WO2010092204A1 - Sistema y método de deteccion de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores - Google Patents
Sistema y método de deteccion de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010092204A1 WO2010092204A1 PCT/ES2010/000057 ES2010000057W WO2010092204A1 WO 2010092204 A1 WO2010092204 A1 WO 2010092204A1 ES 2010000057 W ES2010000057 W ES 2010000057W WO 2010092204 A1 WO2010092204 A1 WO 2010092204A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- frequency
- rectifier
- obtaining
- measured signal
- transformer
- Prior art date
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
- G01R31/50—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
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/292—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC
-
- 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
- G01R31/40—Testing power supplies
Definitions
- the present invention is applicable to electrical systems in which rectifiers are involved, fed from an alternating current network through a transformer.
- a clear application is the electric power generation systems, in which the excitation system of the synchronous generators is fed by means of a rectifier through an excitation transformer.
- short circuits to earth can be detected both in the DC zone and in the AC zone without the need for any additional source of current or voltage injection and it can be distinguished in which zone it has been produced the defect, direct current zone or alternating current zone.
- said protections must also guarantee the supply of energy to the network in the most reliable way possible, trying to discriminate the severity levels of the failures that occur.
- the excitation circuit of a generator is a direct current system isolated from earth. A single earth fault will not affect the operation of the generator nor will it cause immediate damage. However, the probability that a second ground fault occurs is greater after the first one has occurred. When there is a second earth fault, a part of the excitation winding will be short-circuited, producing unbalanced flows in the air gap of the machine, which will result in vibrations and heating.
- protection relays Before a short circuit to ground in the generator rotor, the usual practice is to use protection relays to cause, depending on the strategy used, either alarms, or the disconnection of the group.
- an additional continuous voltage source a voltage source in series with the excitation winding and with the coil of an overcurrent relay. This circuit is connected to ground at one point, so that a ground fault at any point of the winding will cause the circulation of direct current from the additional source and will cause the operation of the relay.
- an additional source of alternating voltage a source of alternating voltage in series with two capacitors, with the excitation winding and with the coil of an overcurrent relay. This circuit is grounded at one point, so that a ground fault at any point in the winding will cause alternating current circulation and will cause the relay to operate.
- Patent DE2843693-C entitled: "Rotor to earth fault monitoring device”, uses a fuse that connects between the rotor winding and ground to detect ground defects.
- Patent EP643309-B1 entitled: "Earth fault detection system for electrical machine stator windings" qualified as protection from ground faults in the stator, is also used to detect faults in the generator rotor.
- the invention relates to a ground fault detection system in DC systems fed by rectifiers according to claim 1 and to a method according to claim 3. Preferred embodiments of the system and method are defined. in the dependent claims.
- said current systems have a transformer, an alternating current stage at the output of the transformer that feeds the rectifier and a direct current stage at the output of the rectifier.
- the system includes:
- an analyzer device responsible for analyzing the measured signal and which has:
- comparison means responsible for comparing said amplitudes at the frequency f1 and 3xf1 with a determined value. and obtain at least one output signal indicative of the existence or absence of ground fault and, if it has occurred, of the place where the fault has occurred.
- the means for obtaining the amplitude of the measured signal of the analyzer device preferably comprise: means for calculating the Fourier transform responsible for obtaining the spectrum of the measured signal, and
- the object of the present invention is also a method of detecting ground faults in DC systems fed by rectifiers, which comprises:
- the step of obtaining the amplitude of the measured signal at the network frequency f1 and at the frequency 3xf1 may in turn comprise: - calculating the Fourier transform to obtain the spectrum of the measured signal, and
- FIG. 1 shows a scheme of the system in which it has application
- the present invention is a.
- Figure 2 shows a schematic of the fault detection method, indicating the block diagram of the relay
- Figure 3 shows a diagram of a preferred embodiment, corresponding to the particular case that the rectifier is feeding the excitation winding of a synchronous generator.
- Figure 4 shows the waveform obtained in a laboratory test, when a short circuit occurs in the excitation winding of an experimental alternator.
- Figure 5 shows the waveform obtained in a laboratory test, when a short circuit occurs in the alternating current stage of the rectifier of the excitation system of an experimental alternator.
- Figure 6 shows the waveform obtained in a laboratory test, when a simultaneous short circuit occurs in the alternating stage and in the excitation winding of an experimental alternator.
- Figure 7 shows a scheme of the preferred embodiment, applied to a 12 pulse rectifier.
- Figure 8 shows the waveform obtained in a laboratory test, when the alternating stage of a 12-pulse rectifier is short-circuited.
- Figure 9 shows the waveform obtained in a laboratory test, when the continuous stage of a 12-pulse rectifier occurs.
- the present invention allows detecting earth defects in DC systems fed by rectifiers connected to a transformer.
- the method has the advantage that it does not need any additional source and allows to distinguish the faults that occur both in the continuous stage and in the alternating stage, and even detects and identifies the faults that occur in both stages simultaneously.
- FIG. 1 shows a scheme of the system in which the present invention has application, where the following references have been used:
- the measuring equipment (current or voltage).
- the rectifier is fed through a transformer whose winding is connected in star, connection that allows the grounding as shown in Figure 1.
- the winding has a triangle connection, it can be used
- Some method of grounding based on an artificial neutral such as the use of a zig-zag reactance with resistance or a five-column transformer with an open triangle connection and a resistance.
- the measurement of the current through the earthing resistance when a ground fault occurs in the rectifier system will be of the following nature:
- the voltage can be recorded in it, the analog method being the same.
- FIG. 2 which shows a scheme of the method of detecting faults, where the following references are used: 7, a calculator that performs the Fourier transform.
- a ground fault in the system will cause a current to flow through the grounding impedance 6. This current will be captured, depending on the method chosen, by a voltage sensor or a current sensor, measuring equipment 23, a from which a measured signal 5 is obtained.
- the measured signal 5 is sent to an analyzer device 15 or protection relay that performs the following treatment:
- a Fourier transform is performed by means of a Fourier transform calculator 7 to obtain the spectrum of the signal.
- a filter of f1 8 and another of 3xf1 9 the values of these components of
- the wave, A f and A 3n respectively, thus determining if the fault has occurred in the stage of alternating 2 or in the one of continuous 4 (or in both).
- comparators 10 which will be previously regulated to established values, AFFORD, below which there will be no protection action.
- the output of the first comparator is the output signal 11
- the output of the second comparator is the output signal 13
- the output signal 12 results from performing the AND operation (& in the figure) to the outputs of the two comparators .
- the earth fault protection will send the corresponding action signal, depending on whether the defect is in the continuous stage 4 (indicated by the output signal 13), in the alternating signal 2 (indicated by the output signal 11 ) or both (indicated by the output signal 12).
- the rectifier is feeding the excitation winding of a synchronous generator, represented in Figure 3, where the following references are used: 16, rotor of the machine.
- Figure 3 shows the scheme of an excitation winding supply system 16 of a synchronous machine 17, where the excitation transformer 1 has a star connection with an accessible neutral, where a grounding resistor 6 has been installed.
- An advantage of the method is that no additional sources of current or voltage injection are needed.
- Said current will be picked up by the measuring equipment 23, which will send a signal to the analyzer device 15. This will determine the frequency of the measured wave by means of the harmonic decomposition and based on this it will establish the position of the defect. The severity of the fault is determined through the amplitude of the wave.
- Figure 4 shows the wave obtained in an assay performed with an experimental laboratory alternator, with the excitation winding accessible, where different earth defects have been made at different points of the excitation winding, that is to say in the continuous stage.
- the harmonic decomposition of said wave is also shown, highlighting the harmonic at 150Hz frequency, that is, 3xf1.
- Figure 5 shows the wave obtained in the same test, when the defect occurs in the alternating stage.
- the harmonic decomposition of said wave is also shown, highlighting the harmonic at 50Hz frequency, that is, f1.
- Figure 6 shows a simultaneous defect in the continuous and alternating stages.
- the harmonic decomposition of said wave is also shown, highlighting harmonics at frequencies 50Hz and 150Hz, that is, f1 and 3xf1.
- Figure 7 shows the scheme of said rectifier, fed from an alternating voltage network 19, by means of a transformer 1 of three windings, a primary, fed from the network and two secondary, which feed the rectifiers.
- a grounding resistor 6 is used connected to the neutral of the secondary of the transformer with star connection, to ground the system through a high resistance. For the detection of the defect, either current or voltage must be measured in said resistance.
- the present invention is capable of detecting earth faults both in the rectifier's continuous stage and in the alternating stage, whether the short circuit occurs in the secondary of the transformer that is connected in a star, or if it occurs in the secondary of the transformer connected in triangle.
- a ground fault on the AC power side of the rectifier produces in the resistance in which it is measured, a wave of the frequency of the network, fl.
- the wave measured in the grounding resistance is triple the frequency of the 3xf 1 network.
- the method presented here can, therefore, detect a ground fault in a 12-pulse rectifier, and distinguish whether the fault has occurred in the alternating stage that feeds the rectifier, in the continuous stage where the load is , and even if the defect has occurred simultaneously on both sides.
- Figures 8 and 9 show the collected waves and their harmonic decomposition in laboratory tests with a 12-pulse rectifier, when the fault occurs in the alternating stage ( Figure 8), with a 50 Hz wave and in the stage of continuous ( Figure 9), with a wave of 150 Hz.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, comprendiendo: - una impedancia de puesta a tierra (6) en el transformador (1) que alimenta el rectificador (3); - un equipo de medida (23) de la corriente que circula a través de la impedancia de puesta a tierra (6), obteniendo una señal medida (5); - un dispositivo analizador (15) encargado de analizar la señal medida (5) y que dispone de: o medios de obtención de la amplitud de dicha señal medida (5) a la frecuencia de red f1 (Af1) y a la frecuencia 3xf1 (A3f1); o medios de comparación (10) encargados de comparar dichas amplitudes a la frecuencia f1 (Af1) y 3xf1 (A3f1) con un valor determinado (AFALLO), y obtener al menos una señal de salida (11,12,13) indicativa de la existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido la falta.
Description
SISTEMA Y MÉTODO DE DETECCIÓN DE FALTAS A TIERRA EN SISTEMAS DE CORRIENTE CONTINUA ALIMENTADOS MEDIANTE
RECTIFICADORES
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención es de aplicación para sistemas eléctricos en los que intervienen rectificadores, alimentados desde una red de corriente alterna a través de un transformador.
Una clara aplicación son los sistemas de generación de energía eléctrica, en los que el sistema de excitación de los generadores síncronos se alimenta por medio de un rectificador a través de un transformador de excitación. Con el sistema objeto de Ia presente invención se pueden detectar cortocircuitos a tierra tanto en Ia zona de corriente continua como en Ia zona de corriente alterna sin necesidad de ninguna fuente adicional de inyección de corriente o tensión y se puede distinguir en que zona se ha producido el defecto, zona de corriente continua o zona de corriente alterna.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Toda instalación eléctrica debe estar dotada de sistemas de protección que Ia hagan segura ante posibles cortocircuitos y otros defectos que puedan causar daños tanto a las propias instalaciones como a las personas.
En el caso de grupos de generación, dichas protecciones deben, además, garantizar el suministro de energía a Ia red del modo más fiable posible, tratando de discriminar los niveles de gravedad de las faltas que se produzcan.
Generalmente, para Ia producción de energía eléctrica se utilizan generadores síncronos, cuyos rotores debe ser alimentado en corriente continua. Existen diferentes métodos para inyectar dicha corriente en el rotor de Ia máquina:
• Excitación estática
Excitación indirecta con excitatriz y diodos rotativos
El circuito de excitación de un generador es un sistema de corriente continua aislado de tierra. Una sola falta a tierra no afectará a Ia operación del generador ni producirá daños de efecto inmediato. Sin embargo, Ia probabilidad de que una segunda falta a tierra ocurra es mayor después de que se haya producido Ia primera. Cuando se tiene una segunda falta a tierra, una parte del devanado de excitación estará cortocircuitado, produciendo flujos desequilibrados en el entrehierro de Ia máquina, que darán como resultado vibraciones y calentamientos.
Ante un cortocircuito a tierra en el rotor del generador, Ia práctica habitual es utilizar relés de protección para provocar, dependiendo de Ia estrategia utilizada, bien alarmas, bien Ia desconexión del grupo.
Existen varios métodos de uso común para detectar defectos a tierra en los rotores de los generadores:
• Usando una fuente adicional de tensión continua: una fuente de tensión en serie con el devanado de excitación y con Ia bobina de un relé de sobrecorriente. Este circuito está conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocará Ia circulación de corriente continua proveniente de Ia fuente adicional y causará Ia operación del relé. • Usando una fuente adicional de tensión alterna: una fuente de tensión alterna en serie con dos condensadores, con el devanado de excitación y con Ia bobina de un relé de sobrecorriente. Este circuito está conectado a tierra en un punto, de forma que un defecto a tierra en cualquier punto del devanado provocará Ia circulación de corriente alterna y causará Ia operación del relé.
Por inyección de una onda cuadrada: se inyecta una onda de baja tensión en el devanado de excitación y se recoge Ia señal devuelta por éste. La
forma de la onda se verá modificada debido a las capacidades del devanado. Un relé calcula Ia resistencia del aislamiento en función de ambas señales.
Además conviene tener en cuenta una serie de patentes relacionadas con Ia invención:
Tanto Ia patente EP131718-B1 , titulada: "Earth-fault detection system for rotor winding of machine", que describe un sistema de detección de faltas a tierra en rotores utilizando un transformador toroidal; como Ia solicitud de patente JP6141461-A, titulada: "Rotor-winding ground-fault detector for electrical rotary machine", que utiliza una cinta de una aleación con memoria de forma que se conecta entre el devanado del rotor y el eje de Ia máquina, necesitan fuentes de tensión adicionales conectadas en serie.
La patente DE2843693-C, titulada: "Rotor to earth fault monitoring device", utiliza para detectar los defectos a tierra un fusible que se conecta entre el devanado rotórico y tierra.
La patente EP643309-B1 , titulada: "Earth fault detection system for electrical machine stator windings" calificada como protección de faltas a tierra en el estator, también es utilizada para detectar fallos en el rotor de los generadores.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores de acuerdo con Ia reivindicación 1 y a un método de acuerdo con Ia reivindicación 3. Realizaciones preferidas del sistema y del método se definen en las reivindicaciones dependientes.
En el sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, dichos sistemas de corriente
continua disponen de un transformador, una etapa de corriente alterna a Ia salida del transformador que alimenta al rectificador y una etapa de corriente continua a Ia salida del rectificador. El sistema comprende:
- una impedancia de puesta a tierra en el transformador que alimenta el rectificador;
- un equipo de medida de Ia corriente que circula a través de Ia impedancia de puesta a tierra, o de Ia tensión que existe en Ia misma, obteniendo una señal medida;
- un dispositivo analizador encargado de analizar Ia señal medida y que dispone de:
• medios de obtención de Ia amplitud de dicha señal medida a Ia frecuencia de red f1 y a Ia frecuencia 3xf1 ;
• medios de comparación encargados de comparar dichas amplitudes a Ia frecuencia f1 y 3xf1 con un valor determinado AFALLO. y obtener al menos una señal de salida indicativa de Ia existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido Ia falta.
Los medios de obtención de Ia amplitud de Ia señal medida del dispositivo analizador comprenden preferentemente: - medios para calcular Ia transformada de Fourier encargados de obtener el espectro de Ia señal medida, y
- medios de filtrado a Ia frecuencia f1 y 3xf1 de Ia señal resultante de dichos medios.
Es objeto también de Ia presente invención un método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, que comprende:
- referenciar a tierra, mediante una impedancia de puesta a tierra, el transformador que alimenta el rectificador; - medir Ia corriente que circula a través de Ia impedancia de puesta a tierra , obteniendo una señal medida;
- obtener la amplitud de dicha señal medida a Ia frecuencia de red f 1 y a Ia frecuencia 3xf 1 ;
- comparar dichas amplitudes a Ia frecuencia f1 y 3xf1 con un valor determinado AFALLO, y obtener al menos una señal de salida indicativa de Ia existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido Ia falta.
La etapa de obtener Ia amplitud de Ia señal medida a Ia frecuencia de red f1 y a Ia frecuencia 3xf1 pueden comprender a su vez: - calcular Ia transformada de Fourier para obtener el espectro de Ia señal medida, y
- filtrar dicha señal resultante a Ia frecuencia f1 y 3xf1.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
La Figura 1 muestra un esquema del sistema en el que tiene aplicación
Ia presente invención.
La Figura 2 muestra un esquema del método de detección de faltas, indicando el diagrama de bloques del relé,
La Figura 3 muestra un esquema de una realización preferente, correspondiente al caso particular de que el rectificador esté alimentando el devanado de excitación de un generador síncrono.
La Figura 4 muestra Ia forma de onda obtenida en un ensayo de laboratorio, al producirse un cortocircuito en el devanado de excitación de un alternador experimental. La Figura 5 muestra Ia forma de onda obtenida en un ensayo de laboratorio, al producirse un cortocircuito en Ia etapa de corriente alterna del rectificador del sistema de excitación de un alternador experimental.
La Figura 6 muestra Ia forma de onda obtenida en un ensayo de laboratorio, al producirse un cortocircuito simultáneo en Ia etapa de alterna y en el devanado de excitación de un alternador experimental.
La Figura 7 muestra un esquema de Ia realización preferente, aplicado a un rectificador de 12 pulsos.
La Figura 8 muestra Ia forma de onda obtenida en un ensayo de laboratorio, al producirse un cortocircuito Ia etapa de alterna de un rectificador de 12 pulsos.
La Figura 9 muestra Ia forma de onda obtenida en un ensayo de laboratorio, al producirse un cortocircuito Ia etapa de continua de un rectificador de 12 pulsos.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención permite detectar defectos a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores conectados a un transformador. El método presenta Ia ventaja de que no necesita ninguna fuente adicional y permite distinguir las faltas que se produzcan tanto en Ia etapa de continua como en Ia etapa de alterna, e incluso detecta e identifica las faltas que tengan lugar en ambas etapas simultáneamente.
La Figura 1 muestra un esquema del sistema en el que tiene aplicación Ia presente invención, donde se ha utilizado las siguientes referencias:
1 , el transformador desde el que se alimenta el convertidor.
2, Ia etapa de alterna. 3, el rectificador.
4, Ia etapa de continua.
6, Ia impedancia de puesta a tierra.
23, el equipo de medida (de corriente o tensión).
24, el equipo analizador-comparador de Ia onda.
Normalmente se trata de sistemas aislados de tierra, por Io que debe referenciarse a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico 6. Para
Ia detección del defecto se debe medir Ia tensión o Ia comente en Ia impedancia de puesta a tierra 6 del sistema de alimentación de corriente alterna, según se muestra en Ia Figura 1.
Se va a considerar que el rectificador está alimentado a través de un transformador cuyo devanado está conectado en estrella, conexión que permite realizar Ia puesta a tierra tal como se muestra en Ia Figura 1. En caso de que el devanado tenga conexión triángulo se puede utilizar algún método de puesta a tierra basado en un neutro artificial, como puede ser Ia utilización de una reactancia en zig-zag con resistencia o un transformador de cinco columnas con conexión triángulo abierto y una resistencia.
La medida de Ia corriente a través de Ia resistencia de puesta a tierra al producirse un defecto a tierra en el sistema rectificador será de Ia siguiente naturaleza:
• Fallo en Ia etapa de alterna 2: se produce una corriente de mayor o menor amplitud, dependiendo de Ia resistencia de Ia falta, con alta componente de frecuencia igual a Ia de Ia red de alimentación, f1.
• Fallo en Ia etapa de continua 4: se produce una corriente de mayor o menor amplitud, dependiendo de Ia resistencia de Ia falta, con alta componente de una frecuencia tres veces superior a Ia frecuencia de Ia red de alimentación, 3xf1.
• Fallo simultáneo en las etapas de alterna y continua: se produce una corriente con contenido armónico de Ia frecuencia de red f1 y de tres veces Ia frecuencia de red 3xf 1.
En lugar de realizar medida de Ia corriente por Ia impedancia de puesta a tierra, se puede registrar Ia tensión en Ia misma, siendo el método análogo.
El análisis de Ia señal obtenida, se hará de Ia forma representada según
Ia Figura 2, que muestra un esquema del método de detección de faltas, donde se utilizan las siguientes referencias:
7, un calculador que realiza Ia transformada de Fourier.
8, un filtro de f1.
9, un filtro de 3xf1.
10, unos comparadores. 11 , 12 y 13, las señales de salida del relé de protección.
AFALLO, los ajustes de los comparadores. 15, el dispositivo analizador (relé de protección).
Un fallo a tierra en el sistema, hará que aparezca una corriente circulando por Ia impedancia de puesta a tierra 6. Dicha corriente será captada, dependiendo del método elegido, por un sensor de tensión o por uno de corriente, equipo de medida 23, a partir del cual se obtiene una señal medida 5. La señal medida 5 se envía a un dispositivo analizador 15 o relé de protección que efectúa el siguiente tratamiento:
Primero se realiza una transformada de Fourier mediante un calculador de Ia transformada de Fourier 7 para obtener el espectro de Ia señal. Mediante un filtro de f1 8, y otro de 3xf1 9, se leen los valores de dichas componentes de
Ia onda, Afi y A3n respectivamente, determinando así si Ia falta se ha producido en Ia etapa de alterna 2 o en Ia de continua 4 (o en ambas).
