PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE MONITORIZACIÓN DE DESCARGAS PARCIALES.

Procedimiento y dispositivo de monitorización de descargas parciales.

El procedimiento de monitorización de descargas parciales en elementos de distribución (4) en tensión, bien online bien offline, de una red de distribución de energía eléctrica de alta tensión (2) provista de elementos de distribución (4), se realiza mediante al menos un equipo de medida (13, 14) y al menos un dispositivo de generación e inyección de impulsos de carga determinada (1), de forma que en un primer paso se realiza un seguimiento de la tensión de la red de distribución (2) y en un segundo paso, mediante la generación e inyección de un impulso de carga determinada y sincronizada con la tensión de la red (2), se cuantifican las medidas de descargas parciales a través del equipo de medida (13, 14) independientemente de la configuración o topología de la red de distribución (2). A su vez se pueden sincronizar varios equipos de medida (13, 14). Mediante este procedimiento de monitorización se permite realizar de forma remota tanto la monitorización de la red de distribución (2) como la gestión de sus instalaciones (3, 3', 3'').

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento y dispositivo para la monitorización de descargas parciales en elementos de distribución en tensión, bien online bien offline, de una red de distribución de energía eléctrica de alta tensión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Una descarga parcial es un fenómeno de ruptura dieléctrica que está confinado y localizado en la región de un medio aislante, entre dos conductores que se encuentran a diferente potencial. Los fenómenos de descargas parciales son en la mayoría de los casos debido a defectos de aislamiento en los elementos de distribución que forman parte de la red de distribución de energía eléctrica, pudiendo consistir dichos elementos de distribución por ejemplo en cables,

transformadores, interruptores, conexiones eléctricas, etc.

Las descargas parciales se pueden caracterizar en tres tipos dependiendo de las propiedades del medio existente entre las piezas conductoras. Pueden ser externas, también denominadas como corona, que ocurren normalmente por el proceso de ionización del aire contenido entre las piezas conductoras, que cuando el fenómeno comienza a ser visible se llama efecto corona. También pueden ser superficiales, producidas en la superficie de contacto de dos materiales aislantes diferentes o pueden ser internas, producidas en cavidades internas de un material dieléctrico sólido.

Las descargas parciales tienen efectos perjudiciales sobre el medio en que se producen. En medio sólido o líquido producen una degradación lenta pero continuada, que termina por la ruptura dieléctrica del medio aislante. En un medio gaseoso, como por ejemplo el aire, las descargas parciales producen el conocido efecto corona, que comprende consecuencias apreciables directamente mediante la vista, oído u olfato. Sin embargo existen otras consecuencias que no son detectables a simple vista, como pueden ser la generación de calor, pérdidas de potencia, erosión mecánica de las superficies que son bombardeadas iónicamente, interferencias con las ondas de radio, etc.

Si se producen y pasan desapercibidas pueden tener consecuencias muy graves. Si el problema queda sin resolver, el deterioro se producirá hasta que el elemento de distribución se destruya totalmente. La sustitución o reparación del elemento de distribución dañado puede ser muy costosa y puede suponer un corte de suministro en la red de distribución durante un largo periodo de tiempo, así como pérdidas económicas importantes para las compañías eléctricas. La clave para prevenir cualquier problema posible es la detección y medida de las descargas parciales. La medida de descargas parciales y el análisis puede ayudar a evitar riesgos y realizar un mantenimiento adecuado de las instalaciones. En definitiva, la realización de un control riguroso puede ahorrar una gran cantidad de tiempo y dinero.

De acuerdo con la norma IEC 60270, un impulso de descarga parcial se define como un impulso de corriente o tensión que es el resultado de una descarga parcial en el objeto de análisis. En consecuencia, existen sistemas de monitorización con diferentes métodos de medida que han sido desarrollados para medir este fenómeno. En general, la medida de descargas parciales puede ser realizada bien mediante métodos de medida online (manteniendo en servicio el elemento de distribución o parte de la red de distribución en la que se va a realizar la medida) o bien offline (dejando fuera de servicio el elemento de distribución o parte de la red de distribución en la que se va a realizar la medida) . En este último caso el elemento de distribución o parte de la red de distribución a analizar debe ser puesto fuera de servicio (sin tensión de red) y energizado para su análisis mediante una fuente de tensión externa. Además, como el elemento de distribución debe quedar fuera de servicio durante el tiempo de análisis, la preparación del elemento de distribución es la principal desventaja que comprende este método de medida. El proceso es caro y en muchas ocasiones complejo, especialmente en instalaciones de producción, ya que en la mayoría de los casos el sistema de reserva no está fácilmente disponible. Asimismo, en algunos casos como por ejemplo en los cables, el empleo de un método de medida de descargas parciales offline supone que el análisis solo puede ser realizado sobre una longitud de cable limitada.

Por el contrario, en un método de medida online el elemento de distribución objeto de análisis puede permanecer en servicio y ser ensayado bajo la tensión de servicio con los esfuerzos mecánicos y térmicos normales. Por tanto, no es necesaria ninguna fuente de tensión externa, y además, como el elemento de distribución permanece bajo la tensión de servicio es posible realizar una medida continua de descargas parciales. Las medidas de descargas parciales offline son realizadas con tensiones 2-3 veces superiores a la tensión de servicio, lo cual aumenta el riesgo de provocar este fenómeno indeseado en elementos de distribución que en condiciones de servicio normales hubieran continuado operativos durante un largo periodo. A diferencia, mediante un análisis online los elementos de distribución no son expuestos a estos tipos de riesgos adicionales.

Mediante la monitorización de descargas parciales, además de la medida de descargas parciales, se pueden llevar a cabo otras funciones que permiten realizar una evaluación de forma continua del estado del aislamiento y prevenir faltas en los elementos de distribución, como por ejemplo en los cables, así como evitar pérdidas económicas para las compañías eléctricas, cortes de servicio que suponen largos periodos de tiempo de espera para los consumidores hasta el restablecimiento de la red, etc. En este sentido, existen soluciones en los que se discrimina las señales de descargas parciales respecto del ruido eléctrico (debido a interferencias electromagnéticas, interferencias de radio, comunicaciones, equipos de electrónica de potencia, arcos transitorios entre partes conductoras adyacentes, efectos corona, armónicos de la red, etc.) , se localiza la posición de las descargas parciales, se determina la magnitud de las mismas, se identifica el tipo de descarga parcial del que se trata, se diagnostica la gravedad de las diferentes fuentes de descargas parciales, etc. Para la puesta en práctica de dichas funciones se emplean sistemas físicos que comprenden sensores de captación de señales a medir, dispositivos de registro de las señales de descargas parciales, medios de transmisión de las señales, dispositivos de almacenamiento de la información, herramientas numéricas para el tratamiento de los resultados, elementos de protección necesarios, etc.

Los sistemas de monitorización existentes hasta el momento comprenden ciertas limitaciones en cuanto a la ejecución de algunas de sus funciones, como por ejemplo en la cuantificación de la magnitud de las descargas parciales a través de equipos de medida. En la actualidad, es conocida la utilización de un dispositivo o calibrador que genera e inyecta en la red de distribución un impulso tipo descarga parcial de magnitud conocida. Esto permite calibrar los equipos de medida de las descargas parciales, así como cuantificar las descargas parciales que puedan existir en la red de distribución, comparando la magnitud conocida de dicho impulso con la señal medida en la red. Se entiende por calibración como el conjunto de operaciones que establecen, en unas condiciones específicas, la relación (factor de escala) que existe entre los valores indicados por un equipo de medida y los correspondientes valores conocidos de una magnitud de medida.

Por tanto, para realizar mediciones fiables de descargas parciales se utilizan dispositivos o calibradores, que se acoplan directamente con el elemento de distribución objeto de ensayo, y que generan e inyectan continuamente impulsos de carga conocidos durante el proceso de calibración, de manera que el equipo de medida de descargas parciales detecta dichos impulsos. En este proceso es importante determinar el factor de escala del circuito para cada uno de los equipos de medida según la configuración en la que se encuentra la red de distribución, ya que tanto los impulsos generados e inyectados por el calibrador como los impulsos de descargas parciales existentes pueden ser atenuados en función de la capacidad del elemento de distribución de ensayo, de la capacidad del condensador de acoplamiento, de la frecuencia, de la topología de la red de distribución, etc. El factor de escala compensa esta atenuación y debe ser determinado cada vez que exista alguna modificación en la red, como por ejemplo en el caso de un cambio de topología o configuración de la red de distribución...

