Un método para diagnóstico de condiciones de un dispositivo inductor de energía (1) que tiene arrollamientos de potencia (2) inmersos en un fluido (3) que se enfría por un medio de enfriamiento (4),

que comprende las etapas de: determinar un contenido de calor real (Q real ) de dicho fluido (3), obtener un contenido de calor previo (Q previo ) de dicho fluido (3); y calcular un flujo de calor esperado en dicho fluido (Q esperado calor caracterizado por las etapas de: calcular un flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q esperado enfriamiento ); y realizar acciones de diagnóstico basándose en una comparación entre dicho contenido de calor real (Q real ), dicho contenido de calor previo (Q previo ), dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q esperado calor ) y dicho flujo de salida del calor esperado de dicho fluido (Q esperado enfriamiento )

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere de forma general a dispositivos eléctricos inductivos, tales como, transformadores y reactores de energía, y en particular a un método y un aparato para diagnosticar las 5 condiciones de dispositivos eléctricos inductivos.

ANTECEDENTES

Un dispositivo eléctrico inductivo, tal como, un transformador de potencia, usado por servicios públicos, tiene típicamente sus arrollamientos de potencia sumergidos en un refrigerante fluido, normalmente aceite, dentro de un tanque de transformador. Durante el funcionamiento, los arrollamientos 10 y un núcleo, alrededor del que se devanan los arrollamientos, se calientan y calientan de esta manera el fluido circundante. En general, el fluido se enfría a su vez mediante una serie de dispositivos de enfriamiento proporcionados fuera de, pero en conexión con, el transformador. Los dispositivos de enfriamiento están provistos típicamente de diferentes ventiladores para enfriar un flujo de aceite del transformador. Tras el calentamiento, el fluido se eleva hacia arriba hasta la parte superior del tanque que 15 contiene el fluido. Las fracciones calentadas del fluido, extraídas de la parte superior del tanque de enfrían después mediante los dispositivos de enfriamiento y regresan a la parte inferior del tanque de transformador. En consecuencia, se consigue un enfriamiento del fluido e indirectamente por lo tanto de los arrollamientos de potencia y del núcleo.

Una supervisión de la condición de un dispositivo eléctrico inductivo es beneficiosa para un 20 funcionamiento fiable y eficiente. En particular, para un transformador las temperaturas de los arrollamientos y del fluido de enfriamiento necesitan seguirse de forma precisa. Pueden suceder accidentes serios, que lleven posiblemente a la destrucción de todo o parte del transformador o una reducción de su vida útil, si la temperatura de los arrollamientos y/o del fluido aumenta por encima de ciertos límites. Por lo tanto, el control de la temperatura del fluido y/o de los arrollamientos es una medida 25 de seguridad común cuando se operan transformadores de energía.

Existen varios métodos para obtener la temperatura de los arrollamientos y/o del fluido en la técnica anterior, que se basan bien sea en simulaciones, cálculos o medidas directas. En su forma más simple, una simulación de la temperatura de arrollamiento se realiza influenciando una lectura de termómetro en una cantidad proporcional a la corriente del arrollamiento. Un serpentín del calentador, o 30 medios similares, se disponen normalmente en conexión con un termómetro en el fluido. El serpentín del calentador se controla a su vez mediante un transformador de corriente, que le proporciona al serpentín del calentador una corriente proporcional a la corriente del arrollamiento.

En la solicitud de patente internacional WO 99/60682 se describe un método para determinar temperaturas, entre otras temperaturas medias y locales, de un transformador enfriado con aceite. En 35 esta solicitud, las temperaturas locales se obtienen sin ninguna medición directa de temperatura. En cambio, se miden la tensión en el terminal del transformador, la corriente del arrollamiento y la temperatura ambiente, y se determinan el estado de los ventiladores y bombas y la posición de un conmutador paso a paso. Estas variables se suministran después en un modelo termo hidráulico, por medio del cual se calculan temperaturas en base a las pérdidas del transformador, los parámetros de 40 convección de transferencia de calor, la resistencia al flujo y el flujo de aceite. Estas temperaturas calculadas pueden después usarse para controlar y operar el transformador de potencia, para evitar el sobrecalentamiento.

En las dos patentes US 4.745.571 y US. 4.775.245, se describen métodos y sistemas para simular y controlar la temperatura de un transformador de potencia enfriado por fluidos. Los métodos 45 computan electrónicamente la temperatura del arrollamiento del transformador en base a la temperatura superior medida del fluido y una temperatura adicional en aumento que resulta de las corrientes de carga del transformador. Estas dos temperaturas se suman después y se usan para controlar los indicadores, los ventiladores de enfriamiento y relees del circuito. En consecuencia, se controla la temperatura para controlar el funcionamiento del transformador, en el sentido de que no deberían ocurrir daños por 50 temperaturas.

Las descripciones descritas anteriormente se refieren todas a la protección contra el daño grave de un dispositivo eléctrico inductivo. Una temperatura demasiado alta de acuerdo con estas descripciones conllevará acciones de reducción de carga y/o esfuerzos de enfriamiento aumentados. Sin embargo, un dispositivo eléctrico inductivo que no funcione de forma correcta puede no necesariamente conllevar a un 55 calentamiento peligroso en todos los casos. Un dispositivo eléctrico inductivo que funcione de forma defectuosa puede, por ejemplo, funcionar a una baja fracción de su capacidad nominal y después a pesar

de sus defectos operará a una temperatura predeterminada. No se detecta ninguna indicación del defecto hasta que se aumenta la potencia. En una ocasión de este tipo, a menudo es muy inconveniente poner el dispositivo eléctrico inductivo fuera de funcionamiento para repararlo, puesto que coincide típicamente con una demanda de potencia aumentada.

Por lo tanto sería ventajoso si alguien, como un complemento a los dispositivos de protección 5 contra sobre temperaturas convencionales, pudiera conseguir un aparato para proporcionar información acerca de la condición de funcionamiento real, en relación con los problemas de calor del dispositivo eléctrico inductivo en cualquier instante, es decir, un aparato de diagnóstico de condiciones.

SUMARIO

Un objeto de la presente invención es proporcionar el diagnóstico de condiciones de dispositivos 10 eléctricos inductivos, proporcionando una imagen más completa de las condiciones de funcionamiento del dispositivo eléctrico inductivo en cualquier estado de funcionamiento.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método de diagnóstico, que detecte con precisión factores de operaciones defectuosas y/o externos en los equipos que afecten el funcionamiento incluso en situaciones en las que el dispositivo eléctrico inductivo opera con una baja carga de potencia. 15

Otro objeto de la invención es proporcionar una detección de fallos precoz antes de que ocurran daños severos.

Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar aparatos y métodos que puedan usarse en combinación con sistemas de control y de simulación, proporcionando de esta manera un control o simulación más correcta y precisa, respectivamente, del funcionamiento del dispositivo eléctrico 20 inductivo.

Los objetos anteriores se consiguen mediante aparatos y métodos de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas. En términos generales las condiciones de funcionamiento de un dispositivo eléctrico inductivo que tiene arrollamientos de potencia sumergidos en un fluido, que se enfrían mediante dispositivos de enfriamiento, se diagnostican obteniendo y evaluando los flujos de calor esperados dentro 25 y fuera del fluido del dispositivo eléctrico inductivo, junto con un contenido de calor real y previo del fluido. Se usan diferentes cantidades para representar los flujos de calor.

El contenido de calor real del fluido se determina, en un modelo de cálculo preferido, a partir de las mediciones de temperatura en diferentes posiciones del fluido. El contenido de calor real es típicamente una suma de varios factores, tales como el calor generado por los arrollamientos, el núcleo y 30 otras partes del dispositivo eléctrico inductivo, el efecto de enfriamiento de los dispositivos de enfriamiento y factores externos que afectan la temperatura del fluido, por ejemplo, temperatura ambiente o condiciones ambientales, tales como la luz solar.

El contenido de calor previo del fluido es el contenido de calor del fluido determinado a partir de un cálculo, un registro previo o de cualquier otro momento determinado. 35

El flujo de entrada de calor esperado se determina preferiblemente como una cantidad esperada del calor que se genera mediante los arrollamientos de potencia, el núcleo y otras partes del dispositivo eléctrico inductivo. Los cálculos se basan, en un modelo preferido, en mediciones de la corriente del arrollamiento y son por tanto dependientes de la carga del dispositivo eléctrico...

1. Un método para diagnóstico de condiciones de un dispositivo inductor de energía (1) que tiene arrollamientos de potencia (2) inmersos en un fluido (3) que se enfría por un medio de enfriamiento (4), que comprende las etapas de:

determinar un contenido de calor real (Qreal) de dicho fluido (3), 5

obtener un contenido de calor previo (Qprevio) de dicho fluido (3); y

calcular un flujo de calor esperado en dicho fluido (Q);

caracterizado por las etapas de:

calcular un flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q); y

realizar acciones de diagnóstico basándose en una comparación entre dicho contenido de calor 10 real (Qreal), dicho contenido de calor previo (Qprevio), dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q) y dicho flujo de salida del calor esperado de dicho fluido (Q).

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que

dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q) se aproxima mediante un calor esperado generado por dichos arrollamientos (2) y un núcleo (7), alrededor del cual se devanan dichos 15 arrollamientos (2).

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que

dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q) se aproxima mediante una capacidad de enfriamiento esperada de dicho medio de enfriamiento (4).

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dicha 20 etapa de determinar dicho contenido de calor real (Qreal) depende de mediciones directas de temperatura.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que

dichas mediciones de temperatura directas comprenden al menos una medición de temperatura superior (TT) e inferior (TB) de dicho fluido (3).

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que 25

dicho contenido de calor real (Qreal) se expresa como:

Qreal = QTreal + QBreal,

en el que QTreal y QBreal es un contenido de calor superior e inferior reales de dicho fluido (3), respectivamente, que se determina como:

QTreal = mfluidocfluido, 30 BT^

QBreal = (1 - ) mfluidocfluido BT^

en la que cfluido y mfluido son una capacidad de calor específica y una masa de dicho fluido (3), respectivamente, y es una temperatura de fluido superior e inferior media, respectivamente, y  y (1 - ) es una fracción del fluido superior e inferior del fluido total en dicho dispositivo inductivo de energía (1). 35 TT^BT^

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por la etapa adicional de:

almacenar una representación de dicho contenido de calor real (Qreal) en un medio de memoria (60).

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que dicha etapa de obtener 40 dicho contenido de calor previo (Qprevio) comprende a su vez la etapa de:

obtener dicho contenido de calor previo (Qprevio) de dicho fluido (3) de dicho medio de memoria

(60).

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por la etapa adicional de:

calcular dicho contenido de calor previo (Qprevio) intermitentemente de dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q) y dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido 5 (Q).

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que dicha etapa de calcular dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q) a su vez comprende la etapa de:

obtener valores de las corrientes de arrollamiento.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que dicho flujo de calor 10 esperado en dicho fluido (Q) se calcula a partir de pérdidas resistivas, pérdidas de inducción y pérdidas de núcleo, que pueden obtenerse de dicho valor de corriente de devanado.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que dicha etapa de calcular dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q) comprende a su vez la etapa de: 15

medir una temperatura ambiente (Tamb).

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q) se determina de:

en la que  es una constante asociada con dicho medio de enfriamiento (4), K1 depende de la viscosidad 20 de dicho fluido (3) y el número de medios de enfriamiento (4) funcionando y es una temperatura media de dicho fluido (3).

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por las etapas adicionales de:

determinar una diferencia entre dicho flujo de calor esperado entre dicho fluido (Q) y 25 dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q); y esperadocalor

añadir dicho contenido de calor previo (Qprevio) a dicha diferencia para obtener un contenido de calor esperado de dicho fluido (3);

por lo que dichas acciones de diagnóstico se basan en una comparación entre contenido de calor esperado y dicho contenido de calor real (Qreal). 30

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por las etapas adicionales de:

determinar una diferencia entre dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q) y dicho contenido de calor real (Qreal); y

añadir dicho contenido de calor previo (Qprevio) a dicha diferencia para obtener un flujo de salida 35 de calor real de dicho fluido (3);

por lo que dichas acciones de diagnóstico se basan en una comparación entre dicho flujo de salida de calor real dicho fluido (3) y dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q).

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado por que dicha etapa de realizar 40

dichos diagnósticos a su vez comprende la etapa de:

obtener una relación entre dicho flujo de salida de calor real de dicho fluido (3) y dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q).

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que dicha proporción se obtiene mediante ajuste de curva de mediciones dependientes de tiempo de dicho flujo de salida de calor real de 5 dicho fluido (3) y dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q).

18. El método de acuerdo con las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado por repetir de dicho método para diferentes condiciones de enfriamiento, obteniendo de este modo una proporción para cada condición de enfriamiento, basándose dichas acciones de diagnóstico en dichas proporciones.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado por que se define una condición de 10 enfriamiento por el número de medios de enfriamiento (4) en funcionamiento y/o el efecto de funcionamiento de dichos medios de enfriamiento (4).

20. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por las etapas adicionales de:

determinar una suma de dicho contenido de calor real (Qreal) y dicho flujo de salida de calor 15 esperado de dicho fluido (Q);

restar dicha suma de dicho contenido de calor previo (Qprevio) para obtener un flujo de calor real en dicho fluido (3);

por lo que dichas acciones de diagnóstico se basan en una comparación entre dicho flujo de calor real en dicho fluido (3) y dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q). 20

21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado por que dicha etapa de realizar dicho diagnóstico comprende a su vez la etapa de:

obtener una proporción entre dicho flujo de calor esperado de dicho fluido (Q) y dicho flujo de calor real en dicho fluido (3).

22. El método de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado por que dicha proporción se obtiene 25 mediante ajuste de curva de mediciones dependientes de tiempo de dicho flujo de calor real en dicho fluido (3) y dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q).

23. El método de acuerdo con las reivindicaciones 21 ó 22, caracterizado por repetir dicho método para diferentes condiciones ambientales, obteniendo de este modo un cociente para cada condición ambiental, basándose dichas medidas de diagnóstico en dichos cocientes. 30

24. El método de acuerdo con las reivindicación 5 ó 6, caracterizado por las etapas adicionales de:

calcular una temperatura superior e inferior esperada de dicho fluido (3) de dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (Q), dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (Q) y dicho contenido de calor previo (Qprevio);

determinar una diferencia de temperatura esperada entre dichas temperaturas de fluido superior 35 e inferior esperadas;

determinar una diferencia de temperatura real entre dicha temperatura superior (TT) e inferior (TB) de dicho fluido (3); y

comparar dicha diferencia de temperatura esperada y dicha diferencia de temperatura real.

25. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6 ó 24, caracterizado por que 40 dichas mediciones de temperatura directas se realizan para temperaturas por debajo de un umbral de temperatura de alarma de dicho dispositivo inductivo de energía (1).

26. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado por que dichas acciones de diagnóstico comprenden la indicación de error de funcionamiento.

27. Un aparato (5) para diagnóstico de condiciones de un dispositivo inductivo de energía (1) que 45

tiene arrollamientos de potencia (2) inmersos en un fluido (3) que se enfría mediante un medios de enfriamiento (4), que comprende:

un medio (36) para determinar un contenido de calor real de dicho fluido (3);

un medio (60) para obtener un contenido de calor previo de dicho fluido (3); y

un medio (32) para calcular un flujo de calor esperado en dicho fluido (3); 5

caracterizado por:

un medio (34) para calcular un flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (3); y

un medio de funcionamiento (50) con relación a dicho medios de cálculo (32, 34), determinación (36) y obtención (60), que se disponen para realizar acciones de diagnóstico basadas en dicho contenido de calor real, dicho contenido de calor previo, dicho flujo de calor esperado de entrada 10 y de salida de dicho fluido (3), respectivamente.

28. El aparato de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado por que dicho medio de determinación (36) está conectado a los termómetros (16A, 16B) puestos en contacto con dicho fluido (3) para mediciones de una temperatura superior e inferior del mismo.

29. El aparato de acuerdo con la reivindicación 27 ó 28, caracterizado por que dicho medio (32) para 15 calcular dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (3) está conectado a medios (12) para obtener valores de corrientes de arrollamiento.

30. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizado por que dicho medio (34) para calcular dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (3) está conectado a termómetros (14, 16A) para medir las temperaturas ambiente y del fluido. 20

31. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 30, caracterizado por los indicadores (70) conectados a dicho medio de funcionamiento (50) que se disponen para indicar error de funcionamiento.

32. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 31, caracterizado por que dicho dispositivo inductivo de energía (1) es un transformador de potencia. 25

33. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 31, caracterizado por que dicho dispositivo inductivo de energía (1) es un reactor.

34. Un dispositivo inductivo de energía (1) que comprende arrollamientos de potencia (2) inmersos en un fluido (3) que se enfría mediante los medios de enfriamiento (4) y un medio de diagnóstico de condiciones (5), que a su vez comprende: 30

un medio (36) para determinar un contenido de calor real de dicho fluido (3);

un medio (60) para obtener un contenido de calor previo de dicho fluido (3); y

un medio (32) para calcular un flujo de calor esperado en dicho fluido (3);

caracterizado por:

un medio (34) para calcular un flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (3); y 35

un medio de funcionamiento (50) con relación a dicho medio de cálculo (32, 34), medios de determinación (36) y obtención (60), que se disponen para acciones de diagnóstico de funcionamiento basándose en dicho contenido de calor real, dicho contenido de calor previo, dicho flujo de calor esperado de entrada y salida de dicho fluido (3), respectivamente.

35. El dispositivo de energía de acuerdo con la reivindicación 34, caracterizado por que dicho medio 40 de terminación (36) está conectado a termómetros (16A, 16B) puestos en contacto con dicho fluido (3) para mediciones de una temperatura superior e inferior del mismo.

36. El dispositivo de energía de acuerdo con la reivindicación 34 ó 35, caracterizado por que dicho medio (32) para calcular dicho flujo de calor esperado en dicho fluido (3) está conectado a medios (12) para obtener valores de corrientes de arrollamiento. 45

37. El dispositivo de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 36, caracterizado por que dicho medio (34) para calcular dicho flujo de salida de calor esperado de dicho fluido (3) está conectado a termómetros (14, 16A) para medir las temperaturas ambiente y de un fluido.

38. El dispositivo de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 37, caracterizado por indicadores (70) conectados a dicho medio de funcionamiento (50) que se disponen 50 para indicar error de funcionamiento.

39. El dispositivo de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 38, caracterizado por que dicho dispositivo inductivo de energía (1) es un transformador de potencia.

40. El dispositivo de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 38, caracterizado por que dicho dispositivo inductivo de energía (1) es un reactor.

41. Un producto de programa informático que comprende un medio de código informático y/o 5 porciones de código de software para hacer que un procesador realice las etapas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26.

42. El producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 41, caracterizado por suministrarse a través de una red, tal como Internet.

43. Un medio que puede leerse en un ordenador que contiene un producto de programa informático 10 de acuerdo con la reivindicación 41 ó 42.

44. Una señal de datos (80) que comprende información referente a las condiciones de funcionamiento de un dispositivo inductivo de energía (1) inmerso en un fluido (3), caracterizado por que dicha información está basada en una comparación entre un contenido de calor real de dicho fluido (3), un contenido de calor previo de dicho fluido (3), un flujo de calor esperado en dicho fluido (3) y un flujo de 15 salida de calor esperado de dicho fluido (3).

45. La señal de datos de acuerdo con la reivindicación 44, caracterizada por que dicha información tiene un formato al menos parcialmente de acuerdo con un patrón adecuado para un medio de tecnología Web para comunicación y/o ejecución remota.

46. La señal de datos de acuerdo con la reivindicación 45, caracterizada por que dicho patrón se 20 selecciona de la lista:

Lenguaje Marcado de Hipertexto (HTML);

HTML Extensible (XHTML),

Lenguaje de Marcado Extensible (XML),

Protocolo de Acceso de Objeto Simple (SOAP); y 25

Lenguaje de Marcado de Dispositivo Inalámbrico (WDML).

47. La señal de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 44 a 46, caracterizada por que dicha señal de datos (80) se transmite mediante un medio de transmisión inalámbrico (50).

48. La señal de datos de acuerdo con la reivindicación 47, caracterizada por que dicho medio de transmisión inalámbrico (50) es compatible con al menos uno los patrones de la lista de: 30

IEEE 802.11;

HomeRF; y

un patrón del Grupo de Internet Especial de Bluetooth (SIG).

49. La señal de datos de acuerdo con la reivindicación 47, caracterizada por que dicho medio de transmisión inalámbrico (50) transmite dicha información en forma de ondas infrarrojas. 35

50. La señal de datos de acuerdo con la reivindicación 49, caracterizada por que dicho medio de transmisión inalámbrico (50) es compatible con un patrón de infrarrojos, tal como protocolos IrDA y/o IrCOMM.

51. La señal de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 47 a 50, caracterizada por que dicha señal de datos (80) se recibe mediante un medio de visualización remota (85). 40

52. La señal de datos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 47 a 50, caracterizada por que dicha señal de datos (80) se recibe mediante un medio de visualización portátil (85).