Estas señales se envían a unos comparadores 10, que estarán previamente regulados a unos valores establecidos, AFALLO, por debajo de los cuales no habrá actuación de Ia protección. La salida del primer comparador es Ia señal de salida 11 , Ia salida del segundo comparador es Ia señal de salida 13, mientras que Ia señal de salida 12 resulta de efectuar Ia operación AND (& en Ia figura) a las salidas de los dos comparadores.
Finalmente, Ia protección de faltas a tierra enviará Ia señal de actuación correspondiente, dependiendo de si el defecto está en Ia etapa de continua 4 (indicado por Ia señal de salida 13), en Ia de alterna 2 (indicado por Ia señal de salida 11) o en ambas (indicado por Ia señal de salida 12).
A continuación se describe un modo de realización preferente del objeto de Ia invención, aplicado al caso particular de que el rectificador esté alimentando el devanado de excitación de un generador síncrono, representado en Ia Figura 3, donde se emplean las siguientes referencias: 16, rotor de Ia máquina.
17, estator de Ia máquina.
18, red a Ia que se entrega Ia potencia generada.
La Figura 3 muestra el esquema de un sistema de alimentación al devanado de excitación 16 de una máquina síncrona 17, donde el transformador de excitación 1 tiene conexión en estrella con neutro accesible, en donde se ha instalado una resistencia de puesta a tierra 6.
Para Ia detección del defecto, se debe medir o bien corriente o bien tensión, en dicha resistencia.
Una ventaja del método es que no se necesitan fuentes adicionales de inyección de corriente o tensión.
Ante un defecto de aislamiento a tierra en el sistema de excitación de Ia máquina, tanto si se produce en Ia etapa de alterna 2 como si se produce en Ia de continua 4, o en ambas simultáneamente, aparecerá una corriente que circulará por Ia resistencia de puesta a tierra 6.
Dicha corriente será captada por el equipo de medida 23, que enviará una señal al dispositivo analizador 15. Éste determinará Ia frecuencia de Ia onda medida mediante Ia descomposición en armónicos y en función de esta establecerá Ia posición del defecto. La gravedad del fallo se determina a través de Ia amplitud de Ia onda.
En Ia Figura 4 se puede ver Ia onda obtenida en un ensayo realizado con un alternador experimental de laboratorio, con el devanado de excitación
accesible, donde se han realizado diferentes defectos a tierra en distintos puntos del devanado de excitación, es decir en Ia etapa de continua. Se muestra también Ia descomposición en armónicos de dicha onda, destacando el armónico a frecuencia 150Hz, esto es, 3xf1.
En Ia Figura 5 se puede ver Ia onda obtenida en el mismo ensayo, cuando el defecto se produce en Ia etapa de alterna. Se muestra también Ia descomposición en armónicos de dicha onda, destacando el armónico a frecuencia 50Hz, esto es, f1.
Del mismo modo, Ia Figura 6 muestra un defecto simultáneo en las etapas de continua y alterna. Se muestra también Ia descomposición en armónicos de dicha onda, destacando los armónicos a frecuencias 50Hz y 150Hz, esto es, f1 y 3xf1.
A continuación se describe un modo de realización preferente del objeto de Ia invención, aplicado al caso particular de que el sistema utilice un rectificador de 12 pulsos, representado en Ia Figura 7, donde se emplean las siguientes referencias: 19, red de alimentación.
3, rectificador (de 12 pulsos).
4, etapa de continua (carga).
La Figura 7 muestra el esquema de dicho rectificador, alimentado desde una red de tensión alterna 19, por medio de un transformador 1 de tres devanados, un primario, alimentado desde Ia red y dos secundarios, que alimentan los rectificadores.
Se utiliza una resistencia de puesta a tierra 6 conectada al neutro del secundario del transformador con conexión estrella, para referenciar a tierra el sistema a través de una alta resistencia.
Pa ra Ia detección del defecto, se debe medir o bien corriente o bien tensión, en dicha resistencia.
La presente invención, es capaz de detectar faltas a tierra tanto en Ia etapa de continua del rectificador como en Ia etapa de alterna, tanto si el cortocircuito se produce en el secundario del transformador que está conectado en estrella, como si se produce en el secundario del transformador conectado en triángulo.
Una falta a tierra en el lado de corriente alterna de alimentación del rectificador produce en Ia resistencia en Ia cual se mide, una onda de Ia frecuencia de Ia red, fl .
