ANTENA PARA DETECTAR DESCARGAS PARCIALES EN UNA CUBA DE APARATAJE ELECTRICO.

Sensor (15) para detectar descargas parciales en una cuba (1) de un aparataje eléctrico llena con un fluido dieléctrico,

que comprende una antena (16-18) sensible a las ondas electromagnéticas generadas por descargas parciales, caracterizado porque esta antena está formada por dos electrodos (16, 18) separados por un resonador (17) dieléctrico

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2004/050081.

Solicitante: AREVA T&D SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: TOUR AREVA 1, PLACE JEAN MILLIER,92084 PARIS LA DEFENSE CEDEX.

Inventor/es: RAJA,KUPPUSWAMY.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 26 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R31/12F5B
  • G01R31/16 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Construcción de recipientes de ensayo; Electrodos para tales recipientes.

Clasificación PCT:

  • G01R31/12 G01R 31/00 […] › Ensayo de la rigidez dieléctrica o de la tensión de ruptura.
  • G01R31/16 G01R 31/00 […] › Construcción de recipientes de ensayo; Electrodos para tales recipientes.

Clasificación antigua:

  • G01R31/12 G01R 31/00 […] › Ensayo de la rigidez dieléctrica o de la tensión de ruptura.
  • G01R31/16 G01R 31/00 […] › Construcción de recipientes de ensayo; Electrodos para tales recipientes.

Fragmento de la descripción:

Antena para detectar descarga parciales en una cuba de aparataje eléctrico.

La invención se refiere a un sensor para detectar descargas parciales en una cuba de aparataje eléctrico llena de un fluido dieléctrico, que comprende una antena sensible a las ondas electromagnéticas generadas por descargas parciales.

Estas ondas se expanden en frecuencia desde la gama de altas frecuencias (HF) hasta la gama de frecuencias ultra altas (UHF), pudiendo alcanzar las frecuencias más elevadas aproximadamente 2 GHz si el fluido dieléctrico es un gas y aproximadamente 1,5 GHz si este fluido es un líquido.

Desde hace varios años, la detección de impulsos de descargas eléctricas parciales mediante la realización de mediciones en la gama de frecuencias HF y VHF se lleva a cabo normalmente por aparatajes eléctricos instalados en una envoltura llena de un fluido dieléctrico líquido o gaseoso, pero presenta inconvenientes. En efecto, descargas corona que tienen lugar en el entorno del aparataje generan ondas electromagnéticas de fuerte intensidad en las mismas gamas de frecuencias HF y VHF hasta casi 200 MHz, lo que perturba significativamente las mediciones.

Asimismo, para mejorar la calidad de las mediciones, es necesario realizarlas en la gama de las frecuencias UHF para franquear las perturbaciones producidas por las descargas corona. La patente US 5804972 describe un dispositivo de detección de impulsos de descargas eléctricas parciales en aparataje eléctrico blindado aislado al gas, gracias a una antena UHF instalada en el aparataje y donde un electrodo está montado a nivel de la envoltura del aparataje. La función de transferencia de tal antena es relativamente alta y plana en una banda amplia de frecuencias UHF que se extienden normalmente de 300 MHz a 1,8 GHz.

No está previsto en este dispositivo poder retirar la antena de su alojamiento sin dejar provisionalmente el aparataje fuera de servicio, porque el desmontaje de la antena implica una pérdida de estanqueidad entre el gas del interior de la envoltura y el aire exterior.

La posibilidad de poder retirar de su alojamiento tal antena para la detección de impulsos de descargas parciales existe sin embargo en el campo de aparatajes eléctricos tales como transformadores colocados en una cuba llena de un líquido dieléctrico tal como aceite.

