ES2374345B1 - SYSTEM AND METHOD OF NON-DIRECTIONAL PROTECTION FOR SELECTIVE DETECTION OF GROUND FAULTS IN NETWORKS WITH ISOLATED NEUTRAL. - Google Patents
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Abstract
Sistema y método de detección de faltas monofásicas a tierra en redes de energía eléctrica con neutro aislado de tierra o mediante una impedancia de alto valor óhmico, que ofrece total selectividad en la detección de la zona en situación de falta y se basa en la comparación de los módulos de las corrientes homopolares de las líneas, siendo la línea con defecto la de mayor corriente. En sistemas eléctricos con subestaciones secundarias, se determina si el defecto está en la subestación secundaria mediante la comparación de la suma de los módulos de las corrientes de las líneas de alimentación con las líneas de salida. Si hay falta en la subestación secundaria, se determina la línea con defecto porque su corriente homopolar es la mayor de todas las líneas de salida.System and method for detecting single-phase ground faults in electric power networks with neutral isolated from earth or through an impedance of high ohmic value, which offers total selectivity in the detection of the fault zone and is based on the comparison of the modules of the homopolar currents of the lines, the failing line being the one with the highest current. In electrical systems with secondary substations, it is determined whether the defect is in the secondary substation by comparing the sum of the modules of the power line currents with the output lines. If there is a fault in the secondary substation, the defective line is determined because its homopolar current is the largest of all the output lines.
Description
Sistema y método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra en redes con neutro aislado. Non-directional protection system and method for selective ground fault detection in networks with isolated neutral.
Sector de la técnica Technical sector
La presente invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema y método de detección de faltas monofásicas a tierra en redes de energía eléctrica con neutro aislado de tierra. Este nuevo sistema ofrece una total selectividad en la detección de la zona en situación de falta evitando disparos no deseados por errores en la conexión de la polaridad de los transformadores de intensidad de protección o por errores de programación de la dirección en los relés de protección direccionales empleados actualmente. The present invention aims to present a new system and method for detecting single-phase ground faults in electrical power networks with neutral isolated from ground. This new system offers a total selectivity in the detection of the zone in a fault situation avoiding unwanted trips due to errors in the connection of the polarity of the protection current transformers or due to programming errors of the address in the directional protection relays employees currently.
Estado de la técnica State of the art
Al producirse faltas monofásicas a tierra en redes de suministro de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, se elevan los potenciales de las otras dos fases sanas, pasando a tomar valores de tensión de línea en vez de fase. When single-phase ground faults occur in electrical power supply networks with neutral insulated from ground, the potentials of the other two healthy phases are raised, taking line voltage values instead of phase.
En los sistemas de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, en caso de defecto a tierra, circula corriente homopolar de origen capacitivo por todas las líneas en servicio, siendo en algún caso difícil identificar la línea con el defecto, particularmente en instalaciones donde existan algunas líneas de gran longitud respecto a las demás. In electric power systems with neutral insulated from earth, in case of earth fault, homopolar current of capacitive origin circulates through all the lines in service, being in some case difficult to identify the line with the defect, particularly in facilities where there are some lines of great length with respect to the others.
Una forma de detectar de forma selectiva la línea en falta consiste en inyectar en el sistema una señal de tensión de pequeña amplitud. Se calcula, por tanto, de forma permanente, la resistencia de aislamiento en cada línea. Una vez alcanzado un nivel de aislamiento correspondiente a una situación de defecto, el sistema de protección proporciona primeramente una señal de alarma y, en caso de descenso progresivo del aislamiento, una segunda señal de disparo. Esta técnica se ha venido utilizando en redes de distribución eléctrica de Baja Tensión (U≤ 1 kV), no en Alta Tensión (U> 1 kV). One way to selectively detect the fault line is to inject a voltage signal of small amplitude into the system. Therefore, the insulation resistance in each line is calculated permanently. Once an isolation level corresponding to a defect situation has been reached, the protection system first provides an alarm signal and, in the event of a gradual decrease in insulation, a second trip signal. This technique has been used in low voltage electrical distribution networks (U≤ 1 kV), not in High Voltage (U> 1 kV).
Otra forma de detección selectiva de faltas monofásicas a tierra, en redes aisladas de suministro de energía eléctrica, es la protección direccional de sobreintensidad de corriente a tierra homopolar, que necesita medir los vectores tensión homopolar en barras de distribución e intensidad homopolar en cada una de las posiciones de línea, debiéndose instalar normalmente una protección de este tipo en cada una de las líneas. Las medidas de tensión e intensidad homopolares se obtienen a partir de: Another form of selective detection of single-phase ground faults, in isolated power supply networks, is the directional protection of homopolar ground current overcurrent, which needs to measure the vectors homopolar voltage in distribution bars and homopolar intensity in each of the line positions, and such protection must normally be installed in each of the lines. Homopolar voltage and intensity measurements are obtained from:
- • •
- Tensión homopolar en barras de distribución: transformador de tensión normalmente con sus devanados secundarios conectados en triángulo abierto. Homopolar voltage on busbars: voltage transformer normally with its secondary windings connected in open triangle.