Si el defecto se produce en Ia etapa de continua (lado de Ia carga), Ia onda medida en Ia resistencia de puesta a tierra es de frecuencia triple a Ia de Ia red 3xf 1.
El método que aquí se presenta puede, por tanto, detectar un defecto a tierra en un rectificador de 12 pulsos, y distinguir si el fallo se ha producido en Ia etapa de alterna que alimenta al rectificador, en Ia etapa de continua donde está Ia carga, e incluso si el defecto se ha producido simultáneamente en ambos lados.
Las Figuras 8 y 9 muestran las ondas recogidas y su descomposición en armónicos en ensayos de laboratorio con un rectificador de 12 pulsos, cuando el fallo se produce en Ia etapa de alterna (Figura 8), con una onda de 50 Hz y en Ia etapa de continua (Figura 9), con una onda de 150 Hz.
Claims
1.- Sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, disponiendo dichos sistemas de corriente continua de un transformador (1), una etapa de corriente alterna (2) a Ia salida del transformador (1) que alimenta al rectificador (3) y una etapa de corriente continua (4) a Ia salida del rectificador (3), caracterizado porque comprende:
- una impedancia de puesta a tierra (6) en el transformador (1) que alimenta el rectificador (3);
- un equipo de medida (23) de Ia corriente que circula a través de Ia impedancia de puesta a tierra (6), o de Ia tensión que existe en Ia misma, obteniendo una señal medida (5);
- un dispositivo analizador (15) encargado de analizar Ia señal medida (5) y que dispone de:
• medios de obtención de Ia amplitud de dicha señal medida (5) a Ia frecuencia de red f1 (Af1) y a Ia frecuencia 3xf1 (A3fi);
• medios de comparación (10) encargados de comparar dichas amplitudes a Ia frecuencia f1 (AM) y 3xf1 (A3f1) con un valor determinado (AFALLO), y obtener al menos una señal de salida (11 ,12,13) indicativa de Ia existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido Ia falta.
2.- Sistema de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque los medios de obtención de Ia amplitud de Ia señal medida (5) del dispositivo analizador (15) comprenden:
- medios para calcular Ia transformada de Fourier (7) encargados de obtener el espectro de Ia señal medida (5), y
- medios de filtrado (8,9) a Ia frecuencia f1 y 3xf1 de Ia señal resultante de dichos medios.
3.- Método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores, disponiendo dichos sistemas de corriente continua de un transformador (1), una etapa de corriente alterna (2) a Ia salida del transformador (1) que alimenta al rectificador (3) y una etapa de corriente continua (4) a Ia salida del rectificador (3), caracterizado porque comprende:
- referenciar a tierra, mediante una impedancia de puesta a tierra (6), el transformador (1 ) que alimenta el rectificador (3);
- medir Ia corriente que circula a través de Ia impedancia de puesta a tierra (6), obteniendo una señal medida (5);
- obtener Ia amplitud de dicha señal medida (5) a Ia frecuencia de red f1 (Af-i ) y a Ia frecuencia 3xf1 (A3n); - comparar dichas amplitudes a Ia frecuencia f1 (An) y 3xf1 (A3fi) con un valor determinado (AFALLO), y obtener al menos una señal de salida (11 ,12,13) indicativa de Ia existencia o no de falta a tierra y, en caso de que se haya producido, del lugar donde se ha producido Ia falta.
