente alterna;(30) Ground fault with fault resistance on the positive pole of the DC bus; (31) Ground fault with fault resistance in the negative pole of the DC bus; (32) Ground fault with fault resistance on the controlled AC side;
(33) Tiempo de muestreo de la medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra.(33) Sampling time of the voltage measurement in the earthing device.
Formas de realización de la invenciónWays of carrying out the invention
Se procede a continuación a hacer una descripción de una realización preferente en un accionamiento de velocidad variable con etapa de corriente continua, de forma no limitativa a dicha realización.A description is now made of a preferred embodiment in a variable speed drive with a direct current stage, in a non-limiting manner to said embodiment.
La figura 1 utiliza un diseño de un sistema eléctrico de potencia para el accionamiento de una máquina eléctrica de forma controlada. En él se ha instalado un sistema de detección de faltas a tierra en sistemas eléctricos en el secundario del transformador del lado de red (3) que consta de un dispositivo de puesta a tierra (4) en conjunto con un dispositivo detector de faltas (5).Figure 1 uses a design of an electrical power system to drive an electrical machine in a controlled manner. In it, a ground fault detection system has been installed in electrical systems in the secondary of the transformer on the grid side (3) that It consists of an earthing device (4) in conjunction with a fault detector device (5).
El sistema tiene dos pasos de conversión de la corriente. El primero es a través de un convertidor rectificador (6) que a partir de la conmutación de IGBTs (Transistores Bipolares de Puerta Aislada, (7)), u otros posibles elementos de conmutación o semiconductores, crean una tensión con componente de corriente continua y rizado de alta frecuencia (frecuencia de conmutación de los IGBTs).The system has two steps of current conversion. The first is through a rectifier converter (6) that from the switching of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors, (7)), or other possible switching elements or semiconductors, create a voltage with a direct current component and high frequency ripple (switching frequency of the IGBTs).
Una vez rectificada la onda, el sistema dispone de una etapa de corriente continua con un polo positivo del bus de corriente continua (8), un polo negativo del bus de corriente continua (9) y un condensador del bus de corriente continua (10) que mantiene la tensión en dicho bus.Once the wave has been rectified, the system has a direct current stage with a positive pole of the direct current bus (8), a negative pole of the direct current bus (9) and a capacitor of the direct current bus (10) that maintains the voltage on said bus.
Después, mediante un convertidor inversor (11) se crea una onda mediante la conmutación de tipo PVWM (Onda Modulada en Ancho de Pulso) de IGBTs del convertidor inversor que permite el control de un accionamiento eléctrico, generalmente con motor o generador de velocidad variable.Then, by means of an inverter converter (11), a wave is created by means of the PVWM (Pulse Width Modulated Wave) type switching of IGBTs of the inverter that allows the control of an electric drive, generally with a variable speed motor or generator.
La figura 2 muestra un procesador (5) de señales configurado para detectar faltas a tierra en instalaciones eléctricas con conversión entre corriente alterna y corriente continua según la presente invención. El procesador (5) está conectado a los extremos del dispositivo de puesta a tierra (4), el cual está conectado entre el neutro del lado de red y tierra. Opcionalmente, el procesador (5) puede recibir una señal de frecuencia medida a la entrada de un inversor/variador desde el medidor de frecuencia (14). Primero se procede a la medida de la tensión y/o la corriente en el dispositivo de puesta a tierra (16).Figure 2 shows a signal processor (5) configured to detect earth faults in electrical installations with conversion between alternating current and direct current according to the present invention. The processor (5) is connected to the ends of the earthing device (4), which is connected between the mains side neutral and earth. Optionally, the processor (5) can receive a frequency signal measured at the input of an inverter / variator from the frequency meter (14). First, the voltage and / or current are measured in the grounding device (16).
Una vez obtenidas las medidas en el dominio del tiempo, esta señal se introduce en un algoritmo de obtención de los diferentes armónicos por ejemplo mediante una etapa de realización de FFT (17) donde se extraen los valores para la componente de corriente continua, frecuencia fundamental de red y frecuencia fundamental del lado de corriente alterna del accionamiento eléctrico, si hubiere (esta cambia según la velocidad del accionamiento por lo que se requiere de la medida de frecuencia del lado controlado de corriente alterna, 15). Estas se obtienen mediante una etapa de extracción de componente de corriente continua (18), una etapa de extracción de componente de frecuencia fundamental del lado de red (19), una etapa de extracción de componente de frecuencia fundamental del lado controlado de corriente alterna (22).Once the measurements in the time domain have been obtained, this signal is introduced into an algorithm for obtaining the different harmonics, for example by means of an FFT stage (17) where the values for the direct current component, fundamental frequency, are extracted. of the network and fundamental frequency of the alternating current side of the electric drive, if any (this changes according to the speed of the drive, therefore the frequency measurement of the controlled alternating current side is required, 15). These are obtained by means of a direct current component extraction stage (18), a fundamental frequency component extraction stage from the network side (19), a fundamental frequency component extraction stage from the alternating current controlled side ( 22).
