Contribución metodológica para incorporar fallas activas en la modelización de la fuente dirigida a estimaciones de peligrosidad sísmica. Aplicación al sur de España

En el presente trabajo se desarrolla una metodología para caracterizar fallas activas como fuentes sísmicas independientes en combinación con zonas sismogenéticas tipo área de cara a la estimación probabilista poissoniana de la peligrosidad sísmica. Esta metodología está basada en el reparto de la tasa de momento sísmico registrada en una región entre las fuentes potencialmente activas subyacentes (fallas activas modelizadas de forma independiente y una zonificación sismogenética), haciendo especial hincapié en regiones de sismicidad moderada y fallas de lento movimiento. Se desarrolla una aplicación de la metodología en el sureste de España, incorporando al cálculo 106 fuentes sísmicas independientes: 95 de tipo falla (catalogadas como fallas activas en la base de datos QAFI) y 11 zonas sismogenéticas de tipo área. Del mismo modo, se estima la peligrosidad sísmica con el método clásico zonificado y se comparan los resultados, analizando la influencia de la inclusión de las fallas de forma independiente en la estimación de la peligrosidad. Por último, se desarrolla una aplicación de la metodología propuesta en la estimación de la peligrosidad sísmica considerando un modelo temporal no poissoniano. La aplicación se centra en la falla de Carboneras, mostrando la repercusión que puede tener este cambio de modelo temporal en la estimación final de la peligrosidad. ABSTRACT A new methodology of seismic source characterization to be included in poissonian, probabilistic seismic hazard assessments, is developed in this work. Active faults are considered as independent seismogenic sources in combination with seismogenic area sources. This methodology is based in the distribution of the seismic moment rate recorded in a region between the potentially active underlying seismic sources that it contains (active faults modeled independently and an area-source seismic model), with special emphasis on regions with moderate seismicity and faults with slow deformation rates. An application of the methodology is carried out in the southeastern part of Spain, incorporating 106 independent seismic sources in the computations: 95 of fault type (catalogued as active faults in the Quaternary Active Fault Database, QAFI) and 11 of area-source type. At the same time, the seismic hazard is estimated following the classical area-source method. The results obtained using both methodologies (the classical one and the one proposed in this work9 are compared, analyzing the influence of the inclusion of faults as independent sources in hazard estimates. Finally, an application of the proposed methodology considering a non-poissonian time model is shown. This application is carried out in the Carboneras fault and shows the repercussion that this change of time model has in the final hazard estimates.

Study of the behaviour of CFRDs founded on active faults

Study of the behaviour of CFRD (concrete face rockfill dams) founded on active faults. It is generally accepted that embankment dams founded on active faults exhibit good behaviour during the rupture of a fault, whereas concrete gravity dams may be more seriously affected if significant differential movements occur at their foundations. However, experience with CFRDs subjected to fault displacements at their foundation is limited and therefore it is important to analyse the likely response of CFRDs in such a scenario.

Development and improvement of protection-system algorithms for ground-fault detection and location in synchronous machines