En el documento de patente US 6323655 se describe un sensor de descarga parcial que puede estar introducido en una válvula de vaciado hasta una abertura de la cuba. Tal sensor comprende una antena por ejemplo en forma de espiral, y puede instalarse y retirarse sin dejar el transformador fuera de uso. Comprende además un manguito destinado a acoplarse a la válvula de vaciado, estando montada la antena sobre un soporte que puede deslizarse en este manguito y en la válvula de vaciado. Así, el sensor puede utilizarse sucesivamente en varias válvulas idénticas en distintos puntos de la cuba de un aparataje eléctrico aislado en el aceite, sin interrumpir el aprovechamiento del aparataje.

Esta antena tiene un tamaño inferior al diámetro de la válvula de vaciado para permitirle pasar en el calibre de esta válvula. Hay que destacar que la función de transferencia de la antena es inversamente proporcional a la frecuencia y varía en el mismo sentido que el diámetro de la válvula. Ahora bien, las válvulas normalmente utilizadas en los transformadores en una cuba con aislamiento al aceite poseen válvulas de diámetros relativamente pequeños, normalmente inferiores a 50 mm. Así, el sensor podrá tener una función de transferencia que permanece satisfactoria en la gama de frecuencias HF y VHF pero que se degrada para las frecuencias UHF. Esta degradación se traduce en valores demasiado bajos para suministrar una señal de antena realmente aprovechable, y se traduce también en una multitud de picos de resonancia que impiden aprovechar correctamente cualquier señal de antena.

Si el sensor está equipado con una antena en espiral, su adaptación a las frecuencias ultra altas necesitaría tener una espiral cuyo diámetro fuera superior a los diámetros de las válvulas de vaciado normalmente instaladas, de manera que ya no sería posible hacer pasar el sensor por la válvula.

El documento US-A-2002024341 describe un sensor para detectar descargas en un aparato de aislamiento eléctrico en medio de una antena colocada en el exterior de este aparato.

El objetivo de la invención es solucionar estos inconvenientes proponiendo un sensor de dimensiones relativamente pequeñas y que presenta una función de transferencia satisfactoria en el campo de las frecuencias ultra altas, para poder efectuar mediciones precisas de descargas parciales colocando el sensor en cualquier abertura disponible de la cuba del aparataje eléctrico, como por ejemplo en una válvula de vaciado de una cuba de un transformador aislado en aceite.

A tal fin, la invención tiene por objeto un sensor para detectar descargas parciales en una cuba de un aparataje eléctrico llena de un fluido dieléctrico, que comprende una antena sensible a las ondas electromagnéticas generadas por descargas parciales, caracterizado porque esta antena está formada por dos electrodos separados por un resonador dieléctrico. Así, es posible efectuar mediciones precisas de descargas parciales a la vez que se tiene un sensor adaptado para poder ser introducido concretamente en una válvula de vaciado.

Según un modo de realización preferido, el primer electrodo tiene una forma de disco, el segundo electrodo tiene una forma de tronco de cono con extremos planos, el resonador dieléctrico tiene una forma cilíndrica, el primer electrodo, el resonador y el segundo electrodo están separados a lo largo de un eje de simetría y están sumergidos en un barrote cilíndrico de material dieléctrico. Se ha constatado que la realización de un segundo electrodo troncocónico mejora la sensibilidad de la antena en el campo de las frecuencias situadas entre 0,5 y 1GHz, y que las dimensiones del resonador tienen una influencia preponderante en la sensibilidad a frecuencias situadas entre 0,2 y 0,5 GHz. De manera análoga, distintos ensayos y simulaciones han demostrado que la elección de un material que tiene una permisividad dieléctrica relativa comprendida entre 1 y 3 para el resonador, y de un material para sumergir la antena que tiene una permisividad dieléctrica relativa comprendida entre 3 y 5, da lugar a rendimientos óptimos.

Ventajosamente, el sensor según la invención puede realizarse con un primer electrodo de cobre, un segundo electrodo de aluminio y un resonador de politetrafluoroetileno, estando todo ello sumergido en un barrote de resina epoxi, lo que permite fabricarlo por un coste muy bajo.

La invención se describirá ahora con más detalle, y con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran una forma de realización a título de ejemplo no limitativo.

La figura 1 es una vista en corte de una válvula de vaciado durante la inserción del sensor según la invención;

la figura 2 es una vista en corte de una válvula de vaciado cuando el sensor según la invención está en posición en ella;

la figura 3 es una vista en corte del sensor según la invención solo;

la figura 4 es una representación gráfica de la función de transferencia del sensor según la invención;

la figura 5 es una representación gráfica de la función de transferencia de un sensor de la técnica anterior.

Las figuras 1 y 2 muestran una cuba 1 de transformador que contiene aceite no representado, comprendiendo esta cuba 1 un canal 2 soldado a su pared externa, soportando este canal una brida 3 a la que está fijada una válvula 4 de vaciado. Esta válvula 4 comprende dos bridas 5 y 6 soldadas a cada uno de sus extremos, estando unida la brida 5 de forma estanca a la brida 3 del canal 2, que está fijado por pernos periféricos. La válvula 4 comprende en este ejemplo un obturador 7 de bolas que está representado por líneas de puntos. Tal válvula de vaciado está generalmente prevista en la parte baja de las cubas de transformadores con baño de aceite para permitir retirar el aceite cuando ésta debe cambiarse, o bien cuando el transformador debe someterse a una prueba. Un manguito 8 de forma globalmente cilíndrico está situado en la prolongación de la válvula 4 e incluye una brida 9 en uno de sus extremos. Esta brida está unida a la brida 6 de la válvula 4 por varios pernos periféricos que atraviesan cada uno de las bridas 6 y 9.

El conjunto constituido por el canal 2, la válvula 4 y el manguito 8 define...

 


Reivindicaciones:

1. Sensor (15) para detectar descargas parciales en una cuba (1) de un aparataje eléctrico llena con un fluido dieléctrico, que comprende una antena (16-18) sensible a las ondas electromagnéticas generadas por descargas parciales, caracterizado porque esta antena está formada por dos electrodos (16, 18) separados por un resonador (17) dieléctrico.

2. Sensor (15) según la reivindicación 1, en el que el primer electrodo (16) tiene una forma de disco, en el que el segundo electrodo (18) tiene una forma de tronco de cono con extremos planos, en el que el resonador (17) dieléctrico tiene una forma cilíndrica, estando separados el primer electrodo (16), el resonador (17) y el segundo electrodo (18) a lo largo de un eje de simetría (AX) y estando sumergidos en un barrote cilíndrico de material dieléctrico.

3. Sensor (15) según la reivindicación 2, que tiene un cable (19) coaxial, que tiene un conductor interno conectado al primer electrodo (16) y una vaina exterior conductora conectada al segundo electrodo (18).

4. Sensor (15) según la reivindicación 2 o 3, en el que el primer electrodo (16) y el segundo electrodo (18) están separados a lo largo del eje (AX) por una distancia (d) comprendida entre 10 y 60 milímetros.

5. Sensor (15) según la reivindicación 2 o 4, en el que los extremos del segundo electrodo (18) tienen respectivamente un diámetro menor (d1) y un diámetro mayor (d2) cuya relación está comprendida entre 2,5 y 4,5 y que están separados por una longitud (l) comprendida entre 30 y 100 mm.

6. Sensor (15) según una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el resonador (17) de forma cilíndrica tiene un diámetro comprendido entre el diámetro menor (d1) y el diámetro mayor (d2) de los extremos del electrodo cónico.

7. Sensor (15) según una de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el resonador (17) está realizado en un material que tiene una permisividad dieléctrica relativa comprendida entre 1 y 3.

8. Sensor (15) según una de las reivindicaciones 2 a 7, en el que el barrote cilíndrico está realizado en un material que tiene una permisividad dieléctrica relativa comprendida entre 3 y 5.

9. Sensor (15) según una de las reivindicaciones 2 a 8, en el que el primer electrodo (16) es de cobre, el segundo electrodo (18) es de aluminio, el resonador (17) es de politetrafluoroetileno, y en el que todo está sumergido en un barrote de resina epoxi.


 

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