4.- Método de detección de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores según Ia reivindicación 3, caracterizado porque Ia etapa de obtener Ia amplitud de Ia señal medida (5) a Ia frecuencia de red f1 (Af1) y a Ia frecuencia 3xf1 (A3fi) comprende a su vez:
- calcular Ia transformada de Fourier para obtener el espectro de Ia señal medida (5), y
- filtrar dicha señal resultante a Ia frecuencia f1 y 3xf1.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900403A ES2321270B2 (es) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | Sistema y metodo de deteccion de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores. |
| ESP200900403 | 2009-02-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010092204A1 true WO2010092204A1 (es) | 2010-08-19 |
Family
ID=40723259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/ES2010/000057 WO2010092204A1 (es) | 2009-02-13 | 2010-02-11 | Sistema y método de deteccion de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2321270B2 (es) |
| WO (1) | WO2010092204A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291146A (zh) * | 2015-05-13 | 2017-01-04 | 中广核工程有限公司 | 多相无刷励磁系统旋转整流器的故障检测方法及装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2503893B2 (es) * | 2014-03-05 | 2015-01-20 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema y método de estimación de resistencia de defecto ante faltas a tierra en devanados rotóricos de máquinas síncronas |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5580066A (en) * | 1978-12-13 | 1980-06-16 | Hitachi Ltd | Ground detecting circuit |
| US4551811A (en) * | 1981-08-07 | 1985-11-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ground detection arrangement for an A.C. generator |
| US20040220759A1 (en) * | 2001-10-04 | 2004-11-04 | Hitachi, Ltd. | Leakage current or resistance measurement method, and monitoring apparatus and monitoring system of the same |
-
2009
- 2009-02-13 ES ES200900403A patent/ES2321270B2/es not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-02-11 WO PCT/ES2010/000057 patent/WO2010092204A1/es active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5580066A (en) * | 1978-12-13 | 1980-06-16 | Hitachi Ltd | Ground detecting circuit |
| US4551811A (en) * | 1981-08-07 | 1985-11-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ground detection arrangement for an A.C. generator |
| US20040220759A1 (en) * | 2001-10-04 | 2004-11-04 | Hitachi, Ltd. | Leakage current or resistance measurement method, and monitoring apparatus and monitoring system of the same |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291146A (zh) * | 2015-05-13 | 2017-01-04 | 中广核工程有限公司 | 多相无刷励磁系统旋转整流器的故障检测方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2321270A1 (es) | 2009-06-03 |
| ES2321270B2 (es) | 2010-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Drif et al. | Stator fault diagnostics in squirrel cage three-phase induction motor drives using the instantaneous active and reactive power signature analyses | |
| Bouzid et al. | New expressions of symmetrical components of the induction motor under stator faults | |
| US9810743B2 (en) | Deterioration diagnosis system | |
| CN103782509B (zh) | 用于检测同步发电机内部绕组故障的系统、计算机程序产品和方法 | |
| Pezzani et al. | Detecting broken rotor bars with zero-setting protection | |
| ES2734214T3 (es) | Método para detectar una condición de fase abierta de un transformador | |
| ES2426970T3 (es) | Sistema de identificación robusto de faltas entre espiras de un estator en línea | |
| Gaona et al. | A novel rotor ground-fault-detection technique for synchronous machines with static excitation | |
| US10473708B2 (en) | Methods and systems for real-time monitoring of the insulation state of wind-powered generator windings | |
| CN206975158U (zh) | 一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置 | |
| CN106249144A (zh) | 双馈风力发电机匝间短路故障诊断方法及故障监测方法 | |
| CN111983452B (zh) | 用于检测多相无刷励磁机的电枢绕组故障的方法和系统 | |
| Deeb et al. | Three-phase induction motor short circuits fault diagnosis using MCSA and NSC | |
| CN111983419B (zh) | 用于检测多相无刷励磁机整流器二极管故障的方法和系统 | |
| ES2321270B2 (es) | Sistema y metodo de deteccion de faltas a tierra en sistemas de corriente continua alimentados mediante rectificadores. | |
| CN103207350A (zh) | 低压直流配电故障选线方法 | |
| Pardo et al. | Detection and location of a ground-fault in the excitation circuit of a 106 MVA synchronous generator by a new on-line method | |
| Drif et al. | Discriminating rotor cage faults and mechanical load oscillations in three-phase induction motors by the stator instantaneous complex apparent impedance | |
| ES2798348B2 (es) | Metodo y sistema de deteccion de faltas a tierra en instalaciones electricas con conversion entre corriente continua y corriente alterna | |
| Drif et al. | The use of the stator instantaneous complex apparent impedance signature analysis for discriminating stator winding faults and supply voltage unbalance in three-phase induction motors | |
| ES2340906B2 (es) | Sistema y metodo de localizacion de faltas a tierra en devanados de inducido de maquinas sincronas. | |
| Iamamura et al. | Study of interturn short circuit in rotor windings of a synchronous generator using FEM | |
| ES2738649B2 (es) | Sistema y metodo de proteccion ante faltas entre espiras en devanados de excitacion de maquinas sincronas de polos salientes | |
| ES2907511A1 (es) | Método y Sistema de localización de faltas a tierra en el lado de corriente alterna de una instalación eléctrica con conversión entre corriente continua y corriente alterna | |
| ES2340831B2 (es) | Sistema y proceso de localizacion de faltas a tierra en devanados deexcitacion de maquinas sincronas con excitacion estatica. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10740944 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10740944 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |