BRPI0720368A2

BRPI0720368A2 - Disposição e método para determinar uma característica elétrica.

Info

Publication number: BRPI0720368A2
Application number: BRPI0720368-3A
Authority: BR
Inventors: Tord Bengtsson; Stefan Thorburn
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2013-12-31
Also published as: RU2009126100A; WO2008077955A1; RU2437108C2; EP2095139A1; US20090254297A1; CN101535821B; US8005637B2; CA2672403C; EP1936393A1; EP2095139B1; CN101535821A; CA2672403A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSIÇÃO E MÉTODO PARA DETERMINAR UMA CARACTERÍSTICA ELÉTRICA".

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a uma disposição e a um método para determinar uma característica elétrica, tal como uma impedância ou uma função de transferência, de um dispositivo elétrico. A disposição com- preende uma unidade de injeção de sinal, configurada para injetar um pri- meiro sinal de teste, a uma primeira frequência principal em um primeiro cir- cuito elétrico, e injetar um segundo sinal de teste, a uma segunda frequência principal no primeiro circuito elétrico ou em um segundo circuito elétrico, uma unidade de conversão de sinal, configurada para medir uma primeira e uma segunda quantidades elétricas, tais como corrente e voltagem, no primeiro circuito de teste, resultantes do primeiro sinal de teste, e medir as primeira e segunda quantidades elétricas no primeiro ou segundo circuito elétrico, re- sultantes do segundo sinal elétrico, e um dispositivo de processamento inclu- indo pelo menos dois canais de entrada analógicos, configurados para rece- ber as quantidades elétricas medidas e determinar a característica elétrica, com base nas quantidades elétricas medidas.

O primeiro dispositivo elétrico é um dispositivo, cuja voltagem 20 e/ou corrente operacionais das quais são suficientemente altas para ficar perigosas para um operador, ou provocar algum dano no equipamento cir- cundante, no caso de falha elétrica. Portanto, o comportamento elétrico do primeiro dispositivo elétrico tem que ser monitorado, para que seja capaz de reagir suficientemente rápido no caso de uma falha. Na maior parte das situ- 25 ações, o fornecimento de energia vai ser desligado tão logo a falha é detec- tada.

No campo da geração, transmissão e distribuição de energia, o monitoramento dos dispositivos elétricos correspondentes, tais como gera- dores, transformadores ou linhas de transmissão, é essencial garantir confi- 30 abilidade e estabilidade da grade de energia. Em "Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency Domain for HV Power Equipment, Part I: Theoretical Considerations" por Zaengi, W. S.; IEEE Electrical Insulation Magazine, vo- lume 19, número 5, páginas 5 - 19, o método de espectroscopia dielétrica é introduzido como um meio para diagnosticar materiais de isolamento elétrico usados em engenharia de energia. A espectroscopia dielétrica também pode ser chamada espectroscopia de impedância, e é baseada na reação de um 5 material a um campo eletromagnético aplicado, a uma certa frequência . Em termos mais genéricos, a resposta do material ao campo CA aplicado é de- terminada por medida simultânea da voltagem complexa e da corrente com- plexa no material, e por determinação da impedância do material na fre- quência específica. A técnica de espectroscopia dielétrica, ou a técnica de 10 medida de resposta dielétrica como também pode ser chamada, é descrita adicionalmente em "Straight Dielectric Response Measurements with High Precision" precimentos da conferência Nord-IS 2005, artigo 27, por J. Hed- berg e T. Bengstsson.

No pedido de patente européia 06445061.2, o método de espec- troscopia dielétrica é usado para aperfeiçoar a precisão de um método de detecção de falha de terra, aplicado a um enrolamento de estator de um ge- rador de fases múltiplas. Uma falha de terra no enrolamento de estator, que é uma falha interna e que pode ser provocada por dano físico ou envelheci- mento do material de isolamento do enrolamento, precede, geralmente, to- das outras possíveis falhas do gerador, tais como as falhas fase-fase do es- tator. Consequentemente, é importante detectar a falha de terra no enrola- mento, para impedir falhas mais graves no gerador. O estator do gerador é conectado, e o ponto neutro é conectado à terra por uma impedância. Para a espectroscopia dielétrica, um sinal de teste CA é injetado entre o ponto neu- tro e a terra, e a resposta do enrolamento do estator a esse sinal CA é medi- da. Das medidas, uma impedância falha ao terra é determinada, em que a impedância falha é modelada como uma resistência falha em paralelo a uma capacitância de enrolamento.

O pedido de patente internacional WO 96/05516 descreve um sistema para monitorar um sistema sem ligação ao terra de voltagem dupla.

O sistema de monitoramento é configurado para determinar uma impedância falha por injeção de uma corrente de teste em um terminal de terra, para ge- rar uma voltagem de medida pela impedância falha. A impedância é calcula- da por uso da voltagem e da corrente de medida, para determinar a impe- dância de ambas as fases em um sistema de voltagem dupla, duas corren- tes de teste, tendo diferentes frequências, são injetadas para gerar duas vol- 5 tagens de medida. As frequências das correntes são múltiplas da frequência do sistema. As correntes de teste e as voltagens de medidas são fornecidas a uma unidade de microcontrolador, que é configurada para calcular a impe- dância das duas fases. Todas as correntes e voltagens de medidas são for- necidas a um canal de entrada analógico do microcontrolador. Desse modo, 10 o número de canais de entrada necessários depende do número de medi- das. Nesse caso, são necessários quatro canais de entrada. No entanto, o número de canais de entrada é limitado. Por exemplo, em uma caixa de relé,

o número de canais de entrada é limitado a 12 ou 24. A maior parte desses canais de entrada é usada para outros fins. Os custos são associados com a existência de mais canais.

Nos dispositivos de processamento existentes, que são usados em engenharia de energia, as medidas são enviadas por meio de canais de entrada, como sinais analógicos, para o dispositivo de processamento, que transforma os sinais em sinais digitais. O dispositivo de processamento de- 20 sempenha usualmente várias tarefas. Essas tarefas são frequentemente o controle, a proteção e a supervisão não apenas daquele dispositivo elétrico, mas também de toda uma facilidade. Por conseguinte, um tal dispositivo de processamento pode ser muito caro. Uma vez que o dispositivo de proces- samento recebe as medidas como sinais analógicos, o número de sinais de 25 entrada é limitado. Consequentemente, quanto mais medidas que são dese- jadas para ser processadas, mais entradas analógicas são necessárias, o que resulta em uma extensão de hardware onerosa. Além disso, o tempo e o esforço usados para ligação e instalação são aumentados.

Nas instalações elétricas de hoje em dia, os aspectos de maio- res desempenho, confiabilidade e segurança, por um lado, e de maior efici- ência e custos reduzidos, por outro lado, têm que ser equilibrados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Portanto, um objeto da invenção é reduzir os custos da disposi- ção de medida e manter ainda os desempenho e confiabilidade da disposi- ção.

Esse objeto é alcançado pela provisão de uma disposição de 5 acordo com a reivindicação 1 e um método de acordo com a reivindicação 20.

Essa disposição é caracterizada pelo fato de que a disposição compreende uma unidade de mistura, configurada para adicionar as medi- das da primeira quantidade elétrica, resultantes do primeiro sinal de teste, e 10 as medidas da primeira quantidade elétrica, resultantes do segundo sinal de teste, e com base nelas gerar um primeiro sinal misto, para adicionar as me- didas da segunda quantidade elétrica, resultantes do primeiro sinal de teste, e as medidas da segunda quantidade elétrica, resultantes do segundo sinal de teste, e com base nelas gerar um segundo sinal misto, para fornecer o 15 primeiro sinal misto a um primeiro canal de entrada do dispositivo de proces- samento e fornecer o segundo sinal misto a um segundo canal de entrada do dispositivo de processamento, e o dispositivo de processamento é confi- gurado para decompor os sinais mistos, para obter as medidas das primeira e segunda quantidades elétricas.

Para alcançar o objeto da invenção, uma unidade de mistura é

introduzida, que adiciona a primeira medida da primeira quantidade e a se- gunda medida da primeira quantidade, e fornece o sinal misto a um primeiro canal de entrada do dispositivo de processamento. Por exemplo, a primeira quantidade é uma voltagem. Com adição, quer-se mencionar soma dos si- 25 nais de medida analógicos. A unidade de mistura também adiciona a primei- ra medida da segunda quantidade e a segunda medida da segunda quanti- dade, e fornece o sinal misto a um segundo canal de entrada. Por exemplo, a segunda quantidade é uma corrente. O dispositivo de processamento en- tão obtém as medidas das primeira e segunda quantidades elétricas por de- 30 composição dos sinais mistos, e com base nisso determina a característica elétrica. Por exemplo, a característica elétrica é uma impedância ou uma função de transferência. Uma vantagem com a presente invenção é que a- penas dois canais de entrada são necessários, independente do número de medidas, e, consequentemente, os custos de hardware são reduzidos. Outra vantagem com a presente invenção é que a frequência dos sinais de teste é independente da frequência do sistema, também chamada a frequência fun- damental.

Apenas uma unidade comparativamente pequena, a unidade de mistura, tem que ser adicionada, que pode ser adaptada com flexibilidade aos requisitos atuais. O dispositivo de processamento precisa apenas ser atualizado no seu software operacional, para implementar a função adicional de obtenção dos valores únicos de voltagem e corrente dos sinais mistos.

Os primeiro e segundo dispositivos elétricos são, de preferência, dispositivos usados em geração, transmissão e distribuição de energia elé- trica, tais como, geradores, transformadores, motores ou linhas de transmis- são. Os sinais de teste injetados podem ser sinais de voltagem ou corrente. 15 O termo frequência principal ilustra que os primeiro e segundo sinais de tes- te são sinais variáveis com o tempo, cujo espectro de frequência mostra cla- ramente uma frequência dominante. A concretização mais simples é um si- nal de teste senoidal. Mas uma composição de diferentes frequências é também aplicável, desde que uma frequência principal possa ser detectada. 20 Para obter as voltagens e correntes dos sinais mistos, o dispositivo de pro- cessamento usa, de preferência, um algoritmo baseado em FFT (Transfor- mada Rápida de Fourier), que separa as medidas nas primeira e segunda frequências principais entre si e determina os valores de voltagem e corrente complexas.

É vantajoso selecionar as primeira e segunda frequências princi-

pais a um valor fora do nominal do respectivo dispositivo, isto é, a um valor que possa ser distinguido claramente de qualquer outro harmônico presente no primeiro ou segundo dispositivo elétrico, respectivamente. Isso é especi- almente útil no caso no qual o primeiro ou segundo dispositivo elétrico, res- 30 pectivamente, é um dispositivo CA, ou que unidades sejam adicionadas ao sistema auxiliar do dispositivo elétrico, que pode funcionar como uma fonte de sinais CA, tais como calibres de velocidade. Em uma concretização da invenção, a primeira quantidade elé- trica pode ser uma primeira voltagem e a segunda quantidade elétrica pode ser uma segunda voltagem. Em outra concretização da invenção, a primeira quantidade elétrica pode ser uma primeira corrente e a segunda quantidade 5 elétrica pode ser uma segunda corrente.

