Método para procesar datos pertenecientes a una actividad de descargas eléctricas parciales que tiene lugar en una máquina eléctrica trifásica (1) alimentada con una tensión de onda cuadrada a través de un convertidor de potencia (2),

con el cometido de evaluar, para finalidades de diagnóstico, la actividad de descargas parciales que tiene lugar en la misma máquina (1), donde dichos datos comprenden una pluralidad de señales de descarga asociadas con dichas descargas eléctricas parciales y una pluralidad de conjuntos de tres valores (eu, ev, ew) de tensión de alimentación de la máquina (1), cada conjunto medido en concomitancia con una correspondiente señal de descarga, y donde las señales de descarga son detectadas con la ayuda de un sensor (3), caracterizado por el hecho que comprende las siguientes etapas: - transformación de cada conjunto (eu, ev, ew) de tres valores de tensión medidos en un correspondiente par (ed, eq) de valores de tensión; - derivación de un valor de ángulo de fase a partir de cada uno de dichos pares (ed, eq) de valores de tensión, los valores de ángulo de fase derivados siendo relacionados a los estados lógicos del convertidor (2); - atribución a cada señal de descarga asociada con una correspondiente descarga eléctrica parcial del correspondiente valor de ángulo de fase, para evaluar las señales de descargas medidas en función de correspondientes valores de ángulo de fase

Campo Técnico y Técnica Existente

La presente invención se refiere a un método para procesar datos pertenecientes a una actividad de descargas eléctricas parciales que tiene lugar en una máquina eléctrica trifásica alimentada con una tensión de onda cuadrada, dichos datos comprendiendo una pluralidad de señales de descarga y una pluralidad de conjunto de tres 5 valores de tensión de alimentación de la máquina, cada conjunto de tres tensiones siendo medido conjuntamente con una correspondiente señal de descarga.

En particular, la presente invención se refiere a un método para evaluar, con finalidades de diagnóstico, una actividad de descargas eléctricas parciales en un motor eléctrico trifásico alimentado con ondas cuadradas, por ejemplo por medio de un convertidor electrónico de potencia que funciona según lógica PWM (del inglés Pulse Width 10 Modulation, es decir modulación por ancho de pulso).

Los convertidores electrónicos de potencia permiten controlar motores de inducción de manera sumamente eficaz, permitiendo transformar energía eléctrica en energía mecánica con gran flexibilidad. Por otro lado, las formas de onda de tensión que los convertidores imponen en los terminales del motor han demostrado ser muy perjudiciales por lo que concierne a la duración del aislamiento, especialmente con motores fabricados con bobinado de alambre 15 esmaltado.

Los estudios efectuados en todo el mundo han demostrado que las fatigas eléctricas en los terminales de los motores accionados por convertidores pueden ser notablemente elevadas, provocando el fenómeno de descargas parciales (DP). Las DPs son descargas de pequeña amplitud que no cortocircuitan los electrodos, pero que provocan un gradual degrado del sistema de aislamiento. Este proceso de degrado puede ser sumamente rápido en 20 el deterioro de los dieléctricos orgánicos como los esmaltes empleados en el aislamiento de los alambres de los motores. Por el contrario, es relativamente más lento el degrado de dieléctricos que contienen materiales inorgánicos (mica, dióxido de titanio) en una matriz orgánica (resina o pintura polimérica).

De todos modos, la posibilidad de verificar si se producen o no se producen descargas parciales en un motor accionado por un convertidor y la de cuantificar un fenómeno de ese tipo, es de gran importancia para fines de 25 diagnóstico o para impedir averías durante el funcionamiento.

Sin embargo, la magnitud de las DPs en motores accionados por medio de un convertidor y, sobre todo, la posterior evaluación de los resultados de las medidas exhiben algunos problemas.

En primer lugar, especialmente con convertidores de baja tensión de nueva generación, las rampas ascendentes de las formas de las ondas de tensión pueden tener una notable inclinación, del orden, por ejemplo, de 30 decenas de kV por microsegundo. Esas formas de onda de la tensión de alimentación generan interferencias constituidas por señales que tienen un cierto contenido de alta frecuencia y pueden ocultar la presencia de descargas parciales, en el caso que los sensores empleados para la medición no se seleccionan apropiadamente.

Al problema de medición de las señales asociadas a las DPs se agrega la dificultad de reconocer, en su caso, la interferencia, y de interpretar y racionalizar los resultados de la misma medición. 35

Bajo esta óptica, cabe hace notar que, para evaluar eficazmente, a los efectos de diagnóstico, las señales pertenecientes a una actividad de descargas parciales, es importante relacionar cada señal de descarga medida con la tensión que la ha producido. La comparación de una señal en una medición de DP con la tensión que la produjo tiene dos cometidos fundamentales.

Un primer cometido es el de determinar, en el ámbito de una máquina trifásica, cual sección de aislamiento 40 es afectada por la descarga.

Un segundo cometido es el de verificar si las señales medias están correlacionadas con las tensiones de alimentación (que generalmente tienen un perfil substancialmente periódico). De este modo, es posible discriminar el ruido de medición con respecto a las descargas parciales y verificar la integridad del sistema aislante.

Hasta ahora no se conocen sistemas para relacionar sistemáticamente una señal medida en una medición de 45 descargas parciales con la tensión que la ha producido, en el caso de mediciones efectuadas en máquinas trifásicas alimentadas con ondas cuadradas (por ejemplo según lógica PWM), especialmente en los casos que las señales de descargas parciales se miden por medio de un único sensor, compartido por las tres fases de alimentación (antena).

Técnicas conocidas prevén la evaluación de las señales medidas como una sucesión temporal de eventos, sin ninguna posibilidad de relacionarlas eficazmente con las tensiones de alimentación. 50

Por lo tanto, todo posterior procesamiento estadístico de los datos medidos tiene poco significado, para no decir que es totalmente erróneo, porque se basa en el procesamiento de un conjunto de datos heterogéneos, que comprende señales de descargas pertenecientes a diferentes porciones del sistema aislante (es decir, correspondiente a descargas producidas por tensiones de diferentes fases) junto con señales relativas a interferencia. 5

A partir del documento US 2005218906 se conoce un sistema para monitorear la condición del aislamiento de una máquina eléctrica, en base a una evaluación de tandelta (o sea factor de pérdidas), es decir basada en la evaluación de la relación angular entre el vector de corriente y el vector de tensión. Se sabe que la evaluación de tandelta y la evaluación de descargas parciales constituyen dos técnicas de diagnóstico que son diferentes y muy distintas. 10

El documento de la patente de invención US 6.064.172 describe un sistema de detección de averías en el bobinado y da a conocer principios generales acerca de control de vectores y transformaciones.

Sin embargo, los documentos US 2005218906 y US 6.064.172 no dan a conocer o no hacen ninguna referencia a medición de descargas parciales; en efecto, hablan de enfoques diagnósticos que son alternativos al análisis de descargas parciales. 15

Por consiguiente, los documentos US 2005218906 y US 6.064.172 no brindan ninguna ayuda con respecto a la necesidad de procesar los datos adquiridos (es decir los datos pertenecientes a las mediciones de descargas parciales llevadas a cabo en una máquina eléctrica trifásica alimentada durante su funcionamiento con tensión de onda cuadrada) de manera de permitir una indicación diagnóstica fiable acerca de la naturaleza de los defectos de aislamiento donde tuvieron lugar las descargas parciales. 20

Revelación de la Invención

El objetivo de la presente invención es el de eliminar dichos inconvenientes y poner a disposición un método para procesar datos pertenecientes a una actividad de descargas eléctricas parciales que tiene lugar en una máquina eléctrica trifásica alimentada con tensión de onda cuadrada, dichos datos comprendiendo una pluralidad de señales de descarga y una pluralidad de conjuntos de tres valores de la tensión de alimentación de la máquina, de 25 modo de comparar cada señal medida con las tensiones de alimentación.

