DISPOSICION DE ACCIONAMIENTO DE MOTOR TOLERANTE A FALLOS CON CONEXIONES DE FASE INDEPENDIENTES Y SISTEMA DE MONITORIZACION.

Una disposición de circuito tolerante a fallos para máquinas de múltiples fases que comprende:

una máquina eléctrica que tiene una pluralidad de circuitos de fase alimentados independientemente cada uno con una conexión de elevada impedancia a tierra de modo que el único trayecto a tierra resultante de un solo fallo de aislamiento es a través de una conexión a tierra de elevada impedancia; y una disposición de monitor o vigilancia para al menos uno de los circuitos de fase en respuesta a un fallo de aislamiento de un circuito de fase a un circuito de fase o de un circuito de fase a tierra para proporcionar una indicación del fallo

Disposición de accionamiento de motor tolerante a fallos con conexiones de fase independientes y sistema de monitorización.

Antecedentes del invento

Este invento se refiere a disposiciones de accionamiento para motores y generadores que están sujetos a fallos de cableado interno.

Los motores y generadores, denominados aquí como "máquinas eléctricas", están típicamente previstos con arrollamientos de fase que están conectados internamente en una configuración en estrella o en triángulo. Estas conexiones proporcionan un trayecto de baja impedancia para que una corriente de defecto circule en el caso de un fallo entre fases. Similarmente, otras disposiciones de arrollamiento que no proporcionan ningún aislamiento entre fases dan como resultado un trayecto de baja impedancia para que circulen corrientes de defecto entre fases. Por ejemplo, cuando tienen lugar un corto de fase a fase debido a que el aislamiento entre conductores de dos fases se deteriora o cuando dos o más fases son conectadas externamente durante o como resultado de un trabajo de mantenimiento, se producen elevadas corrientes de defecto a través de los trayectos de baja impedancia entre fases.

Durante un fallo súbito de fase a fase, la corriente de defecto contribuye al fallo desde la fuente ya que se crea un circuito continuo a través del fallo por la interconexión de las fases en la fuente. La corriente de defecto ha contribuido a que los arrollamientos del estator de La máquina eléctrica hayan fallado debido a la rotación continuada de un campo magnético permanente dentro del arrollamiento del estator que ha fallado. Tal corriente de defecto circula a través del fallo debido a que se ha creado un circuito continuo por las fases interconectadas de los arrollamientos.

Las máquinas eléctricas con campos controlables tales como máquinas síncronas de campo con arrollamientos tienen la capacidad de limitar la duración de la contribución de la corriente de defecto por desexcitación del campo magnético. Otras máquinas, tales como las de tipo de imán permanente no pueden limitar la duración de La corriente de defecto a la que ha contribuida la máquina durante un funcionamiento en punto muerto subsiguiente al desplazamiento por el circuito de potencia como resultado del fallo. Un fallo trifásico es similar al fallo de fase a fase antes descrito excepto porque implica las tres fases en vez de sólo dos fases. El funcionamiento en continuo con una máquina trifásica en fallo, si es posible en su totalidad, requeriría aumentar la reactancia de pérdida de la máquina, lo que requeriría una compensación con respecto a las características de rendimiento normales.

Un fallo de fase a tierra tiene lugar cuando falla el aislamiento del motor entre un conductor y tierra tal como en una estructura de motor puesta a tierra. Las magnitudes de la corriente de defecto de fase a tierra han sido mitigadas previamente utilizando una impedancia de tierra de elevada resistencia entre el neutro de un sistema de múltiples fases y tierra. Sin embargo, con sistemas típicos conectados en triángulo o en estrella, está resistencia a tierra consiste de una sola resistencia conectada al neutro de un sistema en estrella o al neutro derivado de un sistema en triángulo y el valor de esa resistencia debe ser tal que la impedancia sea menor que la impedancia resultante de la capacitancia de carga total del sistema que, en un sistema en triángulo o en estrella, consiste de las tres fases en paralelo. Esto da como resultado cantidades relativamente mayores de corriente de defecto a tierra disponibles para un fallo de línea monofásica a tierra que para un circuito monofásico. Además, las disposiciones de puesta a tierra en tales sistemas no tienen capacidad para detectar fallos de fase.

Las disposiciones de detección del fallo entre fases han sido descritas en la técnica anterior. Por ejemplo, la patente de Hasegawa Nº 4.363.065 describe una disposición de detección de un fallo entre fases en la que cada fase tiene arrollamientos de detección independientes e incluye una resistencia de tierra correspondiente en la que la detección del fallo depende de la tensión que se detecta a través de cada resistencia de tierra. La patente de Baker y col., Nº 5.521.787 describe una protección del fallo de corriente diferencial que utiliza tanto la detección de corriente de una fase como de múltiples fases y las patentes de Traub y col., Nº 3.584.259 y de Lardennois Nº 3.999.104 están dirigidas en general a la detección de fallo de fase utilizado resistencias independientes conectadas a tierra.

Con relación a las reivindicaciones independientes 1ª y 8ª del documento US-A-5.587.804 se describen circuitos de protección para cortocircuitos y fallos de tierra utilizando sensores de corriente de fase y sensores diferenciales. Esta disposición de circuito tolerante a fallos está adaptada para máquinas de múltiples fases que comprenden una máquina eléctrica que tienen una pluralidad de circuitos de fase alimentados y una disposición de monitor o vigilancia para al menos uno de los circuitos de fase en respuesta a un fallo de aislamiento del circuito de fase a circuito de fase o de circuito de fase a tierra para proporcionar una indicación del fallo. Dicho documento describe también un método para limitar el daño en una máquina eléctrica de múltiples fases que se produce como resultado de un fallo de aislamiento de fase a fase o de fase a tierra que proporcionan una pluralidad de arrollamientos de fase alimentados para una máquina eléctrica y que proporciona una disposición de monitor o vigilancia para al menos un circuito de fase para detectar un fallo de aislamiento de circuito de fase a circuito de fase o un fallo de aislamiento de circuito de fase a tierra y proporcionar una indicación de un fallo de aislamiento.

Sumario del invento

Por consiguiente, es un objeto del presente invento proporcionan una disposición de circuito tolerante a fallos para una máquina eléctrica de múltiples fases que supere las desventajas de la técnica anterior.

Otro objeto del invento es proporcionar una disposición de circuito tolerante a fallos para máquinas eléctricas de múltiples fases que tienen conexiones de fase independientes y un sistema de monitorización que supere las desventajas de la técnica anterior.

Estos y otros objetos del invento son obtenidos proporcionando una disposición de circuito tolerante a fallos para máquinas eléctricas de múltiples fases que tienen circuitos de fase alimentados de modo independiente cada uno con una conexión de elevada impedancia a tierra de modo que el único trayecto a tierra resultante de un solo fallo de aislamiento es a través de una conexión de elevada impedancia y un monitor para al menos un circuito de fase para detectar un fallo de aislamiento de circuito de fase a circuito de fase o de circuito de fase a tierra y un indicador para indicar un fallo de aislamiento detectado. La disposición de circuito puede ser aplicada a sistemas de accionamiento de motor de múltiples fases para mejorar la supervivencia de los sistemas mitigando la corriente de defecto disponible durante los modos más comunes de fallo eléctrico. Aunque la disposición de circuito puede ser usada con motores síncronos, de inducción o de imán permanente, es especialmente beneficiosa cuando es aplicada a motores de imán permanente en los que el campo magnético no puede ser desexcitado como consecuencia de un fallo.

Como se ha usado aquí el término "fallo entre fases" se refiere a fallos que implican múltiples fases y el término "fallo dentro de una fase" se refiere a un fallo dentro de una única fase, es decir, de una vuelta de un arrollamiento a otra vuelta del arrollamiento.

Con la disposición de circuito del invento, la corriente de defecto es mitigada para fallos de múltiples fases, de fase a fase y de línea a tierra utilizando arrollamientos de fase independientes del motor en unión con una configuración de accionamiento eléctrico que proporciona el aislamiento entre fases de la fuente del fallo y una tierra del sistema de elevada resistencia en cada fase aislada. La misma disposición de circuito tolerante a fallos es aplicable a generadores.

Breve descripción de los dibujos

Otros objetos y ventajas del invento serán evidentes a partir de la lectura de la siguiente descripción en unión con los dibujos adjuntos en los que:

La fig. 1 es un diagrama de circuito esquemático que ilustra la disposición de una realización representativa de una configuración de máquina eléctrica de acuerdo con el invento; y

La fig....

1. Una disposición de circuito tolerante a fallos para máquinas de múltiples fases que comprende: