BRPI0903808A2

BRPI0903808A2 - process and device for detecting and measuring ultraviolet corona effect

Info

Publication number: BRPI0903808A2
Authority: BR
Inventors: Francis Rumenos Piedade
Original assignee: Varixx Ind Eletrenica Ltda
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2011-03-01

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DETECçãO E MEDIçãO DE EFEITO CORONAPOR RADIAçãO ULTRA-VIOLETA. De acordo com a presente invenção, um sensor especial, com capacidade de detecção à distância, sem contato, de radiação ultra-violeta detectando e medindo eventual ocorrência de efeito corona ou descarga parcial em equipamentos elétricos de baixa, média ou alta voltagem, infonnando linearmente o nível de potência irradiada, sendo portanto um equipamento preditivo, evitando ocorrências catastróficas no futuro e monitorando o envelhecimento dos materiais isolantes e deterioração da capacidade isolante do ar e outros materiais por umidade e outros fatores, sendo que cada relé de proteção ou medição pode ser ligado a até 100 sensores em rede serial com fios ou rede de rádio. Correntes de fuga geram radiação ultra-violeta proporcional acorrente, a qual é detectada e medida pelo sensor, convertida para digital, e transmitida, juntamente com o número do sensor, por uma rede de alta velocidade, com fios ou por rádio. Deste modo consegue-se encadear múltiplos sensores, em uma única rede digital. O sistema consegue deste modo substituir com muitas vantagens sensores atualmente utilizados que detectam descargas parciais com capacitores de média tensão especiais, microfones de detecção de ultra-som e câmeras digitais, muito caras, que podem medir somente um equipamento e não múltiplos como no equipamento e processo proposto, o qual pode ser aplicado inclusive em ambientes iluminados e até em ambientes externos, sendo mais preciso e muito mais práticos e baratos que os sensores presentemente utilizados em outros sistemas, protegendo bens ateriais e vidas humanas, pela indicação precisa de problemas antes da ocorrência de cidentes graves ou catastróficos.PROCESS AND DEVICE FOR DETECTION AND MEASUREMENT OF CORONAPOR ULTRAVIOLET RADIATION. In accordance with the present invention, a special non-contact remote sensing ultraviolet sensor capable of detecting and measuring the occurrence of corona effect or partial discharge in low, medium or high voltage electrical equipment, linearly infusing irradiated power level, thus being a predictive equipment, avoiding catastrophic occurrences in the future and monitoring the aging of insulating materials and deterioration of the insulating capacity of air and other materials by moisture and other factors, each protective or measuring relay being capable of being measured. up to 100 sensors in wired serial network or radio network. Leakage currents generate current proportional ultraviolet radiation, which is detected and measured by the sensor, converted to digital, and transmitted, along with the sensor number, over a high-speed wired network or radio. This way it is possible to chain multiple sensors in a single digital network. The system is thus able to replace with many advantages currently used sensors that detect partial discharges with special medium voltage capacitors, ultrasound detection microphones and very expensive digital cameras that can measure only one equipment and not multiple as in the equipment and proposed process, which can be applied even in bright and even outdoor environments, being more accurate and much more practical and cheaper than the sensors currently used in other systems, protecting earthly goods and human lives by accurately indicating problems before occurrence of serious or catastrophic accidents.

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO E MEDIÇÃO DE EFEITOCORONA POR RADIAÇÃO ULTRA-VIOLETA"."PROCESS AND DEVICE FOR ULTRAVIOLET RADIATION EFFECTOCORONE DETECTION AND MEASUREMENT".

A presente invenção refere-se a um processo e dispositivos para detecção emedição de efeito Corona por detecção de radiação no comprimento de onda na faixa deultra-violeta, com múltiplos sensores ligados em rede serial ou wireless, em painéiselétricos de alta, media ou baixa voltagem, transformadores, subestações de energia eoutros. O sistema apresentado pode informar a deterioração de materiais isolantes ouisolação marginal entre equipamentos energizados com diferentes potenciais ou entrepartes energizadas e componentes aterrados, evitando que futuros arcos voltaicos, osquais apresentam elevadíssima energia, destruam o equipamento e coloque em riscovidas de operadores, sendo deste modo uma medida preventiva e não corretiva,auxiliando a programação de manutenção ou mesmo desligando automaticamente oequipamento dependendo do nível de radiação ultra-violeta.The present invention relates to a method and devices for detecting Corona effect measurement by detecting wavelength radiation in the ultra-violet band, with multiple sensors connected in serial or wireless network, in high, medium or low voltage electrical panels. , transformers, power substations and others. The presented system can inform the deterioration of insulating materials or marginal isolation between energized equipment with different potentials or between energized parts and grounded components, preventing future arcs, which present very high energy, destroy the equipment and endanger operators. preventive and non-corrective measure, aiding maintenance scheduling or even automatically shutting down the equipment depending on the level of ultraviolet radiation.