- • •
- Intensidades homopolares en cada posición de línea: transformadores de intensidad, principalmente de tipo toroidal, que abrace las tres fases. Homopolar intensities in each line position: intensity transformers, mainly toroidal type, which embraces the three phases.
En base al ángulo de desfase relativo de las intensidades homopolares de defecto en cada línea con la tensión homopolar común a todas las líneas, se aísla del servicio la línea con defecto a tierra. Based on the relative offset angle of the homopolar fault currents in each line with the homopolar voltage common to all lines, the ground fault line is isolated from the service.
El criterio de disparo utilizado empleando las medidas de tensión e intensidad descritas es el siguiente: The trigger criteria used using the voltage and intensity measurements described are as follows:
- • •
- Existencia de una tensión homopolar en barras superior a un ajuste previo definido. Existence of a homopolar tension in bars greater than a definite prior adjustment.
- • •
- Existencia de la componente capacitiva de las intensidades de falta superior a un ajuste previo definido. Existence of the capacitive component of the fault intensities greater than a definite prior adjustment.
- • •
- Existencia de un ángulo de desfase determinado entre la tensión homopolar medida en barras de distribución y la intensidad homopolar medida en la línea en falta. Existence of a certain offset angle between the homopolar voltage measured on busbars and the homopolar intensity measured on the fault line.
Se necesita, por tanto, el cumplimiento de tres condiciones previas para obtener la orden de retirada del servicio de la línea en situación de falta. Therefore, the fulfillment of three prerequisites is necessary to obtain the order to withdraw the service from the line in a fault situation.
Para este problema técnico, no se ha encontrado solución en las siguientes patentes consultadas: For this technical problem, no solution was found in the following patents consulted:
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- DETECTION OF EARTH FAULTS IN THREE PHASE SYSTEMS (G01R 31/08; International Publication Number: WO 2004/079378 A1): esta patente se ha definido para sistemas eléctricos de potencia con neutro puesto a tierra a través de una reactancia, no aislados de tierra por tanto. Tampoco presenta una definición de criterios de detección de faltas a tierra en función de la aparición tensiones homopolares. DETECTION OF EARTH FAULTS IN THREE PHASE SYSTEMS (G01R 31/08; International Publication Number: WO 2004/079378 A1): This patent has been de fi ned for power electrical systems with neutral grounded through a reactance, not isolated from ground so. Nor does it present a definition of ground fault detection criteria based on the appearance of homopolar tensions.
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- METHOD OF DETECTING AND LOCATING A HIGH-RESISTANCE EARTH FAULT IN AN ELEC-METHOD OF DETECTING AND LOCATING A HIGH-RESISTANCE EARTH FAULT IN AN ELEC-
TRIC POWER NETWORK (G01R 31/08; International Publication Number: WO 98/20356): esta patente TRIC POWER NETWORK (G01R 31/08; International Publication Number: WO 98/20356): this patent
detecta faltas a tierra comparando la componente de tensión homopolar en primera instancia con la componente de tensión de secuencia directa de la red y, en segunda instancia, con la impedancia homopolar de la red. Finalmente, realiza una comparación entre la intensidad de defecto y la componente de secuencia directa de la tensión de red. La nueva patente propuesta no compara las componentes de secuencia directa y homopolar de la tensión de red ni aplica un criterio de direccionalidad para determinar la línea que presenta el defecto a tierra. detects earth faults by comparing the homopolar voltage component in the first instance with the direct sequence voltage component of the network and, in the second instance, with the homopolar impedance of the network. Finally, it makes a comparison between the fault current and the direct sequence component of the mains voltage. The proposed new patent does not compare the direct and homopolar sequence components of the mains voltage nor does it apply a directionality criterion to determine the line presenting the ground fault.
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- RELÉ DIRECCIONAL PARA LA VIGILANCIA DE AL MENOS UNA LÍNEA DE TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNA (H01H; International Publication Number: ES 466782 A1): esta patente detecta faltas a tierra calculando la impedancia de defecto en módulo y argumento, empleando un criterio direccional para discrimina la dirección del defecto. La nueva patente propuesta no aplica un criterio de direccionalidad para determinar la línea que presenta el defecto a tierra. DIRECTIONAL RELAY FOR THE MONITORING OF AT LEAST ONE ALTERNATE ELECTRIC POWER TRANSPORTATION LINE (H01H; International Publication Number: ES 466782 A1): This patent detects ground faults by calculating the impedance of module and argument defect, using a directional criterion to discriminate The default address. The proposed new patent does not apply a directionality criterion to determine the line presenting the ground fault.
