ES2947808B2 - Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria - Google Patents

Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria

Info

Publication number
ES2947808B2
ES2947808B2 ES202330216A ES202330216A ES2947808B2 ES 2947808 B2 ES2947808 B2 ES 2947808B2 ES 202330216 A ES202330216 A ES 202330216A ES 202330216 A ES202330216 A ES 202330216A ES 2947808 B2 ES2947808 B2 ES 2947808B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
current
ground
ground fault
electrical installation
voltage
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
Application number
ES202330216A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2947808A1 (es
Inventor
Granados José Manuel Guerrero
Jimenez Daniel Serrano
Gaona Carlos Antonio Platero
Mahtani Kumar Vijay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad Politecnica de Madrid
Original Assignee
Universidad Politecnica de Madrid
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Politecnica de Madrid filed Critical Universidad Politecnica de Madrid
Priority to ES202330216A priority Critical patent/ES2947808B2/es
Publication of ES2947808A1 publication Critical patent/ES2947808A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2947808B2 publication Critical patent/ES2947808B2/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • 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
    • H02H3/40—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 ratio of voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un método y un sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria. El método y el sistema de la presente invención permiten detectar si se produce una falta a tierra en una instalación eléctrica ferroviaria, y localizar el punto kilométrico en donde se ha producido dicha falta a tierra.
El método y el sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria objeto de la presente invención son de particular utilidad sistemas ferroviarios modernos que estén implementando el uso de corriente continua mediante la introducción de convertidores de potencia a modo de subestaciones, así como en sistemas previamente construidos como tranvías urbanos y metros que operen en corriente continua mediante la rectificación controlada o no controlada desde la red eléctrica de corriente alterna.
Antecedentes de la invención y problema técnico a resolver
Los sistemas de tracción ferroviaria de corriente continua son de uso frecuente en las ciudades actuales, como es el ejemplo de los tranvías urbanos, metros y cercanías y se están empezando a implantar como soluciones más eficientes a las instalaciones de corriente alterna actualmente utilizadas en aplicaciones de mayor potencia debido a la posibilidad de trabajar a tensiones mayores de las habitualmente utilizadas. Sin embargo, estos sistemas quedan muy expuestos, entre otros, a condiciones meteorológicas adversas que puedan derivar en la degradación del sistema y finalmente en un fallo.
La principal falta eléctrica que puede ocurrir en un sistema de potencia es una falta a tierra, generalmente dada por la degradación del aislamiento del conductor, arcos eléctricos, vegetación en proximidad a la línea, etc... En ese momento, el punto en falta adquiere potencial de tierra. Si otro punto del sistema eléctrico tiene el mismo potencial, por ejemplo, la puesta a tierra de las subestaciones de tracción u otro punto de falta a tierra, se produce una corriente de falta entre esos dos o más puntos.
En sistemas de tracción ferroviaria de corriente continua, este fallo es bastante común y por lo tanto se requiere de sistemas y métodos capaces de detectar si se ha producido o no una falta a tierra y en caso afirmativo, y si es posible, localizar el punto kilométrico de catenaria donde se encuentra la falta a tierra. Esta tarea es de gran utilidad para un posterior mantenimiento eléctrico de la vía.
En este ámbito, el artículo“High Resistance Grounding Fault Detection and Location in DC Railway System"de C. Y. Dong et al. trata de localizar faltas a tierra en sistemas de dos subestaciones DC utilizando la tensión y corriente de cada una de las subestaciones y conociendo las impedancias del circuito. Sin embargo, el método requiere aislar toda la red mediante seccionadores u otros elementos de corte para poder ejecutar la localización en la sección con falta.
En el documento KR 20060047091 A se describe la invención“Bus differential protective relaying system in ungrounded DC traction power supply system and control method thereof’, donde se propone un sistema basado en relés diferenciales que permiten detectar la falta a tierra cuando aparece y propone un método de control una vez detectada. La puesta a tierra es de alta impedancia, lo que limita la corriente de defecto que pasa en caso de falta. En caso de defecto, el diferencial medirá una corriente superior a la de un umbral de disparo y desconectará el convertidor asociado.
De manera semejante, en el documento CN 106992503 B se describe la invención“The earthleakage protection system of power supply system of train’’,donde se establece un relé diferencial entre negativo y tierra por cada tramo ferroviario. De tal forma que se dispara únicamente el tramo en falta, siendo este alimentado únicamente por dos subestaciones, una en cada extremo de la línea DC.
A pesar de los sistemas mencionados anteriormente, en la actualidad se hace necesario disponer de métodos alternativos que permitan localizar la falta a tierra en infraestructuras de tracción ferroviaria de corriente continua sin utilizar sistemas activos como son los de inyección de tensión y/o corriente entre conductor y tierra, lo que supondría un decremento considerable en los costes de implementación de equipos de protección de este tipo de sistemas eléctricos
Descripción de la invención
Con objeto de solucionar los inconvenientes anteriormente mencionados, la presente invención se refiere a un método y un sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria.
El sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria, objeto de la presente invención, es aplicable en cualquier instalación eléctrica (instalación eléctrica ferroviaria) que comprenda una pluralidad de subestaciones distribuidas a lo largo de un trazado ferroviario, donde cada subestación está conectada, a través de un interruptor, a una catenaria y a un carril y donde existen una pluralidad de puestas a tierra en correspondencia con la conexión de cada subestación con el carril.
De manera novedosa, el sistema de localización de faltas a tierra, objeto de la presente invención, comprende:
- una pluralidad de medidores de tensión configurados para situarse en correspondencia con cada subestación, donde cada medidor de tensión está configurado para efectuar una medida de tensión entre la catenaria y la puesta a tierra;
- una pluralidad de medidores de corriente configurados para situarse en correspondencia con cada puesta a tierra, donde cada medidor de corriente está configurado para efectuar una medida de corriente que circula por cada puesta a tierra;
- un módulo maestro configurado para conectarse a los medidores de tensión y a los medidores de corriente, y configurado para:
■ recibir las medidas de tensión y las medidas de corriente;
■ comparar, mediante un bloque de comparación de corrientes, las medidas de corriente con un umbral máximo de corriente, donde en caso de que alguna de las medidas de corriente supere el umbral máximo de corriente, el módulo maestro está configurado para determinar que se ha producido una falta a tierra, y;
■ comparar, mediante un bloque de comparación de tensiones, las medidas de tensión con un umbral mínimo de tensión, donde en caso de determinar que se ha producido una falta a tierra y que la medida de tensión sea igual o superior al umbral mínimo de tensión, el módulo maestro está configurado para:
■ determinar, mediante un bloque de localización de falta a tierra, la localización de la falta a tierra mediante la comparación de unos valores normalizados de las medidas de corriente con unas curvas de corriente correspondientes a unos valores de corriente (cuando se produce una falta a tierra) que circulan por las puestas a tierra de la instalación eléctrica, en función de la posición, x, en la cual se produce la falta a tierra.
El bloque de localización de falta a tierra está configurado para determinar la localización de la falta a tierra mediante la obtención de la coordenada de la posición, x, correspondiente a la intersección de cada valor normalizado de medida de corriente con la correspondiente curva de corriente.
Gracias al sistema de localización de faltas a tierra descrito anteriormente, se puede no solo determinar que se ha producido una falta a tierra, sino también localizar dicha falta a tierra, sin necesidad de emplear equipos de inyección/aportación de una tensión y una corriente a la instalación eléctrica ferroviaria, sino simplemente midiendo las tensiones y corrientes que tienen lugar en la instalación eléctrica ferroviaria, cuando la catenaria está alimentada desde la red eléctrica por medio de las subestaciones.
El sistema sólo determina la localización de la falta a tierra en caso de que la tensión entre la catenaria y las puestas a tierra, medida por los medidores de tensión, sea igual o superior a un umbral mínimo de tensión predeterminado ya que, en caso de que la medida de tensión sea menor que dicho umbral mínimo de tensión, esto implicaría que se ha producido una saturación en los convertidores AC/DC de las subestaciones, situación que impediría determinar con fiabilidad la localización de la falta a tierra.
Según una realización preferente del sistema de localización de faltas a tierra, el módulo maestro está configurado para obtener los valores normalizados de las medidas de corriente mediante un bloque de normalización de corrientes configurado para dividir cada medida de corriente entre la suma (If) de todas las medidas de corriente, obteniendo así las corrientes normalizadas correspondientes a cada medida de corriente, mediante:
donde
/ lnorm: es la corriente normalizada, para la subestación de tracción “i” , con respecto a la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra.
/ l : es la corriente leída por cada medidor de corriente, en cada puesta a tierra de la subestación “i”.
De manera preferente, en el sistema de localización de faltas a tierra objeto de la presente invención, previamente a la localización de la falta a tierra, el módulo maestro está configurado para:
<o>enviar, a unos actuadores de los interruptores, una señal de actuación para el desarme (apertura) de los interruptores, en caso de que el módulo maestro determine que se ha producido una falta a tierra, y;
<o>enviar a los actuadores de los interruptores una señal de actuación para el rearme (cierre o reenganche) de los interruptores, transcurrido un determinado intervalo de tiempo desde el desarme de los interruptores (suficiente para que cualquier material rodante se haya desconectado de la catenaria), en caso de que el bloque de comparación de tensiones determine que la medida de tensión sea igual o superior al umbral mínimo de tensión.
En caso de determinarse que se ha producido una falta a tierra y que el bloque de comparación de tensiones determine que la medida de tensión es inferior al umbral mínimo de tensión, se comanda la apertura de los interruptores sin volver a rearmarse y sin determinarse la localización de la falta a tierra.
De manera preferente, en el sistema de localización de faltas a tierra objeto de la presente invención, el módulo maestro está configurado para emitir una señal de alarma en caso de determinarse que se ha producido una falta a tierra en la instalación eléctrica, donde la señal de alarma comprende información relativa a la posición, x, en la cual se ha producido la falta a tierra.
Tal y como ya se ha mencionado, la presente invención se refiere también a un método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria.
El método de la invención es aplicable en cualquier instalación eléctrica (instalación eléctrica ferroviaria) que comprende una pluralidad de subestaciones distribuidas a lo largo de un trazado ferroviario, donde cada subestación está conectada, a través de un interruptor, a una catenaria y a un carril y donde existen una pluralidad de puestas a tierra en correspondencia con la conexión de cada subestación con el carril.
El método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria, objeto de la presente invención, comprende:
- obtener unas medidas de corriente eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra de las subestaciones de la instalación eléctrica;
- obtener unas medidas de tensión entre la catenaria y cada puesta a tierra en correspondencia con el punto de conexión de cada subestación a la catenaria y al carril de la instalación eléctrica;
- comparar la corriente medida en cada puesta a tierra con un umbral máximo de corriente, donde: en caso de que ninguna de las medidas de corriente esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende continuar midiendo la corriente eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra, y; en caso de que alguna de las medidas de corriente esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende:
- comparar la tensión medida entre la catenaria y cada puesta a tierra con un umbral mínimo de tensión, donde si la medida de tensión es igual o superior al umbral mínimo de tensión, el método comprende:
- calcular las corrientes normalizadas correspondientes a unos valores normalizados de las medidas de corriente;
- determinar la localización de la falta a tierra mediante la comparación de los valores normalizados de las medidas de corriente con unas curvas de corriente correspondientes a unos valores de corriente (cuando se produce una falta a tierra) que circulan por las puestas a tierra de la instalación eléctrica, en función de la posición, x, en la cual se produce la falta a tierra.
La localización de la falta a tierra se determina mediante la coordenada de la posición, x, correspondiente a la intersección de cada valor normalizado de medida de corriente con la correspondiente curva de corriente.
Según una forma de realización preferente del método de localización de faltas a tierra, objeto de la presente invención, los valores normalizados de las medidas de corriente se obtienen mediante el resultado de dividir cada medida de corriente entre la suma de todas las medidas de corriente (If), obteniendo así las corrientes normalizadas correspondientes a cada medida de corriente, mediante:
donde
h .n 0rm-es la corriente normalizada, para la subestación de tracción “i” , con respecto a la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra.
Ii : es la corriente leída por cada medidor de corriente, en cada puesta a tierra de la subestación “i”.
De manera preferente, el método comprende, previamente a la localización de la falta a tierra:
<o>abrir los interruptores, en caso de que se determine que se ha producido una falta a tierra, y;
<o>cerrar los interruptores, transcurrido un determinado intervalo de tiempo desde la apertura de los interruptores (suficiente para que se desconecte de la catenaria cualquier material rodante que pueda estar presente en el trazado ferroviario), en caso de que la medida de tensión sea igual o superior al umbral mínimo de tensión.
También de manera preferente, el método comprende emitir una señal de alarma en caso de determinarse que se ha producido una falta a tierra en la instalación eléctrica, donde la señal de alarma comprende información relativa a la posición, x, en la cual se ha producido la falta a tierra.
Breve descripción de las figuras
Se describen aquí de forma breve una serie de figuras, de ejemplos no limitativos, que ayudan a comprender mejor la invención:
La Figura 1 muestra una posible configuración de una instalación eléctrica ferroviaria con subestaciones para alimentar una catenaria en corriente continua (DC) a partir de una red eléctrica de corriente alterna (AC), y en donde se observan los módulos del sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria, según una posible forma de realización de la invención.
La Figura 2 muestra una posible configuración de los bloques comprendidos dentro del módulo maestro, según una posible forma de realización del sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria objeto de la presente invención.
La Figura 3 muestra, según una posible forma de realización de la invención, el flujograma de las etapas o fases del método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria.
La Figura 4 muestra, según una posible forma de realización de la invención, las medidas de corriente carril-tierra registradas por los medidores de corriente situados respectivamente en correspondencia con las puestas a tierra de tres subestaciones que alimentan a la instalación eléctrica ferroviaria.
La Figura 5 muestra, según una posible forma de realización de la invención, la comparación de los valores normalizados de corriente, obtenidos por los medidores de corriente en las puestas a tierra de las subestaciones, con los valores teóricos de corriente de cortocircuito en función de la distancia, x, a la cual se produce la falta a tierra en la instalación eléctrica ferroviaria.
Descripción detallada
Se procede a continuación a hacer una descripción de al menos una posible forma de realización del sistema y del método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria.
En la Figura 1 se muestra una instalación eléctrica ferroviaria en la cual un conjunto de subestaciones (2) alimentan con corriente continua (DC) la catenaria (9) a partir de la red eléctrica (1) de corriente alterna (AC).
Estas subestaciones (2) están distribuidas a lo largo de un trazado ferroviario en el cual puede existir material rodante (11) (trenes, tranvías, metro...) circulando por un carril (10).
Cada subestación (2) puede comprender uno o más convertidores AC/DC para la conversión de corriente alterna (AC) en corriente continua (DC).
A la salida de cada subestación (2) existe un interruptor (4) automático configurado para conectar y desconectar cada subestación (2) de la catenaria (9) y del carril (10).
Cada uno de estos interruptores (4) está configurado para abrirse o cerrarse obedeciendo las órdenes de un actuador (16), el cual a su vez está comandado desde un módulo maestro (12), según se describirá más adelante.
De manera preferente, la instalación eléctrica ferroviaria comprende un condensador (6) en correspondencia con la salida de corriente continua (DC) de cada subestación (2), con el fin de estabilizar el nivel de tensión a la salida de cada subestación (2).
Asimismo, la instalación eléctrica ferroviaria comprende una pluralidad de puestas a tierra (8), donde cada puesta a tierra (8) está configurada para conectar a tierra el carril (10) en cada punto de conexión del carril (10) con cada subestación (2).
El sistema de la invención comprende una pluralidad de medidores de corriente (7) respectivamente configurados para conectarse en correspondencia con cada puesta a tierra (8), donde cada medidor de corriente (7) está configurado para medir la corriente que puede circular por la correspondiente puesta a tierra (8) desde el carril (10) hacia tierra.
En condiciones normales de operación, cuando no existe ninguna falta a tierra, la corriente que circula entre el carril (10) y cada puesta a tierra (8) es muy reducida o nula.
El sistema de la invención comprende también una pluralidad de medidores de tensión (5) configurados para conectarse a la salida de cada subestación (2), respectivamente en paralelo con cada uno de los condensadores (6), y configurados para medir el nivel de tensión continua entre la catenaria (9) y cada una de las puestas a tierra (8).
Como ya se ha introducido anteriormente, el sistema de la invención comprende un módulo maestro (12), al cual está conectado cada uno de los medidores de corriente (7) y cada uno de los medidores de tensión (5).
Así pues, cada medidor de corriente (7) está configurado para enviar al módulo maestro (12) una medida de corriente (14) correspondiente a la corriente que circula (o no) por cada puesta a tierra (8), y cada medidor de tensión (5) está configurado para enviar al módulo maestro (12) una medida de tensión (13) correspondiente a la tensión entre la catenaria (9) y cada puesta a tierra (8).
En función de las medidas de corriente (14) y de las medidas de tensión (13) recibidas, el módulo maestro (12) está configurado para enviar a cada actuador (16) una correspondiente señal de actuación (15) para apertura o cierre de cada correspondiente interruptor (4) automático.
Asimismo, el módulo maestro (12) está configurado para emitir una señal de alarma (17) a dispositivos externos (ajenos al sistema de la invención) en caso de producirse alguna falta a tierra en la instalación eléctrica ferroviaria, para avisar e informar a dichos dispositivos externos acerca de las eventuales faltas a tierra que puedan producirse en la instalación eléctrica ferroviaria.
En la Figura 2 se muestran de manera esquemática los distintos bloques que componen el módulo maestro (12).
Así pues, el módulo maestro (12) comprende un bloque comparador de corrientes (18) configurado para comparar cada medida de corriente (14) con un determinado umbral máximo de corriente.
El módulo maestro (12) comprende también un bloque de comparación de tensiones (19), configurado para comparar cada medida de tensión (13) con un determinado umbral mínimo de tensión.
El módulo maestro (12) está configurado para determinar que se ha producido una falta a tierra en la instalación ferroviaria si alguna de las medidas de corriente (14) supera el umbral máximo de corriente.
El módulo maestro (12) está configurado para enviar una señal de desarme o desconexión a cada uno de los actuadores (16) para que los actuadores (16) ordenen la apertura de los interruptores (4) en caso de que el módulo maestro (12) determine que se ha producido una falta a tierra en la instalación ferroviaria. De esta forma, las subestaciones (2) quedan desconectadas de la catenaria (9) y del carril (10).
En el momento en que la catenaria (9) queda sin alimentación eléctrica, el material rodante (11) puede desconectarse de la catenaria (9).
En caso de que se determine que se ha producido una falta a tierra y que las medidas de tensión (13) determinen que la tensión entre la catenaria (9) y tierra es inferior al umbral mínimo de tensión, la apertura de los interruptores será permanente, es decir, el módulo maestro (12) no envía una señal de rearme o conexión a los actuadores (16).
Por el contrario, en caso de que se determine una falta a tierra y que las medidas de tensión (13) determinen que la tensión entre la catenaria (9) y tierra es superior al umbral mínimo de tensión, la apertura de los interruptores no será permanente, es decir, el módulo maestro (12) envía una señal de rearme o conexión a los actuadores (16).
Este rearme o reenganche de los interruptores (4) se produce tras un tiempo prudencial que permita desconectar de la catenaria (9) todo el material rodante (11) que pueda estar circulando por el trazado ferroviario, y para posibilitar que, una vez rearmados los interruptores (4), el módulo maestro (12) pueda determinar la posición de la falta a tierra.
Así pues, en caso de que se determine una falta a tierra y las medidas de tensión (13) determinen que la tensión entre la catenaria (9) y tierra es superior al umbral mínimo de tensión, el módulo maestro (12) está configurado para enviar una señal de rearme a los actuadores (16) para el cierre de los interruptores (4), y el módulo maestro (12) está configurado para determinar la localización de dicha falta a tierra mediante un bloque de localización de falta a tierra (21).
Para determinar la localización de la falta a tierra, el módulo maestro (12) emplea un bloque de normalización de corrientes (20), encargado de dividir cada medida de corriente (14) entre la suma de todas las medidas de corriente (14), obteniendo así las corrientes normalizadas correspondientes a cada medida de corriente (14), mediante:
donde
h.norm -es la corriente normalizada, para la subestación de tracción “i”, con respecto a la suma, If, de las corrientes que circulan por las puestas a tierra (8).
: es la corriente leída por cada medidor de corriente (7), en cada puesta a tierra (8) de la subestación “i”.
Una vez obtenidas las corrientes normalizadas, el módulo maestro (12) procede a determinar la localización en donde se ha producido la falta a tierra mediante el bloque de localización de falta a tierra (21).
En el bloque de localización de falta a tierra (21), el módulo maestro (12) compara las corrientes normalizadas correspondientes a cada una de las medidas de corriente (14) con unas curvas de corriente de falta a tierra específicas de la instalación eléctrica ferroviaria.
Estas curvas de corriente de falta a tierra, obtenidas de manera teórica (bien mediante resolución del circuito eléctrico representativo de la instalación eléctrica o bien obtenidas mediante simulación), indican el valor de la corriente de falta a tierra en cada una de las puestas a tierra (8), en función del punto kilométrico en donde se produzca la falta a tierra.
La Figura 4 muestra un conjunto de curvas que representan, frente al tiempo, la corriente eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra (8) de una instalación eléctrica ferroviaria con tres subestaciones (2) (representadas por las letras A, B, C), localizadas respectivamente en las posiciones xA= 0%, xB= 50% y xC= 100% del trazado de una catenaria (9) de 10 km de largo. Como se puede observar, se produce una falta a tierra en el instante t= 0,5 s de registro.
En la Figura 4 se muestra el valor de las corrientes que circulan por cada una de las puestas a tierra (8) de las subestaciones (2) (A, B, C), durante 2 segundos después del rearme de los interruptores (4).
En el momento de producirse la falta a tierra (t= 0,5 s), las medidas de corriente (14) son: IA = 52.21 A, IB = 72.48 A y IC = 2.93 A (la polaridad de la corriente depende de la colocación de los medidores de corriente (7)). De forma que la corriente de falta total (la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra (8)) es If = 127.62 A y las corrientes normalizadas son de IA.norm = 0.4091, IB.norm = 0.5679 y IC.norm = 0.0230.
En la Figura 5 se muestra cómo se comparan las corrientes normalizadas con las curvas de corriente de falta a tierra.
Como ya se ha comentado, estas curvas de corriente de falta a tierra se han calculado de forma teórica para el caso de la instalación eléctrica ferroviaria concreta, y representan la corriente de falta a tierra en cada una de las puestas a tierra (8), en función de la localización, x, de la falta a tierra.
Como puede apreciarse en la Figura 5, la solución a la posición de defecto es única al existir una única posición donde los tres valores de corrientes normalizadas coinciden con sus respectivas curvas de corriente. En este caso la posición de defecto se estima en el 30 % de la catenaria (9).
En la Figura 3 se representan, mediante un diagrama de bloques, las distintas etapas comprendidas en el método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria objeto de la presente invención.
El método de la invención comprende:
- obtener unas medidas de corriente (14) eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra (8) de las subestaciones (2) de una instalación eléctrica ferroviaria; - obtener unas medidas de tensión (13) entre la catenaria (9) y cada puesta a tierra (8) en correspondencia con el punto de conexión de cada subestación (2) a la catenaria (9) y al carril (10) de la instalación eléctrica ferroviaria;
- comparar la corriente (22) medida en cada puesta a tierra (8) con un umbral máximo de corriente, donde: en caso de que ninguna de las medidas de corriente (14) esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende continuar midiendo la corriente eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra (8), y; en caso de que alguna de las medidas de corriente (14) esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende;
- comparar la tensión (23) medida entre la catenaria (9) y cada puesta a tierra (8) con un umbral mínimo de tensión;
<o>donde si la medida de tensión (13) es inferior al umbral mínimo de tensión, el método comprende abrir los interruptores (4) que conectan las subestaciones (2) con la catenaria (9) y finalizar el método, y;
<o>donde si la medida de tensión (13) es igual o superior al umbral mínimo de tensión, el método comprende abrir los interruptores (4) que conectan las subestaciones (2) con la catenaria (9) y volverlos a cerrar tras un determinado intervalo de tiempo;
<o>calcular las corrientes normalizadas (24) correspondientes a las medidas de corriente (13), donde para cada una de las subestaciones (2), la corriente normalizada correspondiente a la medida de corriente (13) que circula por la puesta a tierra (8) se obtiene mediante:
donde
h .n o rm :es la corriente normalizada, para la subestación “i”, con respecto a la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra (8), y; ¡ : es la medida de corriente (14) que circula en la puesta a tierra (8) de la subestación “i”.
determinar la localización de la falta a tierra (25) mediante la comparación de las corrientes normalizadas calculadas con unas curvas de corriente que representan el valor de la corriente que circula por cada una de las puestas a tierra (8) de la instalación eléctrica en función de la posición, x, de falta a tierra, donde la localización de la falta a tierra viene determinada por la intersección de las corrientes normalizadas con las curvas de corriente.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES 1. Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria, donde la instalación eléctrica comprende una pluralidad de subestaciones (2) distribuidas a lo largo de un trazado ferroviario, donde cada subestación (2) está conectada, a través de un interruptor (4), a una catenaria (9) y a un carril (10) y donde existen una pluralidad de puestas a tierra (8) en correspondencia con la conexión de cada subestación (2) con el carril (10), donde el sistema de localización de faltas a tierra estácaracterizadopor que comprende: <o>una pluralidad de medidores de tensión (5) configurados para situarse en correspondencia con cada subestación (2), donde cada medidor de tensión (5) está configurado para efectuar una medida de tensión (13) entre la catenaria (9) y la puesta a tierra (8); <o>una pluralidad de medidores de corriente (7) configurados para situarse en correspondencia con cada puesta a tierra (8), donde cada medidor de corriente (7) está configurado para efectuar una medida de corriente (14) que circula por cada puesta a tierra (8); <o>un módulo maestro (12) configurado para conectarse a los medidores de tensión (5) y a los medidores de corriente (7) y para: ■ recibir las medidas de tensión (13) y las medidas de corriente (14); ■ comparar, mediante un bloque de comparación de corrientes (18), las medidas de corriente (14) con un umbral máximo de corriente, donde en caso de que alguna de las medidas de corriente (14) supere el umbral máximo de corriente, el módulo maestro (12) está configurado para determinar que se ha producido una falta a tierra, y; ■ comparar, mediante un bloque de comparación de tensiones (19), las medidas de tensión (13) con un umbral mínimo de tensión, donde en caso de determinar que se ha producido una falta a tierra y que la medida de tensión (13) sea igual o superior al umbral mínimo de tensión, el módulo maestro (12) está configurado para: ■ determinar, mediante un bloque de localización de falta a tierra (21), la localización de la falta a tierra mediante la comparación de unos valores normalizados de las medidas de corriente (14) con unas curvas de corriente correspondientes a unos valores de corriente, cuando se produce una falta a tierra, que circulan por las puestas a tierra (8) de la instalación eléctrica, en función de la posición, x, en la cual se produce la falta a tierra; donde el bloque de localización de falta a tierra (21) está configurado para determinar la localización de la falta a tierra mediante la obtención de la coordenada de la posición, x, correspondiente a la intersección de cada valor normalizado de medida de corriente (14) con la correspondiente curva de corriente; donde el módulo maestro (12) está configurado para obtener los valores normalizados de las medidas de corriente (14) mediante un bloque de normalización de corrientes (20) configurado para dividir cada medida de corriente (14) entre la suma de todas las medidas de corriente (14), obteniendo así las corrientes normalizadas correspondientes a cada medida de corriente (14), mediante:
    donde h.norm -es la corriente normalizada, para la subestación de tracción “i” , con respecto a la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra (8). Ii : es la corriente leída por cada medidor de corriente (7), en cada puesta a tierra (8) de la subestación “i”.
  2. 2. Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria según la reivindicación 1 ó 2,caracterizadopor que, previamente a la localización de la falta a tierra, el módulo maestro (12) está configurado para: <o>enviar, a unos actuadores (16) de los interruptores (4), una señal de actuación (15) para el desarme de los interruptores (4), en caso de que el módulo maestro (12) determine que se ha producido una falta a tierra, y; <o>enviar a los actuadores (16) de los interruptores (4) una señal de actuación (15) para el rearme de los interruptores (4), transcurrido un determinado intervalo de tiempo desde el desarme de los interruptores (4), en caso de que el bloque de comparación de tensiones (19) determine que la medida de tensión (13) sea igual o superior al umbral mínimo de tensión.
  3. 3. Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadopor que el módulo maestro (12) está configurado para emitir una señal de alarma (17) en caso de determinarse que se ha producido una falta a tierra en la instalación eléctrica, donde la señal de alarma (17) comprende información relativa a la posición, x, en la cual se ha producido la falta a tierra.
  4. 4. Método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria, donde la instalación eléctrica comprende una pluralidad de subestaciones (2) distribuidas a lo largo de un trazado ferroviario, donde cada subestación (2) está conectada, a través de un interruptor (4), a una catenaria (9) y a un carril (10) y donde existen una pluralidad de puestas a tierra (8) en correspondencia con la conexión de cada subestación (2) con el carril (10), donde el método estácaracterizadopor que comprende: <o>obtener unas medidas de corriente (14) eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra (8) de las subestaciones (2) de la instalación eléctrica; <o>obtener unas medidas de tensión (13) entre la catenaria (9) y cada puesta a tierra (8) en correspondencia con el punto de conexión de cada subestación (2) a la catenaria (9) y al carril (10) de la instalación eléctrica; <o>comparar la corriente (22) medida en cada puesta a tierra (8) con un umbral máximo de corriente, donde: en caso de que ninguna de las medidas de corriente (14) esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende continuar midiendo la corriente eléctrica que circula por cada una de las puestas a tierra (8), y; en caso de que alguna de las medidas de corriente (14) esté por encima del umbral máximo de corriente, el método comprende: <o>comparar la tensión (23) medida entre la catenaria (9) y cada puesta a tierra (8) con un umbral mínimo de tensión, donde si la medida de tensión (13) es igual o superior al umbral mínimo de tensión, el método comprende: <o>calcular las corrientes normalizadas (24) correspondientes a unos valores normalizados de las medidas de corriente (14); <o>determinar la localización de la falta a tierra (25) mediante la comparación de los valores normalizados de las medidas de corriente (14) con unas curvas de corriente correspondientes a unos valores de corriente, cuando se produce una falta a tierra, que circulan por las puestas a tierra (8) de la instalación eléctrica, en función de la posición, x, en la cual se produce la falta a tierra; donde la localización de la falta a tierra se determina mediante la coordenada de la posición, x, correspondiente a la intersección de cada valor normalizado de medida de corriente (14) con la correspondiente curva de corriente; donde los valores normalizados de las medidas de corriente (14) se obtienen mediante el resultado de dividir cada medida de corriente (14) entre la suma de todas las medidas de corriente (14), obteniendo así las corrientes normalizadas correspondientes a cada medida de corriente (14), mediante:
    donde h.norm -es la corriente normalizada, para la subestación de tracción “i” , con respecto a la suma de las corrientes que circulan por las puestas a tierra (8). 7¿: es la corriente leída por cada medidor de corriente (7), en cada puesta a tierra (8) de la subestación “i”.
  5. 5. Método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria según la reivindicación 5 ó 6,caracterizadopor que comprende, previamente a la localización de la falta a tierra: <o>abrir los interruptores (4), en caso de que se determine que se ha producido una falta a tierra, y; <o>cerrar los interruptores (4), transcurrido un determinado intervalo de tiempo desde la apertura de los interruptores (4), en caso de que la medida de tensión (13) sea igual o superior al umbral mínimo de tensión.
  6. 6. Método de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7,caracterizadopor que comprende, emitir una señal de alarma (17) en caso de determinarse que se ha producido una falta a tierra en la instalación eléctrica, donde la señal de alarma (17) comprende información relativa a la posición, x, en la cual se ha producido la falta a tierra.
ES202330216A 2023-03-15 2023-03-15 Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria Active ES2947808B2 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202330216A ES2947808B2 (es) 2023-03-15 2023-03-15 Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202330216A ES2947808B2 (es) 2023-03-15 2023-03-15 Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2947808A1 ES2947808A1 (es) 2023-08-21
ES2947808B2 true ES2947808B2 (es) 2024-04-30

Family

ID=87571566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES202330216A Active ES2947808B2 (es) 2023-03-15 2023-03-15 Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2947808B2 (es)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2611306B (en) * 2021-09-29 2024-01-03 Siemens Mobility Ltd Calculation of more accurately estimated location of ground fault short circuits in complex railway power supply arrangements

Also Published As

Publication number Publication date
ES2947808A1 (es) 2023-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106828202B (zh) 一种用于城市轨道段、场线钢轨绝缘节处的回流装置
CN106992496B (zh) 用于城市轨道交通供电系统的漏电保护方法
US10252735B2 (en) Route monitoring system and method
EP0833423A2 (en) Apparatus and method for monitoring an earth-leakage state of a power distribution system
WO2008004727A1 (en) Delta i ground-fault protection relaying system for dc traction power supply system and method of controlling the same
KR20130121461A (ko) 레일 손상 검지 장치 및 그 방법
CN203932993U (zh) 一种城市轨道交通工程专用站台门电位限制及限流装置
CN106970261A (zh) 用于列车的接地漏电检测系统
CN109085456B (zh) 一种at段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法
KR101456819B1 (ko) 전기철도의 공용접지설비 모니터링 시스템
ES2912658T3 (es) Procedimiento para la determinación del estado de, al menos, una catenaria que se extiende a lo largo de un trayecto
CN102253308A (zh) 依据负序电压确定长定子发生不对称短路故障的方法
ES2680394B1 (es) Sistema para la deteccion de cortes en cables conductores de negativo y corrientes de fuga en instalaciones electricas
BR102017026315A2 (pt) Método para detecção de quebra de trilho ferroviário, sistema de detecção de quebra de trilho ferroviário e dispositivo detector de quebra de trilho ferroviário
ES2947808B2 (es) Método y Sistema de localización de faltas a tierra en una instalación eléctrica de corriente continua para tracción ferroviaria
ES2895650T3 (es) Procedimiento y equipo para la localización de fallas a lo largo de una línea de suministro de energía eléctrica en sistemas de corriente continua
KR20060047091A (ko) 비접지 ｄｃ급전시스템에서의 모선차동보호계전기시스템및 그 제어방법
ES2830263T3 (es) Dispositivo de línea de contacto
NL2018167B1 (nl) Inrichting voor het op afstand afschakelen van een bovenleiding
CN108075450B (zh) 一种用于直流悬浮供电系统的保护方法及保护装置
CN102253309B (zh) 依据线电压确定长定子多点接地故障的方法
CN102279338B (zh) 磁浮定子线圈发生两相接地故障的监测方法
ES2807266T3 (es) Procedimiento y dispositivo para la vigilancia de líneas y conexiones eléctricas en subestaciones de rectificación y en los tramos de línea correspondientes de ferrocarriles eléctricos
CN102211531B (zh) 确定长定子发生一相多点接地故障的方法
RU108637U1 (ru) Устройство для определения расстояния от источника питания до места обрыва изолированного провода трехфазной воздушной линии напряжением свыше 1000 в, расположенной на опорах контактной сети переменного тока

Legal Events

Date Code Title Description
BA2A Patent application published

Ref document number: 2947808

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: A1

Effective date: 20230821

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2947808

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20240430