Uno de los defectos más frecuentes en los generadores síncronos son los defectos a tierra tanto en el devanado estatórico, como de excitación. Se produce un defecto cuando el aislamiento eléctrico entre las partes activas de cualquiera de estos devanados y tierra se reduce considerablemente o desaparece. La detección de los defectos a tierra en ambos devanados es un tema ampliamente estudiado a nivel industrial. Tras la detección y confirmación de la existencia del defecto, dicha falta debe ser localizada a lo largo del devanado para su reparación, para lo que habitualmente el rotor debe ser extraído del estator. Esta operación resulta especialmente compleja y cara. Además, el hecho de limitar la corriente de defecto en ambos devanados provoca que el defecto no sea localizable visualmente, pues apenas existe daño en el generador. Por ello, se deben aplicar técnicas muy laboriosas para localizar exactamente el defecto y poder así reparar el devanado. De cara a reducir el tiempo de reparación, y con ello el tiempo en que el generador esta fuera de servicio, cualquier información por parte del relé de protección acerca de la localización del defecto resultaría de gran utilidad. El principal objetivo de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo de nuevos algoritmos que permitan la estimación de la localización de los defectos a tierra tanto en el devanado rotórico como estatórico de máquinas síncronas. Respecto al devanado de excitación, se ha presentado un nuevo método de localización de defectos a tierra para generadores con excitación estática. Este método permite incluso distinguir si el defecto se ha producido en el devanado de excitación, o en cualquiera de los componentes del sistema de excitación, esto es, transformador de excitación, conductores de alimentación del rectificador controlado, etc. En caso de defecto a tierra en del devanado rotórico, este método proporciona una estimación de su localización. Sin embargo, para poder obtener la localización del defecto, se precisa conocer el valor de resistencia de defecto. Por ello, en este trabajo se presenta además un nuevo método para la estimación de este parámetro de forma precisa. Finalmente, se presenta un nuevo método de detección de defectos a tierra, basado en el criterio direccional, que complementa el método de localización, permitiendo tener en cuenta la influencia de las capacidades a tierra del sistema. Estas capacidades resultan determinantes a la hora de localizar el defecto de forma adecuada. En relación con el devanado estatórico, en esta tesis doctoral se presenta un nuevo algoritmo de localización de defectos a tierra para generadores que dispongan de la protección de faltas a tierra basada en la inyección de baja frecuencia. Se ha propuesto un método general, que tiene en cuenta todos los parámetros del sistema, así como una versión simplificada del método para generadores con capacidades a tierra muy reducida, que podría resultar de fácil implementación en relés de protección comercial. Los algoritmos y métodos presentados se han validado mediante ensayos experimentales en un generador de laboratorio de 5 kVA, así como en un generador comercial de 106 MVA con resultados satisfactorios y prometedores. ABSTRACT One of the most common faults in synchronous generators is the ground fault in both the stator winding and the excitation winding. In case of fault, the insulation level between the active part of any of these windings and ground lowers considerably, or even disappears. The detection of ground faults in both windings is a very researched topic. The fault current is typically limited intentionally to a reduced level. This allows to detect easily the ground faults, and therefore to avoid damage in the generator. After the detection and confirmation of the existence of a ground fault, it should be located along the winding in order to repair of the machine. Then, the rotor has to be extracted, which is a very complex and expensive operation. Moreover, the fact of limiting the fault current makes that the insulation failure is not visually detectable, because there is no visible damage in the generator. Therefore, some laborious techniques have to apply to locate accurately the fault. In order to reduce the repair time, and therefore the time that the generator is out of service, any information about the approximate location of the fault would be very useful. The main objective of this doctoral thesis has been the development of new algorithms and methods to estimate the location of ground faults in the stator and in the rotor winding of synchronous generators. Regarding the excitation winding, a new location method of ground faults in excitation winding of synchronous machines with static excitation has been presented. This method allows even to detect if the fault is at the excitation winding, or in any other component of the excitation system: controlled rectifier, excitation transformer, etc. In case of ground fault in the rotor winding, this method provides an estimation of the fault location. However, in order to calculate the location, the value of fault resistance is necessary. Therefore, a new fault-resistance estimation algorithm is presented in this text. Finally, a new fault detection algorithm based on directional criterion is described to complement the fault location method. This algorithm takes into account the influence of the capacitance-to-ground of the system, which has a remarkable impact in the accuracy of the fault location. Regarding the stator winding, a new fault-location algorithm has been presented for stator winding of synchronous generators. This algorithm is applicable to generators with ground-fault protection based in low-frequency injection. A general algorithm, which takes every parameter of the system into account, has been presented. Moreover, a simplified version of the algorithm has been proposed for generators with especially low value of capacitance to ground. This simplified algorithm might be easily implementable in protective relays. The proposed methods and algorithms have been tested in a 5 kVA laboratory generator, as well as in a 106 MVA synchronous generator with satisfactory and promising results.