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- PERFECCIONAMIENTOS EN APARATOS DE DETECCIÓN Y PROTECCIÓN DE FALTAS A TIERRA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA (G01R; International Publication Number: ES 389113): esta patente detecta la línea en falta identificando la dirección de la intensidad homopolar. La nueva patente propuesta no aplica un criterio de direccionalidad para determinar la línea que presenta el defecto a tierra. PERFECTION IN DETECTION AND PROTECTION EQUIPMENT OF GROUND FAULTS IN ELECTRICAL VOLTAGE DISTRIBUTION NETWORKS (G01R; International Publication Number: EN 389113): This patent detects the missing line by identifying the direction of homopolar intensity. The proposed new patent does not apply a directionality criterion to determine the line presenting the ground fault.
Descripción de la invención Description of the invention
La presente invención permite detectar de forma selectiva en sistemas de suministro de energía eléctrica con neutro aislado de tierra, la línea que se encuentra en situación de falta monofásica a tierra. The present invention makes it possible to selectively detect in electric power supply systems with neutral insulated from earth, the line that is in a single-phase ground fault.
En los sistemas eléctricos con neutro aislado de tierra, cuando se produce un defecto monofásico a tierra en una fase, la capacidad de dicha fase en todo el sistema eléctrico se pone al mismo potencial de tierra, y por tanto, no hace circular ninguna intensidad capacitiva debida a la capacidad de dicha fase con defecto, produciéndose que la corriente de las otras dos fases no queden compensadas. In electrical systems with neutral insulated from earth, when a single phase earth fault occurs in one phase, the capacity of said phase in the entire electrical system is set to the same ground potential, and therefore, does not circulate any capacitive intensity due to the capacity of said phase with defect, producing that the current of the other two phases is not compensated.
La suma de las corrientes capacitivas en las fases sanas se denomina corriente capacitiva de la línea. Depende fundamentalmente de la longitud de la misma. The sum of the capacitive currents in the healthy phases is called the capacitive current of the line. It depends fundamentally on the length of it.
Esta invención puede aplicarse en subestaciones principales o de cabecera y en subestaciones secundarias, o que no son de cabecera. This invention can be applied in main or header substations and in secondary substations, or that are not header.
Las subestaciones principales o de cabecera pueden estar formadas por varios elementos como por ejemplo, acometidas de redes normalmente a través de un transformador, generadores, varias líneas que parten de las mismas barras, etc... The main substations or header can be formed by several elements such as, for example, connections of networks normally through a transformer, generators, several lines that start from the same bars, etc ...
Independientemente del tipo de subestación donde se emplee este nuevo sistema de protección, en la línea con defecto, el sistema de medida, normalmente un transformador toroidal, mide la suma de las corrientes capacitivas de todas las líneas sanas. En las líneas sin defecto, la corriente capacitiva es la propia de la línea. Regardless of the type of substation where this new protection system is used, in the defective line, the measurement system, normally a toroidal transformer, measures the sum of the capacitive currents of all healthy lines. In the lines without defect, the capacitive current is that of the line.
Así, para aplicación en subestaciones principales, el nuevo sistema de protección inicia la localización de la falta cuando se supera un valor previamente definido de tensión homopolar. Seguidamente se miden los módulos de las intensidades homopolares en las diferentes líneas. El módulo mayor de las intensidades corresponde con la línea que tiene el defecto. Thus, for application in main substations, the new protection system initiates the location of the fault when a previously defined value of homopolar voltage is exceeded. Next, the modules of the homopolar intensities are measured in the different lines. The major intensity module corresponds to the line that has the defect.
Por lo tanto se cumple siempre que para un número de líneas superior o igual a 3, la línea en la que se ha medido la corriente homopolar con mayor módulo, es la línea con defecto a tierra. De esta forma no se necesita ningún elemento direccional, ya que simplemente comparando los módulos de las corrientes de defecto medidas por transformadores de intensidad en todas las líneas se puede determinar la línea con defecto. Therefore, it is always true that for a number of lines greater than or equal to 3, the line on which the homopolar current with the greatest modulus has been measured is the line with earth fault. In this way, no directional element is needed, since simply by comparing the modules of the fault currents measured by current transformers in all the lines, the defective line can be determined.
En aplicaciones en subestaciones secundarias, una vez definida cual o cuales son la alimentación o alimentaciones principales que se corresponde con las líneas que entregan energía eléctrica a dicha subestación secundaria, el nuevo sistema de protección también inicia la localización de la falta cuando se supera un valor previamente definido de tensión homopolar. Seguidamente se comprueba si el módulo de la intensidad de defecto en la alimentación principal, In applications in secondary substations, once defined which or which are the main supply or power supplies that corresponds to the lines that deliver electricity to said secondary substation, the new protection system also initiates the location of the fault when a value is exceeded previously defined as homopolar voltage. Next, it is checked whether the module of the fault current in the main power supply,
o la suma de las intensidades en las alimentaciones principales, coincide con la suma de los módulos de las intensidades homopolares en el resto de las líneas conectadas a las barras de dicha subestación. Si no coincide, se tiene una falta monofásica a tierra en alguna de las líneas que parten de dicha subestación secundaria. La línea de salida con mayor corriente homopolar será la línea con defecto. or the sum of the intensities in the main feeds, coincides with the sum of the modules of the homopolar intensities in the rest of the lines connected to the bars of said substation. If it does not match, there is a single-phase ground fault in any of the lines that start from said secondary substation. The output line with the highest homopolar current will be the line with defect.
Si la red de distribución tiene varias subestaciones secundarias conectadas a una misma subestación principal y aparece una falta en cualquier línea de salida de cualquier subestación secundaria, se presenta la siguiente situación de funcionamiento para el nuevo sistema de protección: If the distribution network has several secondary substations connected to the same main substation and a fault appears in any output line of any secondary substation, the following operating situation for the new protection system is presented:
a) Subestación secundaria con falta en una de sus líneas de salida: detección de tensión homopolar superior a un valor de ajuste prefijado, comprobación de la desigualdad del módulo de la intensidad de defecto en la alimentación principal con los módulos de las líneas de salida conectadas a las barras de la subestación secundaria y, finalmente, indicación de la línea de salida con mayor intensidad de defecto registrada, a) Secondary substation with one of its output lines missing: homopolar voltage detection greater than a preset adjustment value, checking the inequality of the module of the fault current in the main supply with the modules of the connected output lines to the bars of the secondary substation and, finally, indication of the output line with greater intensity of recorded defect,
b) Subestación secundaria sin falta en sus líneas: detección de tensión homopolar superior a un valor de ajuste prefijado, comprobación de la igualdad del módulo de la intensidad de defecto en la alimentación principal o la suma de los módulos en caso de varias alimentaciones, con los módulos de las líneas de salida conectadas a las barras de dicha subestación secundaria e indicación de no tener falta en ninguna línea de salida conectada a dicha subestación secundaria. b) Secondary substation without fault in its lines: detection of homopolar voltage greater than a preset value, checking the equality of the module of the fault current in the main power supply or the sum of the modules in case of several power supplies, with the modules of the output lines connected to the bars of said secondary substation and indication that there is no fault in any output line connected to said secondary substation.
El principio de funcionamiento de la presente invención radica en que una línea, cuando se presenta un defecto monofásico a tierra, tiene una corriente homopolar que es la suma de las intensidades capacitivas de las fases sin defecto del resto de las líneas. The principle of operation of the present invention is that a line, when there is a single phase earth fault, has a homopolar current that is the sum of the capacitive intensities of the phases without defect of the rest of the lines.
En el caso de subestaciones de cabecera o principales este principio se aplica de forma inmediata. Es decir la línea con más corriente homopolar es la que tiene el defecto. In the case of header or main substations, this principle is applied immediately. In other words, the line with the most homopolar current is the one with the defect.
En el caso de subestaciones que no son de cabecera, en caso de defecto a tierra en algún otro punto del sistema, habrá una línea con más corriente homopolar que el resto sin que tenga defecto. Para discriminar que esa subestación no tiene defecto, el principio de detección es que el módulo de la corriente homopolar por la alimentación o la suma de los módulos de las corrientes homopolares por las alimentaciones debe ser igual a la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las posiciones de salida. In the case of substations that are not header, in case of earth fault at some other point in the system, there will be a line with more homopolar current than the rest without a defect. To discriminate that this substation has no defect, the detection principle is that the module of the homopolar current by the power supply or the sum of the modules of the homopolar currents by the power supplies must be equal to the sum of the modules of the homopolar currents of the starting positions.
Para habilitar el sistema de protección y evitar disparos no deseados se debe utilizar la tensión homopolar en el sistema. La tensión homopolar permite distinguir a partir de un cierto valor de la misma que existe defecto a tierra en algún punto del sistema. To enable the protection system and avoid unwanted trips, the homopolar voltage must be used in the system. The homopolar voltage makes it possible to distinguish from a certain value of it that there is a ground fault at some point in the system.
La presente invención deberá estar dotada de las siguientes: The present invention must be provided with the following:
- • •
- Entradas analógicas: Analog inputs:
- ◦ ◦
- Tensión homopolar obtenida de un transformador trifásico de tensión con sus devanados secundarios conectados en triángulo abierto o en estrella, en este último caso será calculada. Homopolar voltage obtained from a three-phase voltage transformer with its secondary windings connected in an open triangle or in a star, in the latter case it will be calculated.
- ◦ ◦
- Corrientes homopolares de cada línea. Homopolar currents of each line.
- • •
- Salidas digitales: Digital outputs:
◦ Señal de apertura de los elementos de apertura en carga de las líneas. ◦ Opening signal of the opening elements in load of the lines.
