Instrumento y método para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico.

Instrumento (1) para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico,

que comprende:

- una etapa de entrada (2) predispuesta para recibir una señal analógica (3) que representa uno o varios impulsos dedescargas parciales a medir y para generar en su salida una representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,

- una etapa de salida (4) predispuesta para transferir datos con forma digital a la salida del instrumento,

- medios de procesamiento de datos (5) asociados operativamente tanto con la etapa de entrada (2) como con laetapa de salida (4) para recibir dicha representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,extraer el valor de parámetros predeterminados correspondientes a la forma de onda de dicho uno o varios impulsosy transferir a la etapa de salida (4) una señal digital procesada que comprende dichos valores, los medios deprocesamiento (5) trabajando substancialmente en tiempo real, es decir sin necesidad de una memoria para elalmacenamiento intermedio de los datos,

donde dichos parámetros predeterminados comprenden amplitud de los impulsos de descarga, parámetros de fase,duración equivalente (T) y ancho de banda equivalente (W).

Instrumento y método para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico.

Campo Técnico y Antecedentes de la Invención

La presente invención se refiere a un instrumento y a un método para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico, dicho instrumento comprendiendo:

- una etapa de entrada predispuesta para recibir una señal analógica que representa uno o varios impulsos de descargas eléctricas a medir y generar en su salida una representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,

- una etapa de salida predispuesta para transferir datos de forma digital a la salida del instrumento.

El sector técnico de la presente invención es el de diagnóstico de sistemas eléctricos (en particular de alta tensión) , mediante la medición / el procesamiento de descargas eléctricas parciales y eventualmente otras magnitudes.

Cabe hacer notar que una descarga parcial es una descarga eléctrica que afecta a una porción limitada de un aislador de un sistema eléctrico, por lo tanto no provoca la inmediata avería del sistema, sino su paulatino degrado. Por ende, las descargas parciales, por su naturaleza tienen una evolución que substancialmente se restringe a un defecto del sistema aislante. Bajo esta óptica, las técnicas de diagnóstico que se basan en la medida y la interpretación de descargas parciales son de las más prometedoras y son ampliamente estudiadas en investigaciones científicas, porque el estudio de descargas parciales permite investigar la naturaleza de los defectos del sistema aislante donde tienen lugar las mismas descargas.

Sin embargo, la medida junto con la posterior evaluación de las descargas parciales con cometidos de diagnóstico todavía no han sido incluidas totalmente entre los estándares industriales, como instrumento para planificar el mantenimiento y/o reemplazo de componentes eléctricos que trabajan con alta tensión, debido a las dificultades que se hallan para interpretar los resultados de las medidas.

Por lo que concierne a la medición de descargas parciales se han desarrollado varias técnicas explotando los diferentes fenómenos físicos asociados al advenimiento de las descargas, tales como técnicas ópticas, acústicas y eléctricas. La presente invención se refiere, en particular pero no exclusivamente, a técnicas de medición eléctrica, que se componen, como es bien sabido, en medir los impulsos eléctricos que viajan a través de un circuito de medición acoplado con el sistema eléctrico en cuestión. Dichos impulsos medidos (a continuación por simplicidad denominados impulsos de descarga) , tienen una evolución temporal, que depende de la dinámica con que se producen las descargas eléctricas (es decir, de la física del fenómeno de las descargas) y de la naturaleza de los medios que atraviesan los impulsos medidos, en su trayecto desde el sitio de descarga (en el cual tienen origen las descargas) hasta el sitio de medición. Por lo tanto, la evolución temporal de los impulsos de descarga que consiste en la forma de onda de los mismos impulsos, comprende información sumamente útil desde el punto de vista del diagnóstico, tanto por lo que se refiere a los fenómenos físicos asociados con las descargas (correlacionados con la naturaleza de los defectos del sistema aislante) como a la naturaleza del medio que atraviesan los impulsos medidos (correlacionado con la ubicación de los defectos dentro del sistema aislante) .

Con respecto a las dificultades de interpretación de los resultados de las mediciones de descargas parciales, las mismas dependen no sólo de la necesidad de contar con una experiencia específica y un historial de casos, sino también del hecho que los datos medidos podrían no ser fiables o significativos.

Bajo esta óptica, los problemas que pueden menoscabar el diagnóstico a través de la evaluación de las medidas de descargas parciales, esencialmente son dos:

- en la medida de señales asociadas con descargas parciales, existe una pérdida de información que es esencial para la posterior evaluación de las señales a los efectos del diagnóstico (una pérdida de información puede deberse, por ejemplo, a una falta de medición de un impulso o a una falta de medición de la forma de onda de un impulso) ;

- durante dicha medición, a las señales de descarga puede superponerse ruido, o bien es posible que se tenga una superposición recíproca de señales debido a diferentes fuentes, con una consiguiente dificultad objetiva de interpretación de los resultados, dada la imposibilidad de realizar una elaboración estadística significativa con datos heterogéneos y/o datos no pertinentes al fenómeno individual a evaluar.

Por lo que concierne a dicha pérdida de información durante la ejecución de la medida, cabe hacer notar que las señales asociadas a las descargas parciales son impulsos eléctricos que tienen un contenido en frecuencia muy elevado (tienen rampas ascendentes del orden de los nanosegundos o decenas de nanosegundos) y, en algunos casos, su frecuencia de repetición es bastante elevada (por ejemplo, centenares de millares de impulsos por segundo) .

Por lo tanto, desde el punto de vista del instrumento utilizado para medir las señales asociadas con las descargas parciales, existe el problema de adquirir, con rapidez y manera eficiente, señales eléctricas con un alto contenido en frecuencia, preservando todo lo que fuera posible, el contenido de información de las mismas señales. Asimismo, dicho instrumento debería permitir una eficaz separación de las señales que son significativas para el diagnóstico con respecto al ruido o a otras señales “no deseadas”.

La solución de dichos problemas es muy difícil, teniendo en cuenta la necesidad de medir descargas parciales y evaluar el estado del sistema eléctrico de manera no supervisada, es decir minimizando la intervención de un operador (el operador, en algunos casos, podría incluso no existir, como es el caso de sistemas de monitoreo en línea) .

Por lo que concierne al estado de la técnica en el sector de instrumentos para medir descargas parciales (PD = Partial Discharges) , a continuación se ofrece una lista de instrumentos conocidos, los cuales pueden ser subdivididos en dos categorías, a saber: detectores de pico (típicamente instrumentos de banda angosta / selectiva) y osciloscopios controlados mediante un software (típicamente instrumentos de banda ancha) . La diferencia principal entre los detectores de pico y los osciloscopios controlados es que los detectores de pico no pueden registrar la evolución temporal del impulso detectado, porque no efectúan un muestreo real de la señal, a diferencia de los osciloscopios, que por el contrario efectúan dicho muestreo. Bajo esta óptica, cabe hacer notar que los detectores de pico generalmente están provistos de una banda relativamente angosta / selectiva para contraponerse vigorosamente a las señales no deseadas, en particular ruido de fondo.

Los detectores de pico son instrumentos que proporcionan indicaciones exclusivamente acerca de la fase de ocurrencia y de la amplitud de los PDs. La amplitud de una PD generalmente se obtiene pasando la señal analógica a través de un filtro casi integrador (FQI = Quasi-Integrator Filter) y, por ende, midiendo el valor de pico. Asimismo, dentro del ámbito de detectores de pico es posible distinguir los siguientes y adicionales tipos de instrumentos:

- Instrumentos totalmente analógicos. El FQI está constituido por una rejilla eléctrica analógica. La señal de salida del FQI viene visualizada en un osciloscopio. La información disponible es la conocida figura Lissajous, puesta a disposición por el osciloscopio.

- Instrumentos mixtos analógicos/digitales. El FQI se sigue obteniendo por medio de una rejilla eléctrica analógica y se envía a un detector de pico, también analógico, que proporciona la amplitud de la PD. La parte electrónica del instrumento convierte la señal de amplitud de la PD (que sale del detector de pico) de analógica en digital. La información disponible es el conjunto de posibles representaciones que pueden ser obtenidas conociendo la fase y la amplitud de las PDs, por ejemplo el conocido diagrama fase/amplitud.

- Instrumentos totalmente digitales. La señal viene filtrada con el cometido de impedir el conocido fenómeno de aliasing y, posteriormente, viene muestreada (transformación... [Seguir leyendo]

1. Instrumento (1) para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico, que comprende:

- una etapa de entrada (2) predispuesta para recibir una señal analógica (3) que representa uno o varios impulsos de descargas parciales a medir y para generar en su salida una representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,

- una etapa de salida (4) predispuesta para transferir datos con forma digital a la salida del instrumento,

- medios de procesamiento de datos (5) asociados operativamente tanto con la etapa de entrada (2) como con la etapa de salida (4) para recibir dicha representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos, extraer el valor de parámetros predeterminados correspondientes a la forma de onda de dicho uno o varios impulsos y transferir a la etapa de salida (4) una señal digital procesada que comprende dichos valores, los medios de procesamiento (5) trabajando substancialmente en tiempo real, es decir sin necesidad de una memoria para el almacenamiento intermedio de los datos,

donde dichos parámetros predeterminados comprenden amplitud de los impulsos de descarga, parámetros de fase, duración equivalente (T) y ancho de banda equivalente (W) .

2. Instrumento según la reivindicación 1, donde hay una etapa (7, 8) para medir una señal analógica de sincronismo (6) , que representa una tensión aplicada al sistema eléctrico, conectada operativamente a los medios de procesamiento.

3. Instrumento según la reivindicación 2, donde hay medios para digitalizar dicha señal analógica de sincronismo.

4. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde dicha etapa de entrada (2) puede trabajar en banda ancha, es decir un ancho de banda que supera aproximadamente los 20 MHz.

5. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde los medios de procesamiento (5) comprenden un elemento de acondicionamiento (33) , dispuesto antes de la etapa de salida (4) , para efectuar una filtración digital de la señal procesada, en función de los valores derivados.

6. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde hay una pluralidad de canales de adquisición (34) y eventualmente una pluralidad de correspondientes medios de procesamiento (5) , conectados operativamente, esencialmente en paralelo uno con respecto al otro, a la etapa de salida (4) .

7. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que comprende un búfer (28) , colocado entre la etapa de entrada (2) y la etapa de salida (4) , para escribir momentáneamente datos con forma digital.

8. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde los medios de procesamiento (5) comprenden un bloque (26) para procesar / extraer dichos parámetros predeterminados desde dicha representación digital.

9. Instrumento según la reivindicación 8, donde los medios de procesamiento (5) comprenden un búfer (28) , colocado después del bloque de procesamiento / extracción (26) .

10. Instrumento según la reivindicación 8, donde los medios de procesamiento (5) comprenden un segundo bloque de procesamiento / extracción (29) y un búfer (28) , colocado entre dichos bloques de procesamiento / extracción.

11. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde los medios de procesamiento (5) comprenden una lógica programable.

12. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde los medios de procesamiento (5) comprenden un DSP, un microprocesador o un microcontrolador o bien una combinación de ellos.

13. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde dichos parámetros predeterminados comprenden la polaridad de cada impulso de descarga parcial, es decir el signo de un primer pico del impulso que supera, en valor absoluto, un valor de referencia.

14. Instrumento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde la etapa de salida comprende un bus de comunicación bidireccional (31) , que puede ser orientada al flujo.

15. Método para medir descargas eléctricas parciales en un sistema eléctrico, caracterizado por el hecho que comprende las siguientes etapas operativas:

- recepción, en una etapa de entrada (2) , de una señal analógica (3) que representa uno o varios impulsos de

descargas parciales a medir y generación en su salida de una representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,

- procesamiento en tiempo real, es decir sin necesidad de almacenar datos en una memoria, de dicha representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos, para extraer el valor de parámetros predeterminados correspondientes a la forma de onda de dicho uno o varios impulsos, dichos parámetros comprendiendo la amplitud de los impulsos de descargas, parámetros de fase, duración equivalente (T) y ancho de banda equivalente (W) .

16. Método según la reivindicación 15, que comprende una etapa de medición de una señal analógica de sincronismo (6) , que representa una tensión aplicada al sistema eléctrico, puesta a disposición para la etapa de procesamiento.

17. Método según la reivindicación 16, que comprende una etapa de digitalización de dicha señal analógica de sincronismo (6) .

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones de 15 a 17, que comprende una etapa de acondicionamiento / filtración de la señal digital procesada, posterior a la etapa de procesamiento, en función de los valores derivados.

19. Método según una cualquiera de las reivindicaciones de 15 a 18, donde la etapa de procesamiento, a su vez, comprende las siguientes subetapas operativas:

- primer procesamiento de dicha representación digital de toda la forma de onda de dicho uno o varios impulsos,

- escritura provisoria de datos con forma digital en un búfer (28) ;

- segundo procesamiento de datos leídos del búfer (28) .

20. Aparato de diagnóstico para sistemas / componentes eléctricos, que comprende:

- un instrumento para medir descargas eléctricas parciales;

- medios para procesar / evaluar, para finalidades de diagnóstico, magnitudes derivadas,

caracterizado por el hecho que el instrumento para medir las descargas eléctricas parciales es un instrumento (1) según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 14 o es apto para funcionar de conformidad con un método según una cualquiera de las reivindicaciones de 15 a 19.