Atualmente para se detectar efeito corona ou descargas parciais se utilizamsistema com capacitores especiais, que são caros e grandes, ou sensores de ultra-som, osquais podem detectar os micro ruídos ocasionados pelas descargas parciais, sendo estemétodo realizado por equipamentos caros e não tão precisos por sofrer interferências deruídos ultra-sonicos externos ao sistema, não sendo ideal para monitoramento em temporeal e continuamente, o que representa uma desvantagem clara. A interferência de ruídosexternos ao sistema pode impedir o uso deste tipo de equipamento, por ultra-som emdeterminados ambientes. Outro método de medição existente, mas extremamente caro enão passível de ser utilizado, em tempo real, para monitoramento constante em toda avida útil do equipamento, são câmeras de medição de ultravioletas, somente acessíveis eutilizáveis em laboratórios de testes. Os detectores usados atualmente são portantomicrofones sensíveis mas não imunes a interferências e que só detectam descargasparciais em isolantes, não medindo efeito corona ou câmeras que informamgrafícamente a ocorrência de efeito corona. No caso de sondas capacitivas especiais, osmesmos são caros volumosos e se prestam para detecção de descargas parciais e não paramedição do efeito corona em si.Currently to detect corona effect or partial discharges using a system with special capacitors, which are expensive and large, or ultrasound sensors, which can detect the micro noise caused by partial discharges, being this method performed by expensive and not so accurate equipment. noise interference from outside the system is not ideal for temporary and continuous monitoring, which is a clear disadvantage. Interference from outside noise may prevent the use of this equipment by ultrasound in certain environments. Another existing, but extremely expensive and not usable, real-time measurement method for constant monitoring throughout the life of the equipment is ultraviolet measuring cameras, only accessible and usable in testing laboratories. The detectors currently used are non-interference sensitive microphones that only detect partial discharges in insulators, measuring no corona effect or cameras that graphically report the occurrence of a corona effect. In the case of special capacitive probes, the same ones are bulky expensive and are suitable for detection of partial discharges and non-measurement of the corona effect itself.

O presente processo e dispositivo apresentado realiza detecção e medição deradiação ultra-violeta, que caracteriza o efeito corona, permitindo utilização emambientes iluminados tanto pela luz artificial como natural, inclusive em áreas externas,desde que não apontado diretamente para o sol. Como se sabe, correntes de fuga entreequipamentos energizados, as quais ocorrem quando o potencial de tensão entre doispontos é maior que a capacidade de isolação do dielétrico em questão, emitem radiaçãoultra-violeta a qual pode ser detectada e medida linearmente pelo sensor proposto. Aprincipal inovação no presente dispositivo e processo, é o fato de que os sensores, micro-processados, detectam e medem com precisão a radiação ultra-violeta, noscomprimentos de onda caracterizados como A, B ou C, não sendo perturbado pela luzvisível ou por ruídos eletromagnéticos ou ultra-sonicos. Outra grande vantagem é que acomunicação entre os sensores e o dispositivo digital de indicação e proteção é feita porsinais digitais muito menos suscetíveis a interferências e que possibilitam deste modoligação de até 1OO sensores em um único dispositivo indicador sendo ideal para proteçãode sistema grandes e complexos com baixo custo. Uma vantagem inerente amonitoração de efeito corona é que o mesmo é preditivo, podendo detectar falhas antesde ocorrer problemas mais sérios com o equipamento e medindo o envelhecimento demateriais isolantes, por umidade e outros fatores que poderiam levar a uma ocorrênciacatastrófica no futuro. O grande ângulo de detecção, na faixa de 60° a 80° permitemproteger e monitorar uma grande área ou volume por sensor. Um único relê específicocom indicação digital pode indicar linearmente com calibração de Watt/Unidade de áreaou outra unidade de medida, os sinais de até 100 sensores conectados em uma únicaserial, com fios, padrão RS485 ou rede sem fio via radio.The present process and device presented performs detection and measurement of ultraviolet radiation, which characterizes the corona effect, allowing the use of environments illuminated by both artificial and natural light, including outside, as long as it does not point directly at the sun. As is well known, energized equipment leakage currents, which occur when the voltage potential between two points is greater than the insulation capacity of the dielectric in question, emit ultra violet radiation which can be detected and measured linearly by the proposed sensor. A major innovation in the present device and process is the fact that microprocessor sensors accurately detect and measure ultraviolet radiation at wavelengths characterized as A, B or C and are not disturbed by visible light or noise. electromagnetic or ultrasonic. Another great advantage is that the communication between the sensors and the digital indication and protection device is made by digital signals that are much less susceptible to interference and enable this modulation of up to 100 sensors in a single indicating device, being ideal for protection of large and complex systems with low cost. An inherent advantage of corona monitoring is that it is predictive and can detect failures before more serious equipment problems occur and by measuring the aging of insulating materials, moisture and other factors that could lead to catastrophic occurrence in the future. The wide detection angle in the range of 60 ° to 80 ° allows you to protect and monitor a large area or volume per sensor. A single digital-specific relay can linearly indicate with Watt / Unit Calibration or another unit of measurement signals from up to 100 sensors connected in a single serial, wired, RS485 standard or wireless radio network.