De acordo com uma concretização da invenção, duas ou mais características elétricas são determinadas para o dispositivo elétrico. A ca- racterística elétrica é um possível indicador para uma falha. Se mais de uma característica elétrica é determinada para exatamente a mesma parte do 10 primeiro dispositivo elétrico, a redundância é introduzida, o que aperfeiçoa a disponibilidade da detecção de falha. Se diferentes fontes de falha são moni- toradas por determinação das quantidades elétricas de diferentes dispositi- vos elétricos em uma instalação, interações desfavoráveis de um dispositivo saudável com um dispositivo falho podem ser impedidas, o que aumenta a 15 confiabilidade total da instalação.

Para monitorar mais de uma característica elétrica e alcançar o objeto da invenção, a unidade de injeção de frequência injeta um segundo sinal de teste, a uma segunda frequência principal, no primeiro circuito elétri- co ou em um segundo circuito elétrico, em que o segundo circuito elétrico é 20 conectado com um segundo dispositivo elétrico, e a unidade de conversão de sinal mede a primeira quantidade elétrica e a segunda quantidade elétri- ca, no primeiro ou segundo circuito elétrico, que resulta do segundo sinal de teste. O dispositivo de processamento determina uma segunda característica elétrica do primeiro ou segundo dispositivo elétrico das segunda voltagem e 25 corrente.

De acordo com uma concretização da invenção, a unidade de injeção de frequência é configurada para injetar pelo menos um terceiro sinal de teste, a uma terceira frequência principal, no primeiro circuito elétrico, a unidade de conversão de sinal é configurada para medir as primeira e se- 30 gunda quantidades elétricas no primeiro circuito elétrico resultante do tercei- ro sinal de teste, e a unidade de mistura é configurada para adicionar as medidas da primeira quantidade elétrica dos primeiro, segundo e terceiro sinais de teste, e, com base nela, gerar um primeiro sinal misto, para adicio- nar as medidas da segunda quantidade elétrica dos primeiro, segundo e ter- ceiro sinais de teste, e, com base nela, gerar um segundo sinal misto. Embo- ra, as informações nas seis medidas independentes sejam fornecidas à uni- 5 dade de processamento, apenas dois canais de entrada são necessários. Isso pode ser aplicado, por exemplo, para medir três impedâncias elétricas para aterrar três fases de uma linha de transmissão ou distribuição de ener- gia trifásica. Essa concretização ainda reduz os custos de hardware.

De acordo com uma concretização da invenção, a unidade de conversão de sinal é configurada para medir uma primeira voltagem e uma primeira corrente no primeiro circuito elétrico, em que as primeiras voltagem e corrente resultam do primeiro sinal de teste, e medir uma segunda volta- gem e uma segunda corrente no primeiro ou segundo circuito elétrico, em que as segunda voltagem e corrente resultam do segundo sinal de teste, e o dispositivo de processamento é configurado para determinar uma primeira impedância do primeiro dispositivo elétrico, das primeiras voltagem e corren- te, e uma segunda impedância do primeiro ou segundo dispositivo elétrico das segunda voltagem e corrente. Nessa concretização, a impedância da primeira unidade elétrica é determinada com base nas medidas de voltagem e corrente.

De acordo com uma concretização da invenção, a unidade de mistura compreende um primeiro amplificador, para amplificar o sinal da pri- meira medida de voltagem, e um segundo amplificador, para amplificar o sinal da segunda medida de voltagem, e em que os primeiro e segundo am- 25 plificadores são ligados em série, e a saída dos seus circuitos seriais é co- nectada ao primeiro canal de entrada analógico. A mesma disposição de amplificadores ligados em série pode ser usada para adicionar as medidas de corrente.

Os amplificadores ligados em série não apenas desempenham a tarefa de soma de sinais analógicos, mas servem também para ajustar as amplitudes das suas saídas, para corresponder à faixa de entrada do dispo- sitivo de processamento, uma vez que o valor de saída máximo possível dos amplificadores pode ser determinado pelas suas voltagens de suprimento. Vantajosamente, esse ajuste dos amplificadores pode ser variado e ajustado finamente para cada novo caso de uso, o que garante uma alta flexibilidade da unidade de mistura. Além disso, os amplificadores desacoplam as unida- 5 des de injeção e de conversão de sinal do dispositivo de processamento, de modo que têm um impacto mínimo entre si.

Em uma concretização alternativa, transformadores podem ser usados em vez de amplificadores na unidade de mistura. Os sinais das me- didas de voltagem ou corrente, respectivamente, são ligados aos enrolamen- 10 tos de entrada correspondentes de um transformador, e o primeiro ou se- gundo canal de entrada correspondente é conectado ao enrolamento de saí- da desse transformador. Os transformadores podem ser usados, ao mesmo tempo, para ajustar a amplitude das voltagens de saída à faixa de entrada do dispositivo de processamento, por seleção de uma razão de transforma- 15 ção adequada.

A disposição e o método de medida de quantidade elétrica de acordo com a invenção podem ser usados para detectar falhas no primeiro ou segundo dispositivo elétrico, por comparação da quantidade elétrica me- dida com um valor específico ou com uma faixa predefinida de quantidades 20 elétricas. Se a quantidade elétrica medida estiver muito longe do valor espe- cífico ou estiver fora da faixa predefinida, uma falha é detectada. A detecção de falha pode ser usada para diferentes fins de aplicação. Uma aplicação pode ser a detecção de falha de terra do primeiro ou segundo dispositivo elétrico, em que uma impedância para terra do respectivo dispositivo precisa 25 ser determinada. Se a parte real da impedância para terra cair abaixo de um valor predeterminado, uma falha de terra é detectada. Outra possível aplica- ção é a detecção de uma falha no primeiro ou segundo dispositivo elétrico, ainda antes do dispositivo ser energizado, por injeção dos primeiro e segun- do sinais de teste no dispositivo desenergizado. Isso reduz o risco de danos 30 graves, que podem ocorrer quando um dispositivo falho é conectado à sua fonte de energia.

No caso no qual o primeiro dispositivo elétrico é um gerador elé- trico trifásico, a medida de quantidade elétrica também pode ser usada para reconhecer um resistor neutro danificado no ponto de aterramento do gera- dor, uma condição que não danifica imediatamente o equipamento, mas po- de provocar um risco para as pessoas e uma tensão de voltagem excessiva 5 no equipamento, no caso de ocorrência de uma falha. Uma lógica de desli- gamento pode ser disposta para reagir ao valor da quantidade elétrica, em que a reação deve ser diferente, de acordo com o estado operacional de momento do gerador, tal como o estado em pausa, energizado ou o sincro- nizado.

Para aperfeiçoar a precisão de uma detecção de falha, que é

baseada na medida de quantidade elétrica, uma compensação temporária é proporcionada em uma concretização especial da invenção. Sob certas con- dições operacionais dos dispositivos elétricos, altas variações de temperatu- ra podem ocorrer, que influenciam, consideravelmente, a medida da quanti- 15 dade elétrica. Para que seja possível compensar as variações de temperatu- ra, sugere-se, portanto, de acordo com uma concretização o uso de um ou múltiplos meios de medida de temperatura, para determinar uma temperatu- ra operacional de pelo menos uma parte do primeiro e/ou segundo circuito elétrico, e em que o dispositivo de processamento usa a temperatura opera- 20 cional do respectivo circuito, para corrigir a primeira e/ou segunda voltagens e correntes. Sugere-se ainda medir diretamente a temperatura do primeiro e/ou segundo dispositivos elétricos.

Em uma concretização específica da invenção, a segurança de uma máquina elétrica trifásica é aperfeiçoada por monitoramento da condi- 25 ção falha do seu enrolamento de estator ou de rotor. Como descrito acima, o enrolamento de motor ou gerador elétrico trifásico pode ficar falho, devido ao envelhecimento ou dano mecânico do isolamento do enrolamento. Isso pode provocar uma falha interna, que pode se desenvolver em uma falha fase a fase grave ou um curto-circuito de espira a espira por meio de falhas de terra 30 simultâneas. Uma vez que essas falhas não são apenas perigosas, mas difí- ceis de reparar depois, é essencial detectar uma falha interna no enrolamen- to em um estágio inicial. Consequentemente, a primeira quantidade elétrica é medida no enrolamento do estator e a segunda quantidade elétrica é me- dida no enrolamento do rotor. O dispositivo de processamento compara a primeira quantidade elétrica com um primeiro valor predeterminado, para detectar uma falha no enrolamento do estator, e compara a segunda quanti- 5 dade elétrica com um segundo valor predeterminado, para detectar uma fa- lha no enrolamento do rotor.

Em outra concretização, a segurança de um gerador elétrico tri- fásico é aperfeiçoada por introdução de redundância na proteção do estator. Em uma possível disposição, a quantidade elétrica do estator é determinada 10 por injeção de dois sinais de teste em duas diferentes frequências de uma e da mesma unidade de injeção de sinal, e por medida e processamento a resposta usando diferentes partes da conversão de sinal e da unidade de mistura, bem como os diferentes canais de entrada e as diferentes entradas do dispositivo de processamento. Uma redundância total da proteção do es- 15 tator é obtida por duplicação da disposição de medida de quantidade elétrica integral, em que a disposição de medida de quantidade elétrica adicional injeta pelo menos um sinal de teste, a uma frequência diferente das frequên- cias injetadas pela primeira disposição. A primeira disposição pode ser então usada para executar, simultaneamente, proteção do estator e do rotor. Essa 20 concretização pode ser ainda estendida se a disposição de medida de quan- tidade elétrica adicional medir também as quantidades elétricas do estator e do rotor, de modo que os valores de quantidades elétricas redundantes são determinados para ambos o estator e o rotor.

Uma forma de proteção de estator é a proteção de falha de terra 25 de estator. Como descrito na técnica anterior, a proteção de falha de terra de estator é aplicável, se o estator da máquina elétrica trifásica for ligado em Y com um neutro terra. Para determinar duas quantidades elétricas de terra do estator, dois sinais de teste a diferentes frequências precisam ser injetados entre o neutro e o terra.

Além de medir uma impedância e reconhecer uma falha do seu

valor, a detecção de falha pode ser aperfeiçoada ou estendida por monito- ramento das próprias medidas de voltagem e corrente. Uma corrente zero indica, por exemplo, um circuito aberto, uma voltagem zero pode ser um erro na unidade de injeção para a qual alarmes adequados devem ser fornecidos. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção é descrita então por meio de exemplo, com referên- ' 5 cia aos desenhos em anexo, em que:

a Figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma disposição para determinar as quantidades elétricas de terra dos enrolamentos de esta- tor e de rotor de um gerador trifásico;

a Figura 2 mostra um fluxograma de um método para determinar duas quantidades elétricas;

a Figura 3 mostra a disposição da Figura 1, em que a disposição foi duplicada para medir as quantidades elétricas redundantes do estator e do rotor; e

a Figura 4 mostra a disposição da Figura 1 com os transforma- dores de voltagem em lugar os amplificadores.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

Nos exemplos apresentados a seguir, a impedância é determi- nada com base nas medidas de voltagem e corrente. No entanto, a invenção não é limitada para determinar à impedância. É também possível determinar uma função de transferência com base em duas medidas de voltagem ou de duas medidas de corrente.

A Figura 1 mostra um gerador trifásico 1, com os seus enrola- mentos de estator 2 e os seus enrolamentos de rotor 28. Os enrolamentos 25 de estator 2 são conectados em Y e o neutro 3 é aterrado pela unidade de aterramento de máquina 4. Um transformador de voltagem 5 é usado para transformar as voltagens no circuito de aterramento de estator para baixo a um nível mensurável. Em vez do transformador de voltagem 5, pode-se usar um transformador delta aberto. A combinação da unidade de aterramento de 30 máquina 4 e o transformador de voltagem 5 é considerada a seguir como um primeiro circuito elétrico 10 sendo conectado com os enrolamentos de esta- tor 2, em que os enrolamentos de estator 2 representam um primeiro dispo- sitivo elétrico. Os enrolamentos de rotor 28 do rotor 27 do gerador 1 são co- nectados por meio de dois anéis deslizantes 29 a um excitador 32. Os enro- lamentos de rotor 28 são considerados como um segundo dispositivo elétri- co. Um segundo circuito elétrico 30 é conectado aos enrolamentos de rotor ' 5 28, que é formado do excitador 32 e de um capacitor de acoplamento 31.

Uma disposição 6 é usada para medir a impedância do neutro para a terra do estator, para detectar uma falha de terra interna dos enrola- mentos de estator 2. A disposição 6 compreende uma unidade de conversão de sinal 7, que compreende, por sua vez, uma unidade de injeção de sinal 8. A unidade de injeção de sinal 8 gera um primeiro sinal de teste t-ι, a uma primeira frequência principal f1f e um segundo sinal de teste t2, a uma se- gunda frequência principal f2. Os sinais podem ser, no caso mais simples, ser sinais senoidais, isto é, a respectiva frequência principal f-i ou f2 é a única frequência contida no sinal. Mas podem ter também qualquer outra forma adequada, compreendendo frequências múltiplas, com uma frequência do- minante fi ou f2, como, por exemplo, um sinal de pulso retangular. As fre- quências principais U e f2 são selecionadas para ser assincronas a qualquer outro harmônico presente no gerador 1, de modo que as frequências princi- pais fi e f2 são distinguíveis e podem ser coletadas do espectro de sinais mensuráveis nos enrolamentos de estator 2.

O primeiro sinal de teste ti é aplicado por meio da conexão 9 ao lado de baixa voltagem do primeiro circuito elétrico 10, injetando, desse mo- do, o sinal de teste ti no primeiro circuito elétrico 10. O segundo sinal X2 é injetado pela conexão 33 no segundo circuito elétrico 30, e, desse modo, nos 25 enrolamentos de rotor 28. Essa é a etapa inicial 19 de um método para de- terminar as quantidades elétricas dos enrolamentos de estator 2 e dos enro- lamentos de rotor 28, como ilustrado na Figura 2. A resposta dos enrolamen- tos de estator 2 ao primeiro sinal de teste ti e a resposta dos enrolamentos de rotor 28 ao segundo sinal de teste t2 são medidas pela unidade de con- 30 versão de sinal 7, que é conectada pelas linhas de conexão 11 com o primei- ro circuito elétrico 10 e pela linha 33 com o segundo circuito elétrico 30. Os sinais de voltagem analógicos correspondentes, representando a voltagem e a corrente medidas das respostas são, respectivamente, a saída, como uma primeira medida de voltagem Ui e a primeira medida de corrente l-ι, e como uma segunda medida de voltagem U2 e como a segunda medida de corrente I2. A etapa do método correspondente 20 é mostrada na Figura 2.

“ 5 As quatro medidas são transmitidas para uma unidade de mistu-

ra 13, que compreende um circuito serial de um primeiro e um segundo am- plificadores 14 e 15, e outro circuito serial de um terceiro e um quarto ampli- ficadores 36 e 37. A primeira medida de voltagem Ui é introduzida no primei- ro amplificador 14 e a segunda medida de voltagem U2 é introduzida no se- 10 gundo amplificador 15. Uma vez que a saída do circuito serial dos primeiro e segundo amplificadores é conectada a um primeiro canal de entrada analó- gico 16, uma soma das primeira e segunda voltagens de saída U1 e U2 é feita, gerando, desse modo, um sinal resultante S-ι. A etapa do método cor- respondente é referida como a etapa 21. A mesma soma é feita para as pri- 15 meira e segunda medidas de corrente h e I2, por meio do terceiro amplifica- dor 36 e quarto amplificador 37. Isto também é ilustrado pela etapa 22. O sinal resultante S2 é transmitido para um segundo canal de entrada análogo I7-

Um dispositivo de processamento 18 é conectado aos primeiro e 20 segundo canais de entrada analógicos 16 e 17, para receber os sinais mis- tos Si e S2. O dispositivo de processamento 18 decompõe o primeiro sinal misto S-ι, para obter as primeira e segunda medidas de voltagem Ui e U2, e decompõe o segundo sinal misto S2, para obter as primeira e segunda medi- das de corrente e I2. A decomposição pode ser, por exemplo, feita como 25 descrito em "Straight Dielectric Response Measurements with High Precisi- on", por J. Hedberg e T. Bengstsson, Nord-IS 2005, artigo 27.

Os quatro sinais de voltagem e corrente são então analisados e processados pelo dispositivo de processamento 18, para executar as etapas descritas a seguir. Das primeira e segunda medidas de voltagem e corrente, 30 as primeira e segunda frequências principais fi e f2 são colhidas, obtendo-se, desse modo, fasores das primeira e segunda voltagens e correntes nas res- pectivas frequências U1 (f-ι), U2 (f2), Ii (f-ι), I2 (f2). Isso é ilustrado na Figura 2 pelas etapas 23 e 24.