Dicho objetivo se logra en su totalidad mediante el método de la presente invención, que está caracterizado por lo expuesto en las reivindicaciones anexas y en particular por el hecho que comprende las siguientes etapas de conformidad con la reivindicación 1:

- transformación de cada conjunto de tres valores de tensión medidos en un correspondiente par de valores de 30 tensión;

- derivación de un valor de fase a partir de cada uno de dichos pares de valores de tensión, los valores derivados de los ángulos de fase siendo relacionados a estados lógicos del convertidor;

- atribución a cada señal de descarga del correspondiente valor de ángulo de fase, para evaluar las señales de descargas medidas en función de correspondientes valores de ángulos de fase. 35

Breve Descripción de los Dibujos

Esta y otras características se pondrán aún más de manifiesto a partir de la descripción que sigue de una realización preferida, exhibida a título puramente ejemplificador y no limitativo mediante las láminas de dibujos anexas, en las cuales:

- la figura 1 muestra esquemáticamente...

1. Método para procesar datos pertenecientes a una actividad de descargas eléctricas parciales que tiene lugar en una máquina eléctrica trifásica (1) alimentada con una tensión de onda cuadrada a través de un convertidor de potencia (2), con el cometido de evaluar, para finalidades de diagnóstico, la actividad de descargas parciales que tiene lugar en la misma máquina (1), donde dichos datos comprenden una pluralidad de señales de descarga 5 asociadas con dichas descargas eléctricas parciales y una pluralidad de conjuntos de tres valores (eu, ev, ew) de tensión de alimentación de la máquina (1), cada conjunto medido en concomitancia con una correspondiente señal de descarga, y donde las señales de descarga son detectadas con la ayuda de un sensor (3),

caracterizado por el hecho que comprende las siguientes etapas:

- transformación de cada conjunto (eu, ev, ew) de tres valores de tensión medidos en un correspondiente par (ed, eq) 10 de valores de tensión;

- derivación de un valor de ángulo de fase a partir de cada uno de dichos pares (ed, eq) de valores de tensión, los valores de ángulo de fase derivados siendo relacionados a los estados lógicos del convertidor (2);

- atribución a cada señal de descarga asociada con una correspondiente descarga eléctrica parcial del correspondiente valor de ángulo de fase, para evaluar las señales de descargas medidas en función de 15 correspondientes valores de ángulo de fase.

2. Método según la reivindicación 1, donde dicha máquina eléctrica trifásica (1) es alimentada a través de un convertidor (2) que funciona según lógica PWM.

3. Método según la reivindicación 1, donde dicha etapa de transformación comprende la multiplicación de cada conjunto de tres tensiones medidas (eu, ev, ew) por una matriz predeterminada, en condiciones 20 de quitar de dicho conjunto de tres tensiones la componente secuencia de cero.

4. Método según la reivindicación 3, donde dicha matriz predeterminada es una matriz que se obtiene multiplicando una matriz de Park por cualquier matriz 2x2 de rango máximo.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende una etapa de separación de las señales de descarga en clases en base a los respectivos valores de ángulo de fase atribuidos. 25

6. Método según la reivindicación 5, donde dichas clases son tres y corresponden a intervalos predeterminados de ángulos de fase.

7. Método según la reivindicación 6, donde dichos intervalos de ángulo de fase son substancialmente los siguientes:

- [85, 95] y [215, 325] para la primera clase; 30

- [205, 215] y [335, 85] para la segunda clase;

- [325, 335] y [95, 205] para la tercera clase.

8. Método según la reivindicación 1, que comprende una etapa de procesamiento estadístico de los valores de amplitud de las señales de descarga en función de los valores de ángulo de fase atribuidos.

9. Método según la reivindicación 5, que comprende una etapa de procesamiento estadístico de los valores 35 de amplitud de las señales de descarga de una clase predeterminada, en función de los valores de ángulo de fase atribuidos.

10. Método según la reivindicación 1, que comprende una etapa de rechazo de ruido, en base a dichos valores de ángulo de fase atribuidos a las señales de descarga.

11. Método según la reivindicación 1, donde dicha pluralidad de señales de descarga es medida a través de 40 un sensor (3) común a las tres fases.

12. Método según la reivindicación 1, donde dichas señales de descarga son detectadas con la ayuda de un sensor de banda ultra-ancha (3) y de apropiados filtros para el rechazo de la interferencia debida al convertidor (2).