1. Procedimiento de monitorización de descargas parciales en elementos de distribución (4) en tensión de una red de distribución de energía eléctrica de alta tensión (2) provista de elementos de distribución (4) , caracterizado porque comprende los siguientes pasos: situar al menos un equipo de medida (13, 14) y al menos un dispositivo de generación e inyección de impulsos de carga determinada (1) en la red, donde en un primer paso el dispositivo de generación e inyección (1) realiza un seguimiento de la tensión de la red de distribución (2) determinando la referencia respecto a la que se inyecta el impulso de carga determinada y donde en un segundo paso, mediante la generación e inyección de un impulso de carga determinada y sincronizada con la tensión de la red

(2) se cuantifican las medidas de las descargas parciales a través del equipo de medida (13, 14) independientemente de la configuración de la red de distribución (2) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1 donde la red está provista de distintas instalaciones (3, 3’, 3’’) y al menos un equipo de medida (13, 14) y un dispositivo de generación e inyección (1) están situados en instalaciones independientes.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque cuando se utiliza más de un equipo de medida (13, 14) , los mismos se sincronizan utilizando el mismo impulso de carga determinada generada e inyectada por el dispositivo (1) .

4. Procedimiento de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un paso de calibración del equipo o equipos de medida (13, 14)

mediante la determinación del factor de escala del circuito según la configuración en la que se encuentra la red de distribución (2) .

5. Procedimiento de monitorización según la reivindicación 4, caracterizado porque la determinación del factor de escala se lleva a cabo mediante la inyección de al menos un impulso de carga determinada en un determinado ángulo de fase de la onda de tensión de la red de distribución (2) , a diferentes intervalos de tiempo, a través del dispositivo (1) .

6. Procedimiento de monitorización según la reivindicación 4, caracterizado porque la determinación del factor de escala permite cuantificar la magnitud de al menos una descarga parcial a través de al menos uno de los equipos de medida (13, 14) .

7. Procedimiento de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de los equipos de medida (13, 14) determina la distancia entre el punto donde se produce la descarga parcial y el punto donde se realiza la medida.

8. Procedimiento de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las señales captadas por al menos un equipo de medida (13, 14) son tratadas física y matemáticamente para discernir las descargas parciales provenientes de defectos de aislamiento de la red

(2) frente a otras fuentes de descarga parcial, y almacenadas en una base de datos.

9. Procedimiento de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones 2-8 , caracterizado porque la monitorización se realiza de forma remota mediante un Centro de Control Remoto (16) conectado a medios de comunicación (15) situados en al menos una de las instalaciones (3, 3’, 3’’) , permitiendo

realizar de forma remota la monitorización de la red de distribución (2) .

10. Procedimiento de monitorización según la reivindicación 9, caracterizado porque a través del Centro de Control Remoto

(16) se realiza también la gestión de la instalación o instalaciones (3, 3’, 3’’) .

11. Procedimiento de monitorización según la reivindicación 10, caracterizado porque en el Centro de Control (16) o en al menos una instalación (3’, 3’’) se identifican las descargas parciales.

12. Procedimiento de monitorización según las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque en el Centro de Control (16) se lleva a cabo la localización de descargas parciales.

13. Procedimiento de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado porque en el Centro de Control (16) se lleva a cabo la toma de decisiones.

14. Dispositivo de generación e inyección de impulsos de carga determinada (1) para llevar a cabo el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) comprende un acoplo

(5) con al menos una entrada/salida (6, 7) .

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende un circuito de sincronización (10) para realizar un seguimiento de la tensión de la red de distribución (2) determinando la referencia respecto a la que se inyecta el impulso.

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14

o 15, caracterizado porque comprende un circuito de inyección

(11) que comprende un generador de ondas (12) que permite

generar el impulso de carga determinada para su posterior inyección en la red de distribución (2) .

17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14-16, caracterizado porque el acoplo (5) es capacitivo.

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14-17, caracterizado porque comprende una pieza de acoplamiento (8) adaptada para conectar el dispositivo (1) a la parte activa de la red (2) .