Dos primeiros fasores de voltagem e corrente Ui (f-ι) e J1 (f-i), uma primeira impedância Z1 é calculada de acordo com a etapa 25, que re- presenta, no caso da Figura 1, a impedância do enrolamento de estator 2, e dos segundo fasores de voltagem e corrente Ug (Í2) e \g (h), uma segunda impedância Z2 é calculada de acordo com a etapa 26, que representa a im- pedância do enrolamento de rotor 28. Depois, as duas quantidades elétricas são usadas para detecção de falha, por comparação delas com os respecti- vos valores predeterminados. A impedância Z1 ou Zg, que tem uma parte real menor do que o valor predeterminado, indica uma falha de terra do respecti- vo enrolamento. Medidas adequadas podem ser então iniciadas pelo dispo- sitivo de processamento 18, para impedir qualquer dano sério do gerador 1, como, por exemplo, a emissão de um sinal de desligamento. Como pode-se notar, o mérito da invenção é, nesse caso de aplicação, que os enrolamen- tos de estator e de rotor podem ser detectados, enquanto usando apenas dois canais de entrada analógicos 16 e 17.

A Figura 3 mostra os mesmos elementos da Figura 1. Adicio- nalmente, o dispositivo de processamento 18 mostra uma outra entrada 42, para ilustrar que o dispositivo de processamento 18 executa tarefas adicio- 20 nais do que a medida de quantidade elétrica e a detecção de falha de terra de estator e rotor. Essas tarefas adicionais podem ser várias funções de pro- teção e/ou controle de gerador conhecidas na técnica. Na Figura 3, um outro dispositivo de processamento 43, uma outra unidade de injeção de sinal 44, integrada em outra unidade de conversão de sinal 45, são proporcionados 25 em uma disposição 46, para executar uma detecção de falha redundante de enrolamentos de estator e de rotor. Para medir uma terceira impedância Z2 nos enrolamentos de estator 2, um terceiro sinal de teste t3, a uma terceira frequência principal f3, é injetado nos enrolamentos de estator 2 por um ter- ceiro circuito elétrico 47, contendo um transformador de voltagem 48. E a 30 impedância redundante dos enrolamentos de rotor 28 é medida como uma quarta impedância Zá da resposta a um quarto sinal de teste t4, a uma quarta frequência principal f4, que é injetada nos enrolamentos de rotor 28 por um quarto circuito elétrico 49, contendo um capacitor de acoplamento 50, sendo conectado ao excitador 32. Em uma outra unidade de mistura 51, as terceira e quarta medidas de voltagem e corrente U3, U4, I3, I4 são fornecidas analo- gamente à unidade de mistura 13. As medidas de voltagem somadas são 5 então transmitidas, como um terceiro sinal misturado S3, para o outro dispo- sitivo de processamento 43, por meio de um terceiro canal de entrada ana- lógico 52, e as medidas de corrente somadas são transmitidas, como um quarto sinal misturado S4, por meio de um quarto canal de entrada analógico

53. O outro dispositivo de processamento 43 detecta uma falha de terra nos enrolamentos de estator e de rotor dos terceiro e quarto sinais mistos S3 e

54, do mesmo modo que o dispositivo de processamento 18 dos primeiro e segundo sinais mistos Si e S2. Ambos os dispositivos de processamento 18 e 43 geram, respectivamente, um sinal de desligamento 54 e 55, que é de- pois conectado por OR em uma unidade lógica 56, para gerar um sinal de

desligamento de saída 57, que inicia a desconexão do gerador da sua fonte de energia.

A Figura 4 mostra o mesmo sistema da Figura 1, para determi- nar as quantidades elétricas dos enrolamentos de estator 2 e dos enrola- mentos de rotor 28. Mas, em vez dos dois amplificadores 14 e 15, a unidade 20 de mistura 13 compreende um primeiro transformador de voltagem 34 e um segundo transformador de voltagem 35. À parte disso, a unidade de conver- são de sinal 7 e a unidade de injeção de sinal 8 são ilustradas mais detalha- das do que nas Figuras 1 e 3.

A unidade de injeção 8 compreende um primeiro oscilador 38, 25 para produzir o primeiro sinal de teste ti, para os enrolamentos de estator 2, e um segundo oscilador 39, para produzir o segundo sinal de teste t2, para os enrolamentos de rotor 28. Ambos os sinais de teste são de forma retan- gular. A primeira medida de voltagem Ui dos enrolamentos de estator 2 e a segunda medida de voltagem U2 dos enrolamentos de rotor 28 são medidas 30 diretamente pelos osciladores 38 e 39, respectivamente. Para obter a primei- ra medida de corrente I1 ea segunda medida de corrente I2, as derivações de corrente 40 e 41 são dispostas em série com os osciladores correspon- dentes 38 e 39, respectivamente.

As linhas das primeira e segunda medidas de voltagem U2 e U2 são conectadas a dois enrolamentos de entrada do primeiro transformador de voltagem 34, e 0 primeiro canal de entrada 16 é conectado a seu enrola- ' 5 mento de saída. As linhas das primeira e segunda medidas de corrente li e

I2 são conectadas aos dois enrolamentos de entrada do segundo transfor- mador de voltagem 35, e o segundo canal de entrada 17 é conectado ao seu enrolamento de saída. O processamento dos sinais mistos Si e S2 é feito pelo dispositivo de processamento 18, do mesmo modo como descrito com relação à Figura 1.