- • •
- Entradas digitales: Digital tickets:
◦ Señal de estado (abierto, cerrado o ambos) de los elementos de apertura en carga de las líneas. ◦ Status signal (open, closed or both) of the load opening elements of the lines.
Cuando este sistema se aplique a subestaciones de cabeceara o principales. When this system is applied to head or main substations.
El sistema determinará la existencia de defecto a tierra si la tensión homopolar en el embarrado supera un cierto umbral. A partir de este momento, el sistema de protección realiza las siguientes operaciones: The system will determine the existence of a ground fault if the homopolar voltage on the busbar exceeds a certain threshold. As of this moment, the protection system performs the following operations:
Medida de los módulos de las intensidades homopolares de las líneas del juego de barras. Measurement of the modules of the homopolar intensities of the bar set lines.
Discriminación de la línea con defecto mediante la determinación de la línea con mayor corriente homopolar. Discrimination of the fault line by determining the line with the highest homopolar current.
Envío de la orden de apertura si perdura el defecto transcurrido el tiempo de ajuste. Sending the opening order if the defect persists after the adjustment time.
Cuando este sistema se aplique a subestaciones que no sean de cabecera. When this system is applied to substations that are not header.
El sistema determinará la existencia de defecto a tierra si la tensión homopolar en el embarrado supera un cierto umbral. A partir de este momento, el sistema de protección realiza las siguientes operaciones para determinar la existencia de defecto en alguna de las líneas de la subestación: The system will determine the existence of a ground fault if the homopolar voltage on the busbar exceeds a certain threshold. From this moment on, the protection system performs the following operations to determine the existence of a defect in any of the substation lines:
Medida de los módulos de las intensidades homopolares de las líneas del juego de barras. Measurement of the modules of the homopolar intensities of the bar set lines.
Sumar los módulos de las intensidades homopolares de las líneas que alimentan las barras de la subestación. Add the modules of the homopolar intensities of the lines that feed the substation bars.
Sumar los módulos de las intensidades homopolares de las líneas que salen desde las barras de la subestación. Add the modules of the homopolar intensities of the lines that leave from the substation bars.
Comparar la suma de las corrientes homopolares de las alimentaciones con las de las líneas salientes. En caso que sean iguales se determina que no hay defecto. En caso que sean distintas se determina que hay defecto. Compare the sum of the homopolar currents of the feeds with those of the outgoing lines. If they are equal, it is determined that there is no defect. In case they are different, it is determined that there is a defect.
En caso que se determine que hay defecto, se pasará a la localización de la línea con defecto. Para ello el sistema realizará las siguientes operaciones: If it is determined that there is a defect, the location of the defective line will be passed. For this, the system will carry out the following operations:
Discriminación de la línea de salida con defecto mediante la determinación de la línea con mayor corriente homopolar. Discrimination of the default output line by determining the line with the highest homopolar current.
Envío de la orden de apertura si perdura el defecto transcurrido el tiempo de ajuste. Sending the opening order if the defect persists after the adjustment time.
Descripción de los dibujos Description of the drawings
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.
En la figura 1 se muestra una subestación principal cualquiera, que cuenta con un transformador (2) para transformar la energía eléctrica de alta tensión proveniente de una red eléctrica (1) a tensiones menores de distribución. Cuenta además con líneas de distribución de energía eléctrica (3) que parten de las mismas barras de distribución (4). In Figure 1, a main substation is shown, which has a transformer (2) for transforming high-voltage electrical energy from an electrical network (1) to lower distribution voltages. It also has electric power distribution lines (3) that start from the same distribution bars (4).
En la figura 2 se muestra una subestación secundaria cualquiera, que se alimenta desde otra subestación. Estas subestaciones secundarias consisten básicamente en nudos del sistema de distribución en los que una o varias líneas In Figure 2, any secondary substation is shown, which is fed from another substation. These secondary substations basically consist of nodes of the distribution system in which one or several lines
(5) alimentan a unas barras de distribución (6). De éstas últimas parten a su vez otras líneas de distribución (7). Por tanto, son subestaciones en las que solo se tienen unas barras a las cuales se conectan tanto líneas de entrada como de salida. (5) feed some busbars (6). In turn, other distribution lines (7). Therefore, they are substations in which there are only a few bars to which both input and output lines are connected.
Figura 3.-Tipos de subestaciones: muestra un esquema de principio de funcionamiento donde se observan los siguientes elementos: (8): red de alimentación principal. (9): transformador en subestación principal. (10): líneas que parten de las barras principales (11) de la subestación principal (15). (11): barras principales en subestación principal (15). (12): línea de llegada a subestación secundaria (16). Se corresponde con una línea (10) que parte de subestación principal (15). (13): barras de distribución en subestación secundaria (16). (14): líneas de salida en subestación secundaria (16). (15): subestación primaria. (16): subestación secundaria. Figure 3.-Types of substations: shows a diagram of the principle of operation where the following elements are observed: (8): main power supply network. (9): transformer in main substation. (10): lines that start from the main bars (11) of the main substation (15). (11): main bars in main substation (15). (12): line of arrival at secondary substation (16). It corresponds to a line (10) that starts from the main substation (15). (13): busbars in secondary substation (16). (14): output lines in secondary substation (16). (15): primary substation. (16): secondary substation.
Figura 4: Lecturas y ordenes del nuevo sistema de protección. (17): elementos de apertura en carga de las líneas. (18): transformadores de intensidad. (19): nuevo sistema de protección no direccional. (20): líneas de distribución de energía eléctrica. Se han representado partiendo de barras solo 4 líneas de las “n” Figure 4: Readings and orders of the new protection system. (17): load opening elements of the lines. (18): current transformers. (19): new non-directional protection system. (20): electric power distribution lines. Only 4 lines of the “n” have been represented from bars
posibles líneas que se pueden tener, y una sola línea de alimentación principal. possible lines that can be had, and a single main power line.
(21): señales de intensidad que los transformadores de intensidad toroidales envían al nuevo sistema de protección no direccional. (21): intensity signals that toroidal current transformers send to the new non-directional protection system.
(22): barras de distribución principales. (22): main distribution bars.
(23): órdenes y/o indicaciones que el nuevo sistema de protección no direccional envía a los elementos de apertura en carga de las líneas. (23): orders and / or indications that the new non-directional protection system sends to the load-opening elements of the lines.
(24): transformador de tensión trifásico con el devanado secundario conectado en triángulo abierto. (24): three-phase voltage transformer with secondary winding connected in open triangle.
(25): señal de tensión homopolar que el transformador de tensión trifásico con el devanado secundario conectado en triángulo abierto envía al nuevo sistema de protección no direccional. (25): homopolar voltage signal that the three-phase voltage transformer with the secondary winding connected in the open triangle sends to the new non-directional protection system.
Figura 5.-Muestra un esquema de la lógica de indicación de la línea en situación de falta donde se observan los siguientes elementos: Figure 5.- It shows a scheme of the logic of indication of the line in a fault situation where the following elements are observed:
(26): señal lógica de presencia de tensión homopolar superior a un valor de ajuste definido. (26): logic signal of presence of homopolar voltage greater than a set value.
(27): señales lógicas que representan los valores de intensidad homopolar registrados por los transformadores de intensidad toroidales instalados en cada línea. (27): logical signals representing the homopolar intensity values recorded by the toroidal current transformers installed in each line.
(28): puertas lógicas “Y”. Necesitan la presencia activa de las dos entradas para obtener un “1” lógico en su salida. (28): "Y" logic gates. They need the active presence of the two inputs to obtain a logical "1" in their output.
(29): salidas de las puertas lógicas “Y” para indicación de línea en situación de falta. (29): outputs of the logic gates "Y" for indication of fault line.
(30): sistema lógico. (30): logical system.
(31): señales lógicas que indican qué línea es recorrida por el mayor valor de intensidad homopolar. Activada a “1” lógico cuando indica línea en falta. (31): logical signals that indicate which line is crossed by the highest homopolar intensity value. Activated to logical "1" when indicating missing line.
(32): entradas para las señales lógicas (27). (32): inputs for the logic signals (27).
(33): salidas para las señales lógicas (31). (33): outputs for the logic signals (31).
(34): temporizador. (34): timer.
(35): señal lógica de apertura de elemento de apertura en carga (17). (35): opening logic signal of opening element in load (17).
En las figuras 3,4y5se muestra el funcionamiento del nuevo sistema de protección no direccional. En la figura 3 se exponen las señales que recibe el nuevo sistema de protección no direccional: Figures 3.4 and 5 show the operation of the new non-directional protection system. Figure 3 shows the signals that the new non-directional protection system receives:
- --
- la señal de tensión homopolar (25) obtenida del transformador de tensión trifásico con el devanado secundario conectado en triángulo abierto (24). the homopolar voltage signal (25) obtained from the three-phase voltage transformer with the secondary winding connected in an open triangle (24).
- --
- las señales de intensidades homopolares (21) obtenidas de los transformadores de intensidad (18) dispuestos en cada línea (20). the signals of homopolar intensities (21) obtained from the intensity transformers (18) arranged in each line (20).
El nuevo sistema de protección no direccional (19) calcula los módulos de todas las intensidades homopolares de las líneas salientes de barras, así como la correspondiente a la definida como alimentación principal a barras. A partir de estos cálculos, comprueba si la suma de los módulos de las intensidades homopolares de las líneas que parten de las barras, coincide con el módulo de la intensidad homopolar de la línea definida como alimentación principal a barras. En caso de no coincidir, el nuevo sistema de protección no direccional (19) identifica cual es el módulo de mayor valor de todas las intensidades homopolares (21), habilitando en una de las salidas (33) para las señales lógicas (31), una señal lógica (31) como salida de dicha función lógica (30). Este análisis lo realiza la función lógica (30) de la figura 5. Esta función lógica recibe en las entradas para las señales lógicas (27), todas las señales lógicas (27) correspondientes a las intensidades homopolares (21) de todas las líneas conectadas a barras, las compara y determina cual es la que presenta mayor valor, habilitando en una de las salidas (33) para las señales lógicas (31), una señal lógica (31) como salida de dicha función lógica (30). Esta señal lógica se conecta a la puerta “Y” (28) correspondiente junto con la señal lógica de presencia de tensión homopolar (26) superior a un valor de ajuste definido, que se ha conectado a todas las puertas lógicas (tantas como líneas). Al tener las dos entradas a “1” lógico, sólo la puerta “Y” (28) correspondiente a la línea con defecto, la salida de dicha puerta lógica “Y”, enviará una señal (29) de indicación de la línea en falta a un temporizador (34). Una vez expirado el tiempo ajustado en dicho temporizador (34), éste envía una orden de apertura The new non-directional protection system (19) calculates the modules of all the homopolar intensities of the outgoing bar lines, as well as that corresponding to the one defined as the main bar power. From these calculations, check whether the sum of the modules of the homopolar intensities of the lines that start from the bars, coincides with the module of the homopolar intensity of the line defined as the main bar power. If it does not match, the new non-directional protection system (19) identifies which is the module with the highest value of all homopolar currents (21), enabling one of the outputs (33) for the logic signals (31), a logic signal (31) as output of said logic function (30). This analysis is performed by the logic function (30) of Figure 5. This logic function receives at the inputs for the logic signals (27), all the logic signals (27) corresponding to the homopolar intensities (21) of all the connected lines to bars, compares them and determines which one has the highest value, enabling in one of the outputs (33) for the logic signals (31), a logic signal (31) as the output of said logic function (30). This logic signal is connected to the corresponding “Y” gate (28) together with the logic signal of the presence of homopolar voltage (26) greater than a defined setting value, which has been connected to all logic gates (as many as lines) . By having the two inputs to logical "1", only the "Y" gate (28) corresponding to the defective line, the output of said logical gate "Y" will send a signal (29) indicating the missing line to a timer (34). Once the time set in said timer (34) has expired, it sends an opening order
(35) al elemento de apertura en carga de dicha línea (17). (35) to the load opening element of said line (17).
Claims (7)
- --
- medir la tensión homopolar y determinar la existencia de un defecto a tierra si dicha tensión homopolar supera un umbral ajustable; measure the homopolar voltage and determine the existence of a ground fault if said homopolar voltage exceeds an adjustable threshold;
- --
- medir los módulos de las intensidades homopolares de las líneas de salida del juego de barras; measure the modules of the homopolar intensities of the output lines of the bar set;
- --
- discriminar la línea con defecto; discriminate the line with defect;
- --
- enviar una orden de apertura para abrir la línea con defecto si se supera un intervalo de tiempo ajustable. send an opening order to open the default line if an adjustable time interval is exceeded.
- 2. 2.
- Método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra según reivindicación 1 para subestaciones principales o de cabecera con al menos tres posiciones de salida en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que la etapa de discriminación de la línea con defecto se realiza con la comparación de los módulos de las intensidades homopolares de todas las líneas, siendo la línea con defecto la de mayor corriente homopolar. Non-directional protection method for selective ground fault detection according to claim 1 for main or header substations with at least three output positions in networks with neutral insulated from ground or grounded through a high ohmic impedance, characterized because the stage of discrimination of the line with defect is carried out with the comparison of the modules of the homopolar intensities of all the lines, the line with defect being the one of greater homopolar current.
- 3. 3.
- Método de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra según reivindicación 1 para subestaciones no principales con al menos dos posiciones de salida en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico, caracterizado por que la etapa de discriminación de la línea con defecto se realiza comparando la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de alimentación, con la suma de los módulos de las intensidades homopolares en las líneas de salida de las barras, determinando la existencia de defecto en una de las líneas si la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las alimentaciones no es igual que la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las salidas, siendo la línea con defecto aquélla cuya corriente homopolar es la mayor de todas las líneas de salida. Non-directional protection method for selective ground fault detection according to claim 1 for non-main substations with at least two output positions in networks with neutral insulated from ground or grounded through a high ohmic value impedance, characterized in that The stage of discrimination of the line with defect is carried out by comparing the sum of the modules of the homopolar intensities in the feeding lines, with the sum of the modules of the homopolar intensities in the output lines of the bars, determining the existence of defect in one of the lines if the sum of the modules of the homopolar currents of the feeds is not the same as the sum of the modules of the homopolar currents of the outputs, the line with defect being the one whose homopolar current is the greatest of all The starting lines.
- 4. Four.
- Sistema de protección no direccional para detección selectiva de faltas a tierra en redes con neutro aislado de tierra o puesto a tierra a través de una impedancia de alto valor óhmico que comprende: Non-directional protection system for selective detection of ground faults in networks with neutral insulated from ground or grounded through a high ohmic impedance comprising:
- --
- medios de medición de la tensión configurados para medir la tensión homopolar y para determinar la existencia de un defecto a tierra si dicha tensión homopolar supera un umbral ajustable; voltage measurement means set to measure the homopolar voltage and to determine the existence of a ground fault if said homopolar voltage exceeds an adjustable threshold;
- --
- medios de medición de la intensidad configurados para medir los módulos de las intensidades homopolares de las líneas de salida del juego de barras; intensity measurement means set to measure the modules of the homopolar intensities of the busbar output lines;
- --
- medios de discriminación configurados para discriminar una línea con defecto; discrimination means set to discriminate a defective line;
- --
- medios de envío configurados para enviar una orden de apertura para abrir la línea con defecto si se supera un intervalo de tiempo ajustable. Sending means configured to send an opening order to open the default line if an adjustable time interval is exceeded.
- --
- una serie de entradas analógicas para la medida de la corriente homopolar de cada una de las líneas, a series of analog inputs for measuring the homopolar current of each of the lines,
- --
- una entrada analógica para la medida de la tensión homopolar, an analog input for measuring homopolar voltage,
- --
- una serie de salidas digitales para realizar la apertura de las diferentes líneas, a series of digital outputs to open the different lines,
- --
- una unidad de cálculo qué compara los módulos de las corrientes homopolares de cada una de las líneas y determina la que tiene el defecto enviado la orden de disparo a la línea correspondiente. a unit of calculation that compares the modules of the homopolar currents of each of the lines and determines which one has the defect sent the firing order to the corresponding line.
- --
- una serie de entradas analógicas para la medida de la corriente homopolar de cada una de las líneas de salida, a series of analog inputs for measuring the homopolar current of each of the output lines,
- --
- una serie de entradas analógicas para la medida de la corriente homopolar de cada una de las líneas de alimentación, a series of analog inputs for measuring the homopolar current of each of the power lines,
- --
- una entrada analógica para la medida de la tensión homopolar, an analog input for measuring homopolar voltage,
- --
- una serie de salidas digitales para realizar la apertura de las diferentes líneas, a series of digital outputs to open the different lines,
- --
- una unidad de cálculo que compara la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las líneas de alimentación con la suma de los módulos de las corrientes homopolares de las líneas de salida y determina si existe defecto en alguna de las líneas de la subestación si las dos corrientes resultantes de ambas sumas no son iguales, a unit of calculation that compares the sum of the modules of the homopolar currents of the supply lines with the sum of the modules of the homopolar currents of the output lines and determines if there is a defect in any of the substation lines if the two currents resulting from both sums are not equal,
- --
- una unidad de cálculo que compara los módulos de las corrientes homopolares de cada una de las líneas y determina la que tiene el defecto enviado la orden de disparo a la línea correspondiente. a unit of calculation that compares the modules of the homopolar currents of each of the lines and determines which one has the defect sent the firing order to the corresponding line.
- Categoría Category
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
- A TO
- EP 1475874 A1 (SCHNEIDER ELECTRIC IND SAS) 10.11.2004, párrafos [0006-0009],[0032]; figuras. 1-5 EP 1475874 A1 (SCHNEIDER ELECTRIC IND SAS) 10.11.2004, paragraphs [0006-0009], [0032]; figures. 1-5
- A TO
- EP 1984995 A1 (SIEMENS AG) 29.10.2008, párrafos [0009-0013],[0051]; reivindicaciones 2-5,16, figuras. 1-5 EP 1984995 A1 (SIEMENS AG) 29.10.2008, paragraphs [0009-0013], [0051]; claims 2-5,16, figures. 1-5
- A TO
- JING et al., "The Study on Selective Grounding Fault Protection of Networks with Floating Neutral Based on Fuzzy Principle," Power System Technology, 2002. Proceedings. PowerCon 2002. International Conference on , vol. 3, pp. 1748-1752 vol. 3, 2002; doi: 10.1109/ICPST.2002.1067832. 1-5 JING et al., "The Study on Selective Grounding Fault Protection of Networks with Floating Neutral Based on Fuzzy Principle," Power System Technology, 2002. Proceedings. PowerCon 2002. International Conference on, vol. 3, pp. 1748-1752 vol. 3, 2002; doi: 10.1109 / ICPST.2002.1067832. 1-5
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 30.01.2012 Date of realization of the report 30.01.2012
- Examinador M. P. López Sábater Página 1/4 Examiner M. P. López Sábater Page 1/4
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO Claims Claims 1-5 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO Claims Claims 1-5 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- EP 1475874 A1 (SCHNEIDER ELECTRIC IND SAS) 10.11.2004 EP 1475874 A1 (SCHNEIDER ELECTRIC IND SAS) 10.11.2004
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-
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Legal Events
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