MEDICION DE LA TENSION ANALOGICA DE UNA BOBINA Y DE LA CORRIENTE DE UNA BOBINA.
Un procedimiento para anticipar el fallo de un disyuntor de circuito en un sistema de energía,
que comprende (1) proporcionar un elemento de caracterización de la bobina; (2) medir la tensión analógica de la bobina y la corriente analógica de la bobina del disyuntor de circuito para determinar una línea de base característica de tiempo para la tensión a través de la bobina del disyuntor de circuito, y para la corriente que circula por la bobina del disyuntor de circuito; (3) medir la tensión analógica de la bobina y la corriente de bobina de la bobina del disyuntor de circuito a lo largo del tiempo para determinar una característica de tiempo en curso para la tensión a través de la bobina del disyuntor de circuito, y para la corriente que circula por la bobina del disyuntor de circuito; y (4) analizar cualesquiera cambios en dicha línea de base, en la citada característica de tiempo en curso, en el que el procedimiento comprende las etapas de que el citado elemento mida la corriente máxima de la bobina, la duración de la corriente de la bobina, y la tensión mínima en cada operación de la bobina, calcular los valores medios de estas mediciones en múltiples operaciones, permitir al usuario crear valores de línea de base de los valores promediados, y usar la citada corriente máxima de la bobina, duración y medidas de la tensión mínima para determinar si se ha producido una desviación durante la operación del disyuntor de circuito
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07123554.
Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1 RIVER ROAD,SCHENECTADY, NY 12345.
Inventor/es: FINNEY,DALE, JAFFER,ADIL, MAO,ZHIHONG, PREMERLANI,WILLIAM, ADAMIAK,MARK G.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 19 de Diciembre de 2007.
Fecha Concesión Europea: 12 de Mayo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01H71/12D
Clasificación PCT:
- H01F7/18 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS. › H01F 7/00 Imanes (imanes superconductores H01F 6/00). › Circuitos dispuestos para obtener las características de funcionamiento deseadas, p. ej. para un funcionamiento lento, para excitación sucesiva de arrollamientos, para excitación a gran velocidad de los arrollamientos.
- H01H71/12 H01 […] › H01H INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS DE PROTECCION DE EMERGENCIA (cables de contacto H01B 7/10; interruptores automáticos de tipo electrolítico H01G 9/18; circuitos de protección, de seguridad H02H; conmutación por medios electrónicos sin cierre de contactos H03K 17/00). › H01H 71/00 Detalles de los interruptores o relés de protección cubiertos por los grupos H01H 73/00 - H01H 83/00. › Mecanismos de disparo automático o sin disparo manual.
- H01H71/24 H01H 71/00 […] › Mecanismos electromagnéticos.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Medición de la tensión analógica de una bobina y de la corriente de una bobina.
La divulgación y la invención que se describen a continuación en la presente memoria descriptiva son una porción de un sistema completo en el que otras porciones se describen en otras solicitudes que se están presentando al mismo tiempo que la presente. Además de la presente, otras divulgaciones relacionadas del sistema completo son descritas en las solicitudes tituladas Aparatos, Procedimientos y Sistema para el Acceso Basado en Función en un Dispositivo Electrónico Inteligente (Expediente número 214.574), y Dispositivo Electrónico Inteligente con Pulsador Integrado para Uso en Subestaciones de Energía (Expediente número 214.109); cuyas divulgaciones se incorporan en su totalidad a la presente memoria descriptiva.
Los disyuntores de circuito son ampliamente utilizados para proteger líneas y equipos eléctricos. El disyuntor de circuito monitoriza la corriente que pasa a través de un conductor eléctrico y realiza el disparo para interrumpir la corriente si se cumplen ciertos criterios. Uno de estos criterios es la corriente máxima continua permitida en la circuitería protegida. La corriente máxima continua para la que está diseñado que transporte el disyuntor de circuito se conoce como valor nominal de marco. Sin embargo, el disyuntor se puede utilizar para proteger circuitos en los cuales la corriente máxima continua sea menor que el valor nominal de marco del disyuntor de circuito, en cuyo caso se configura el disyuntor de circuito para que se dispare si la corriente supera la corriente máxima continua establecida para la circuitería particular en la que se utiliza. Esto se conoce como valor nominal de corriente del disyuntor de circuito. Obviamente, el valor nominal de corriente del disyuntor puede ser inferior, pero no puede exceder el valor nominal de marco.
En los disyuntores de circuito convencionales, la salida de contacto de un relé de protección en el disyuntor está conectada a la bobina del disyuntor que a su vez se utiliza para disparar la línea de energía eléctrica para interrumpir la circulación de corriente a través del disyuntor a la carga. El disyuntor, que a menudo está sujeto a condiciones de funcionamiento difíciles, tales como vibraciones, golpes, alta tensión, y a un arco voltaico por carga inductiva, por lo tanto es un dispositivo crítico para la operación que proporciona la circulación de corriente a la carga última. Debido a las condiciones de funcionamiento difíciles a las que están sujetos los disyuntores, las relaciones de fallos superiores a la media son difíciles de mantener y se debe utilizar continuamente mano de obra para garantizar la disponibilidad del sistema de energía y de energía a la carga última. Un análisis de caracterización de la forma de onda de la corriente que pasa a través de la bobina de disparo de CC de un disyuntor se puede utilizar para detectar cambios en la estructura del mecanismo de disparo del disyuntor. Normalmente, la forma de onda de la corriente de la bobina de disparo es altamente repetible, y un cambio en la forma de onda a menudo es la señal inicial de que las características mecánicas del mecanismo de disparo o las características eléctricas de la bobina de disparo han cambiado.
Aunque hay dispositivos dedicados diseñados para medir la tensión y la corriente de la bobina del disyuntor de circuito, no hay relés de protección que midan la tensión y la corriente de la bobina del disyuntor de circuito y realicen un análisis de caracterización con el fin de detectar los cambios que indican un fallo en evolución. Cualquier trabajo anterior en el área de la protección de los circuitos de los cuales se es consciente, ha implicado el uso de la detección digital de corrientes y tensiones presentes en la salida de contacto y, en este caso, las mediciones digitales se utilizaron para proporcionar una realimentación del funcionamiento correcto de la entrada de contacto y no tuvo impacto en el diagnóstico de la situación de la bobina del disyuntor.
La monitorización de la condición del disyuntor de circuito en línea ofrece muchos beneficios potenciales, tales como, por ejemplo, la fiabilidad de servicio mejorada, mayor disponibilidad de equipos, vida más larga de los equipos, y por último, un costo de mantenimiento reducido. La monitorización en línea representa una oportunidad para mejorar el sistema de información utilizado para apoyar el mantenimiento. Los parámetros pueden ser monitorizados y analizados continuamente con la electrónica moderna para complementar las actividades del personal de mantenimiento.
El documento US-A-5 754 386 desvela un procedimiento para anticipar los fallos de un disyuntor de circuito que incluyen la medición de la tensión de la bobina y de la corriente de la bobina a lo largo del tiempo.
Los expertos en la técnica adquirirán una comprensión profunda y completa de la invención por la referencia a las figuras y a la descripción detallada que siguen, en las que:
la figura 1 muestra el esquema de cableado de caracterización de la bobina de acuerdo con una realización de la presente invención, y
la figura 2 muestra una forma de onda de la bobina de disparo típica de acuerdo con una realización de la presente invención.
En la descripción que sigue de las mejoras introducidas para medir la tensión analógica de la bobina y la corriente de la bobina para anticipar el fallo de un sistema de energía, se hace notar que la salida de contacto de un relé de protección se utiliza para disparar una bobina de un disyuntor de circuito. Esta bobina es un solenoide electromecánico que libera un mecanismo de energía almacenada que actúa para abrir o cerrar el disyuntor de circuito. Durante la energización de la bobina, la tensión en la bobina, la corriente que circula a través de la bobina, y la energía correspondiente que se disipa tendrán una característica de tiempo particular. Mediante el análisis de los cambios en estas características, se ha encontrado que es posible detectar varios modos de fallo incipiente del disyuntor de circuito, e indicar al usuario que se requiere el mantenimiento preventivo.
Por medio del uso de convertidores de CC-CC de transformación aislados y el aislamiento óptico analógico del sistema completo, estas mejoras son las primeras en incorporar esta funcionalidad directamente dentro de la salida de contacto, implementando medidas analógicas aisladas de tensión y de corriente a través de la salida de contacto que energiza la bobina del disyuntor.
La forma general de la forma de onda es la de una exponencial simple con una constante de tiempo igual al cociente entre la inductancia de la bobina y la resistencia de la bobina. La pendiente inicial de la forma de onda depende del cociente entre la tensión aplicada y la inductancia inicial de la bobina. El valor final de la corriente depende del cociente entre la tensión aplicada y la resistencia de la bobina. Debido a que la bobina de disparo contiene un inducido móvil, la inductancia de la bobina cambia con el tiempo y la forma de onda de la bobina de disparo no es exactamente una exponencial. La cantidad y el momento de la desviación desde una exponencial simple dependen en gran medida de los detalles del movimiento del inducido.
Como se ha indicado anteriormente, un análisis de caracterización de la forma de onda de la energía disipada en la bobina de accionamiento de un disyuntor de circuito (es decir, la corriente de CC que circula a través de la bobina de disparo) se puede utilizar para detectar cambios en la estructura del mecanismo de dispara del disyuntor. Normalmente, la forma de onda de la corriente de energía de la bobina de disparo es altamente repetible, y a menudo, un cambio en la forma de onda es la señal inicial de que las características mecánicas del mecanismo de disparo o las características eléctricas de la bobina de disparo han cambiado. De esta manera, el elemento de caracterización de la bobina genera una alarma si los resultados del análisis de la caracterización resultan en una desviación significativa en una operación de la bobina en particular. También es posible realizar análisis de caracterización de las corrientes de CA de la bobina de disparo, pero el análisis se complica debido a la aleatoriedad en el momento de la energización de la bobina en relación con el ángulo de fase de la tensión aplicada. Afortunadamente, la mayor parte de los disyuntores de circuito para aplicaciones de utilidades usan bobinas de disparo de CC, debido a que se utilizan baterías para suministrar energía de control a una subestación.
Reivindicaciones:
1. Un procedimiento para anticipar el fallo de un disyuntor de circuito en un sistema de energía, que comprende (1) proporcionar un elemento de caracterización de la bobina; (2) medir la tensión analógica de la bobina y la corriente analógica de la bobina del disyuntor de circuito para determinar una línea de base característica de tiempo para la tensión a través de la bobina del disyuntor de circuito, y para la corriente que circula por la bobina del disyuntor de circuito; (3) medir la tensión analógica de la bobina y la corriente de bobina de la bobina del disyuntor de circuito a lo largo del tiempo para determinar una característica de tiempo en curso para la tensión a través de la bobina del disyuntor de circuito, y para la corriente que circula por la bobina del disyuntor de circuito; y (4) analizar cualesquiera cambios en dicha línea de base, en la citada característica de tiempo en curso, en el que el procedimiento comprende las etapas de que el citado elemento mida la corriente máxima de la bobina, la duración de la corriente de la bobina, y la tensión mínima en cada operación de la bobina, calcular los valores medios de estas mediciones en múltiples operaciones, permitir al usuario crear valores de línea de base de los valores promediados, y usar la citada corriente máxima de la bobina, duración y medidas de la tensión mínima para determinar si se ha producido una desviación durante la operación del disyuntor de circuito.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además, establecer inicialmente una forma de onda media para el citado disyuntor de circuito mediante el establecimiento de tensión, corriente y mediciones de potencia utilizando las ecuaciones matemáticas:
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el citado tiempo de inicio es el momento en que la corriente que circula a través de la bobina se hace mayor de 0,25 amperios, y el tiempo final es el momento en que la corriente pasa a ser inferior a 0,25 amperios.
4. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además calcular la caracterización de la corriente sumando las citadas formas de onda y dividiendo por el número de formas de onda para obtener la media matemática, es decir, por la ecuación:
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, obtener el cuadrado de la variabilidad de las formas de onda por medio de las ecuaciones:
6. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además obtener la incertidumbre neta al cuadrado, integrada en el intervalo de tiempo de las formas de onda por medio de la ecuación:
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además calcular la desviación de la forma de onda con respecto a la caracterización, cada vez que el disyuntor se dispara, es decir, calcular la desviación al cuadrado, integrada en el intervalo de tiempo de la forma de onda:
8. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, iniciar una alarma de caracterización si:
Establecimiento de Intervalo de Confianza M
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