Claims

1. Disposição para determinar pelo menos uma característica elétrica de um dispositivo elétrico (1), a disposição compreendendo: - uma unidade de injeção de sinal (8) configurada para injetar um primeiro sinal de teste (t-ι), a uma primeira frequência principal (f-ι) em um primeiro circuito elétrico (10), e injetar um segundo sinal de teste (t2), a uma segunda frequência principal (f2) no primeiro circuito elétrico (10) ou em um segundo circuito elétrico (30); - uma unidade de conversão de sinal (7) configurada para medir uma primeira e uma segunda quantidades elétricas no primeiro circuito elé- trico, resultantes do primeiro sinal de teste (ti), e medir as primeira e segun- da quantidades elétricas no primeiro (10) ou segundo circuito elétrico (30), resultantes do segundo sinal de teste (t2); e - um dispositivo de processamento incluindo pelo menos dois canais de entrada analógicos (16, 17), configurados para receber as ditas quantidades elétricas medidas e determinar a dita característica elétrica, com base nas quantidades elétricas medidas, caracterizada pelo fato de que a disposição compreende: - uma unidade de mistura (13) configurada para: adicionar as medidas (U-ι, U2) da primeira quantidade elétrica resultante dos primeiro e segundo sinais de teste, e, com base nelas, gerar um primeiro sinal misto; adicionar as medidas (li, I2) da segunda quantidade elétrica re- sultante dos primeiro e segundo sinais de teste, e, com base nelas, gerar um segundo sinal misto; e suprir o primeiro sinal misto a um primeiro canal de entrada do dispositivo de processamento e suprir o segundo sinal misto a um segundo canal de entrada do dispositivo de processamento, e - o dispositivo de processamento é configurado para decompor os sinais mistos, para obter as medidas das primeira e segunda quantidades elétricas.

2. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, em que a carac- terística elétrica é uma impedância ou uma função de transferência.

3. Disposição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a primeira quantidade elétrica é qualquer uma de voltagem ou corrente, e a segunda quantidade elétrica é qualquer uma de voltagem ou corrente.

4. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a unidade de injeção de frequência (8) é configurada para injetar pelo menos um terceiro sinal de teste, a uma terceira frequência principal no primeiro circuito elétrico (10), a unidade de conversão de sinal (7) é configu- rada para medir as primeira e segunda quantidades elétricas no primeiro circuito elétrico (30), resultantes do terceiro sinal de teste (Í2), e a unidade de mistura (13) é configurada para adicionar as medidas da primeira quantidade elétrica dos primeiro, segundo e terceiro sinais de teste, e, com base neles, gerar o primeiro sinal misto, para adicionar as medidas da segunda quanti- dade elétrica dos primeiro, segundo e terceiro sinais de teste, e, com base neles, gerar o segundo sinal misto.

5. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a dita unidade de conversão de sinal (7) é configurada para me- dir uma primeira voltagem (U1 (f-ι)) e uma primeira corrente Q1 (f-ι)) no primei- ro circuito elétrico, em que as primeiras voltagem (U1 (f-ι)) e corrente Q1 (fi)) resultam do primeiro sinal de teste (ti), e medir uma segunda voltagem (U2 (f2)) e uma segunda corrente Q2 (f2)) no primeiro (10) ou segundo circuito elétrico (30), em que as segundas voltagem (U2 (f2)) e corrente Q2 (f2)) resul- tam do segundo sinal de teste (t2), e o dito dispositivo de processamento é configurado para determinar uma primeira impedância (Z1) do primeiro dis- positivo elétrico (2) das primeiras voltagem QJ1 (f-ι)) e corrente Q1 (f-ι)), e uma segunda impedância (Z2) do primeiro (2) ou do segundo dispositivo elétrico (28) das segundas voltagem QJ2 (f2)) e corrente Q2 (f2)).

6. Disposição, de acordo com a reivindicação 5, em que a uni- dade de mistura (13) compreende um primeiro amplificador (14), para ampli- ficar o sinal da primeira medida de voltagem (Ui), e um segundo amplificador (15), para amplificar o sinal da segunda medida de voltagem (U2), e em que os primeiro (14) e segundo (15) amplificadores são conectados em série, e a saída dos seus circuitos seriais é conectada ao primeiro canal de entrada analógico (16).

7. Disposição, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que a unidade de mistura (13) compreende um terceiro amplificador (36), para am- plificar o sinal da primeira medida de corrente (h), e um quarto amplificador (37), para amplificar o sinal da segunda medida de corrente (I2), e em que o terceiro (36) e o quarto (37) amplificadores são conectados em série, e a saída dos seus circuitos seriais é conectada ao segundo canal de entrada analógico (17).

8. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, em que a unidade de mistura (13) compreende um primeiro trans- formador de voltagem (34), com a primeira (U-ι) e a segunda (U2) medidas de voltagem como entradas e com uma conexão ao primeiro canal de entrada analógico (16), como saída.

9. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, em que a unidade de mistura (13) compreende um segundo trans- formador de voltagem (35), com a primeira (l-ι) e a segunda (I2) medidas de corrente como entradas e com uma conexão ao segundo canal de entrada analógico (17), como saída.

10. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações1a 9, em que, no caso em que o primeiro (2) e/ou o segundo (28) dispositivo elétrico é um dispositivo CA, as primeira (f-ι) e a segunda (f2) frequências principais são frequências fora das nominais do primeiro (2) e/ou do segundo (28) dispositivo elétrico, respectivamente.

11. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações1a 10, compreendendo um meio de medida de temperatura, para determi- nar uma temperatura operacional de pelo menos uma parte do primeiro (10) e/ou do segundo circuito elétrico (30), e em que o dispositivo de processa- mento usa a temperatura operacional do respectivo circuito para corrigir as primeiras (Ui (f-ι), I1 (f-ι)) e/ou segundas (U2 (f2), I2 (f2)) voltagens e correntes.

12. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações1a 11, adicionalmente compreendendo um meio de medida de temperatura, para determinar uma temperatura operacional do primeiro (2) e/ou do se- gundo (28) dispositivo elétrico, e em que o dispositivo de processamento usa a temperatura operacional do respectivo dispositivo para corrigir as primeiras (U-i(f-i), l-i(f-i)) e/ou segundas (U2Q2), I2Q2)) quantidades elétricas.

13. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, em que a unidade de injeção de sinal (8) injeta o primeiro (t-ι) e/ou o segundo (t2) sinais de teste, por meio de um transformador de voltagem, no primeiro (2) ou segundo dispositivo elétrico.

14. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que a unidade de injeção de sinal (8) injeta 0 primeiro (t-ι) e/ou o segundo (t2) sinais de teste, por meio de um transformador delta aberto, no primeiro ou segundo dispositivo elétrico.

15. Disposição, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, em que o primeiro ou segundo dispositivo elétrico é um dispositivo de energia, e a unidade de injeção de sinal (8) injeta o primeiro (ti) e/ou o segundo (t2) sinal de teste em pelo menos uma fase do dispositivo de energia.

16. Disposição, de acordo com a reivindicação 5, em que 0 pri- meiro dispositivo elétrico (2) é o enrolamento de estator de uma máquina elétrica trifásica e em que o segundo dispositivo elétrico (28) é o enrolamen- to de rotor da máquina, e em que o dispositivo de processamento (18) com- para a primeira impedância (Z1) com um primeiro valor predeterminado, para detectar uma falha no enrolamento de estator, e a segunda impedância (Z2) com um segundo valor predeterminado, para detectar uma falha no enrola- mento de rotor.

17. Disposição, de acordo com a reivindicação 16, em que os enrolamentos de estator são conectados em Y com um neutro aterrado, e em que a unidade de injeção (8) injeta 0 primeiro sinal de teste (t-ι) entre o neutro e a terra.

18. Disposição, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, em que a unidade de injeção (8) injeta 0 segundo sinal de teste (t2) por um capacitor (31) no circuito de excitação dos enrolamentos de rotor.

19. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 16 a 18, em que a redundância é obtida por: uma outra unidade de injeção de sinal (44), que injeta um tercei- ro sinal de teste(t3), a uma terceira frequência principal (f3), em um terceiro circuito elétrico (47), que é conectado com os enrolamentos de estator; uma outra unidade de conversão de sinal (45), que mede uma terceira voltagem (U3(f3)) e uma terceira corrente (l3(f3)), resultantes do ter- ceiro sinal de teste (t3); e um outro dispositivo de processamento (43), que determina uma terceira impedância (Z3) das terceiras voltagem (U3(f3)) e corrente (l3(f3)).

20. Método para determinar uma característica elétrica de um dispositivo elétrico, compreendendo: injetar um primeiro sinal de teste (t-ι), a uma primeira frequência principal (fi), em um primeiro circuito elétrico (10); injetar um segundo sinal de teste (t2>, a uma segunda frequência principal (f2), em um primeiro circuito elétrico (10) ou em um segundo circuito elétrico (30); medir uma primeira e uma segunda quantidades elétricas no primeiro circuito elétrico, resultantes do primeiro sinal de teste (t-i); medir a primeira e a segunda quantidades elétricas no primeiro (10) ou do segundo circuito elétrico (30), resultantes do segundo sinal de teste (t2); adicionar as medidas (Ui, U2) da primeira quantidade elétrica, resultantes dos primeiro e segundo sinais de teste, e, com base nelas, gerar um primeiro sinal misto; adicionar as medidas (l-ι, I2) da segunda quantidade elétrica, re- sultantes dos primeiro e segundo sinais de teste, e, com base nelas, gerar um segundo sinal misto; suprir o primeiro sinal misto a um primeiro canal de entrada de um dispositivo de processamento; suprir o segundo sinal misto a um segundo canal de entrada do dispositivo de processamento; receber as ditas quantidades elétricas medidas por meio de dois canais de entrada analógicos (16, 17) já mencionados; decompor os sinais mistos para obter as medidas das primeira e segunda quantidades elétricas; e determinar a dita característica elétrica com base nas quantida- - des elétricas medidas.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, em que compre- ende: medir uma primeira voltagem (Ui(f-i)) e uma primeira corrente (h(fi)) no primeiro circuito elétrico, em que as primeira voltagem (Ui(fi)) e corrente (li(fi)) resultam do primeiro sinal de teste (t-ι), medir uma segunda voltagem (U2(f2)) e uma segunda corrente (!2^2)) no primeiro (10) ou no segundo cir- cuito elétrico (30), em que as segunda voltagem (U2(f2)) e corrente (l2(f2)) resultam do segundo sinal de teste (t2), adicionar a primeira (U-ι) e a segun- da (U2) medidas de voltagem, adicionar a primeira (h) e a segunda (I2) medi- das de corrente, obter as primeira (U-i(fi)) e segunda (U2(f2)) voltagens do sinal misto (S-ι) do primeiro canal de entrada analógico (16), e as primeira (li(fi)) e segunda (l2(f2)) correntes do sinal misto (S2) do segundo canal de entrada analógico (17), determinar uma primeira impedância (Z-ι) do primeiro dispositivo elétrico (2) das primeiras voltagem (Ui(fi)) e corrente (li(fi)), e determinar uma segunda impedância (Z2) do primeiro (2) ou do segundo dis- positivo elétrico (28) das segundas voltagem (U2(f2)) e corrente (l2(f2))

22. Método de acordo com a reivindicação 21, em que a primeira (Zi) e a segunda (Z2) quantidades elétricas são determinadas antes do pri- meiro (2) ou do segundo (28) dispositivo elétrico ser energizado.