Posteriormente extraídos los valores de frecuencia anteriormente comentados se procede a la comparación de dichos valores con los ajustes de corriente continua y alterna fijados la etapa de ajuste del valor para el disparo por componente de corriente continua (20) y la etapa de ajuste del valor para el disparo por componente de corriente alterna (21). Las etapas de comparación a su vez son tres:After extracting the aforementioned frequency values, these values are compared with the direct and alternating current settings set in the setting stage of the value for tripping by direct current component (20) and the setting stage of the value for tripping by alternating current component (21). The comparison stages in turn are three:
- (23) Etapa de comparación de la extracción de corriente continua con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente continua;- (23) Step of comparing direct current extraction with the control variable for direct current tripping;
- (24) Etapa de comparación de la extracción de corriente alterna del lado de red con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente alterna;- (24) Step of comparing the AC current draw from the mains side with the control variable for AC tripping;
- (25) Etapa de comparación de la extracción de corriente alterna del lado controlado de corriente alterna con la magnitud de ajuste para el disparo por corriente alterna, si hubiere. - (25) Step of comparing the extraction of alternating current from the controlled alternating current side with the control variable for tripping by alternating current, if any.
Si el valor de tensión obtenido de la FFT es menor que la magnitud prefijada para el disparo el sensor no emite aviso de falta. Sin embargo, si las comparaciones son positivas (el valor obtenido es mayor que el de ajuste) se emite una señal de información sobre la falta a tierra (28) en caso de falta en corriente alterna mediante una etapa de envío de información sobre la falta a tierra (27) donde al menos se transmite si la falta existe y en que tramo se encuentra. En caso de corriente continua previamente ha de pasar una etapa de discriminación de polaridad de falta en corriente continua (26) atendiendo al valor previamente obtenido en la FFT en el apartado de corriente continua.If the voltage value obtained from the FFT is less than the preset magnitude for the trip, the sensor does not issue a fault warning. However, if the comparisons are positive (the value obtained is greater than the adjustment value), an information signal on the earth fault (28) is emitted in the event of an alternating current fault by means of a stage of sending information on the fault. to ground (27) where it is transmitted at least if the fault exists and in which section it is located. In the case of direct current, a direct current fault polarity discrimination step (26) must first pass, taking into account the value previously obtained in the FFT in the direct current section.
La figura 3 se remite a la figura 1 pero con faltas en cada tramo del sistema, es decir, una falta a tierra con resistencia de falta en el lado de red de corriente alterna (29), o una falta a tierra con resistencia de falta en el polo positivo del bus de corriente continua (30), o una falta a tierra con resistencia de falta en el polo negativo del bus de corriente continua (31), o una falta a tierra con resistencia de falta en el lado controlado de corriente alterna (32).Figure 3 refers to figure 1 but with faults in each section of the system, that is, a ground fault with fault resistance on the AC mains side (29), or a ground fault with fault resistance on the positive pole of the DC bus (30), or an earth fault with fault resistance on the negative pole of the DC bus (31), or an earth fault with fault resistance on the current controlled side alternate (32).
La figura 4 se refiere a los registros de las medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra (16) para una falta a tierra con resistencia de falta en el lado de red de corriente alterna (29) , una falta a tierra con resistencia de falta en el polo positivo del bus de corriente continua (30) , una falta a tierra con resistencia de falta en el polo negativo del bus de corriente continua (31) , una falta a tierra con resistencia de falta en el lado controlado de corriente alterna (32) respectivamente con respecto al tiempo de muestreo de la medida de tensión en el dispositivo de puesta a tierra (33). Se observa que las medidas de corriente alterna del lado de red tienen una componente principal de 50 Hz, así como la predominante en las de corriente continua son las de armónico cero. En el lado del accionamiento variable, el ruido aumenta considerablemente y la frecuencia es distinta a la de la red.Figure 4 refers to the records of the voltage measurements in the earthing device (16) for an earth fault with fault resistance on the alternating current network side (29), an earth fault with resistance fault on the positive pole of the DC bus (30), an earth fault with fault resistance on the negative pole of the DC bus (31), an earth fault with fault resistance on the current controlled side alternating (32) respectively with respect to the sampling time of the voltage measurement in the earthing device (33). It is observed that the measurements of alternating current on the grid side have a main component of 50 Hz, as well as the predominant in those of direct current are those of zero harmonic. On the variable drive side, the noise increases considerably and the frequency is different from that of the mains.
Esta configuración de sistema se da mayoritariamente en sistemas de generación distribuida donde la presencia de los convertidores es imprescindible para la adecuación de la frecuencia de generación a la de red. Por ejemplo en aerogeneradores tipo de tecnología de rotor devanado, DFIG, o con tipo de tecnología de imanes permanentes, PMSG. En caso de corriente alterna de frecuencia variable, el dispositivo detector de falta (5) vendrá apoyado por la medida de frecuencia en la del lado controlado de corriente alterna (15) mediante un dispositivo medidor de frecuencia (14).This system configuration occurs mainly in distributed generation systems where the presence of converters is essential for the adaptation of the generation frequency to that of the network. For example in wind turbines type of wound rotor technology, DFIG, or with type of permanent magnet technology, PMSG. In the case of alternating current of variable frequency, the fault detection device (5) will be supported by the frequency measurement on that of the controlled alternating current side (15) by means of a frequency measuring device (14).
Finalmente, la figura 5 se refiere al diagrama de flujo llevado a cabo en el método de la invención. Donde se recopilan las variables y los ajustes de disparo para ser comparados y proceder a la detección de la sección con falta (lado de corriente continua, y de ser así polo negativo o polo positivo atendiendo al signo de la componente de corriente continua de la FFT, lado de corriente alterna de red o lado de corriente alterna controlado atendiendo a la frecuencia de la componente calculada).Finally, figure 5 refers to the flow chart carried out in the method of the invention. Where the variables and tripping settings are collected to be compared and proceed to the detection of the faulty section (direct current side, and if so, negative pole or positive pole according to the sign of the direct current component of the FFT , AC side of the network or AC side controlled according to the frequency of the calculated component).
El sistema también puede ser configurado para la detección de faltas a tierra en sistemas de generación fotovoltaica donde solamente una etapa de continua es requerida. The system can also be configured to detect ground faults in photovoltaic generation systems where only one DC stage is required.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030579A ES2798348B2 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030579A ES2798348B2 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2798348A1 ES2798348A1 (en) | 2020-12-10 |
| ES2798348B2 true ES2798348B2 (en) | 2021-08-05 |
Family
ID=73688501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202030579A Active ES2798348B2 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2798348B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114518506B (en) * | 2021-11-05 | 2022-07-22 | 昆明理工大学 | Method and system for detecting fault of direct-current transmission line |
| ES3049482A1 (en) * | 2024-06-12 | 2025-12-16 | Univ Del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea | METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING GROUND FAULTS IN ELECTRICAL SYSTEMS WITH PARTIAL POWER CONVERTERS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
| US20260045793A1 (en) * | 2024-08-08 | 2026-02-12 | Cummins Power Generation, Inc. | Systems, controllers, and methods for fault detection |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9046560B2 (en) * | 2012-06-04 | 2015-06-02 | Eaton Corporation | System and method for high resistance ground fault detection and protection in power distribution systems |
| EP3435503A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Localisation of an earth fault in an it network |
-
2020
- 2020-06-15 ES ES202030579A patent/ES2798348B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2798348A1 (en) | 2020-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2798348B2 (en) | EARTH FAULT DETECTION METHOD AND SYSTEM IN ELECTRICAL INSTALLATIONS WITH CONVERSION BETWEEN DIRECT CURRENT AND ALTERNATING CURRENT | |
| Kamel et al. | Fault diagnoses for industrial grid-connected converters in the power distribution systems | |
| ES2627974T3 (en) | Insulation monitoring using a variable frequency test signal | |
| Lee et al. | Open-switch fault detection method of a back-to-back converter using NPC topology for wind turbine systems | |
| US9671442B2 (en) | System and method for detecting a grid event | |
| ES2533797T3 (en) | Device and method for detecting a ground fault | |
| EP2565659B1 (en) | Fault detection system for a generator | |
| ES2843746T3 (en) | Methods and systems for real-time monitoring of the insulation status of wind generator windings | |
| Kamel et al. | Real-time diagnosis for open-circuited and unbalance faults in electronic converters connected to residential wind systems | |
| ES2985445T3 (en) | System and procedure for detecting bearing insulation and grounding brush status in a generator | |
| ES2968033T3 (en) | Electrical power systems that have reactive power components and harmonic support | |
| Guerrero et al. | Ground fault detection method for variable speed drives | |
| Niaki et al. | A novel fault detection method for VSC-HVDC transmission system of offshore wind farm | |
| Hwang et al. | AC series arc fault detection for wind power systems based on phase lock loop with time and frequency domain analyses | |
| Lee et al. | Open-switch fault detection method of an NPC converter for wind turbine systems | |
| ES3049293T3 (en) | Wind turbine generator fault protection system | |
| BR112013024710B1 (en) | TRACTION SYSTEM AND INSTALLATION OF ELECTRICITY GENERATION. | |
| ES2934620A1 (en) | System and method for locating ground faults in a direct current and alternating current electrical installation with a multilevel modular converter | |
| ES2758531B2 (en) | SYSTEM AND METHOD OF LOCATION OF EARTH FAULTS IN ALTERNATING CURRENT INSTALLATIONS | |
| ES2926002B2 (en) | Method and system for locating ground faults on the alternating current side of an electrical installation with conversion between direct current and alternating current | |
| ES2951517T3 (en) | Dual frequency filter to distinguish between different types of network events | |
| Guerrero et al. | Double line-to-ground faults detection method in dc-ac converters | |
| ES2907511B2 (en) | Method and system for locating ground faults on the alternating current side of an electrical installation with conversion between direct current and alternating current | |
| ES2944433T3 (en) | Electrical power subsystems and procedures to control them | |
| ES2321270B2 (en) | SYSTEM AND METHOD OF DETECTION OF GROUND FAULTS IN CONTINUOUS CURRENT SYSTEMS POWERED BY RECTIFIERS. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2798348 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20201210 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2798348 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20210805 |