O processo se baseia no principio de se medir a energia ultra-violeta irradiada pelacorrente elétrica de fuga. Cada sensor é endereçado por um número exclusivo na rede, oqual é parametrizado conectando-se o mesmo na fase de instalação do sistema, a umcomputador portátil, tipo laptop, com software exclusivo que reconhece o sensor, testa omesmo em tempo real e parametriza o mesmo com dados enviados para sua memórianão volátil.The process is based on the principle of measuring the ultraviolet energy radiated by the leakage current. Each sensor is addressed by a unique number on the network, which is parameterized by connecting it at the system installation stage to a portable laptop computer with unique software that recognizes the sensor, tests it in real time and sets the same. with data sent to your nonvolatile memory.

Na figura 1 pode se observar o sensor (1) com seus módulos principais internos asaber: o detector propriamente dito (2) o qual possui um micro-processadorincorporado, o micro-controlador (3) e a interface de tratamento dos sinais digitais (4) aqual possui duas portas de comunicação, sendo uma delas uma porta Mini USB (5) paraligação com laptops, para parametrização e testes e uma porta RS485 serial (6) paraligação de até 100 sensores em uma mesma rede de uma mesmo relê de detecção emonitoramento.Figure 1 shows the sensor (1) with its internal main modules: the detector (2) which has a built-in microprocessor, the microcontroller (3) and the digital signal processing interface (4). ) aqual has two communication ports, one of which is a Mini USB port (5), which is paralleled with laptops, for parameterization and testing, and one RS485 serial (6) port, which can be connected to up to 100 sensors in the same network of the same detection and monitoring relay. .

Na figura 2 pode-se observar a topologia do sensor, tubular, podendo entretantoser construído com outros formatos. Pode-se perceber o corpo metálico (1), a área comrosca e porcas (2) para permitir a fixação em suportes, a cabeça do detector de ultra-violeta (3), o cabo da rede RS485 para ligação em rede dos sensores (4) e a tampa traseiraonde se encontra também o conector mini USB (5).Figure 2 shows the tubular sensor topology, which can be constructed with other shapes. You can see the metal body (1), the threaded area and nuts (2) for mounting on brackets, the ultraviolet detector head (3), the RS485 network cable for sensor networking ( 4) and the back cover where the mini USB connector (5) is also located.

Na figura 3 pode-se observar o sensor visto pela lado da tampa traseira, onde sepode perceber as seguintes partes: Corpo do sensor (1), parte afunilada frontal, a qualaloja o detector de ultra-violetas (2), porta mini USB (3) para ligação a laptop paraparametrização, cabo múltiplo com 4 condutores mais blindagem (5) que recebealimentação e transmite sinais digitais em rede.In figure 3 you can see the sensor seen from the side of the back cover, where you can notice the following parts: Sensor body (1), front tapered part, which houses the ultraviolet detector (2), mini USB port ( 3) for connection to laptop for parameterization, 4-conductor multiple cable plus shield (5) that receives power and transmits digital signals in network.

Na figura 4 pode-se observar a topologia da rede com fios para múltiplossensores, podendo se observar os corpos dos sensores (1), (5) e (9), com suas partesinternas principais identificadas como sendo os detectores (2) e (6), micro-controladores(3) e 7) e intefaces de sinais (4) e (8), alem da fonte externa de alimentação (10) e os doiscabos discretos da rede em porta padrão RS485 (11).Figure 4 shows the topology of the multi-sensor wired network, and the bodies of the sensors (1), (5) and (9) can be observed, with their main internal parts identified as detectors (2) and (6). ), microcontrollers (3) and 7) and signal interfaces (4) and (8), in addition to the external power supply (10) and discrete RS485 port network discrete doubles (11).

Na figura 5 pode-se observar a topologia de aplicação, com um relê digital dosistema, com software especial (1), a rede com cabos múltiplos (2) com dois fios paraalimentação, dois para sinais e uma blindagem, compondo um único cabo comblindagem e os sensores((3), (4), (5) e (6) que na verdade pode ser de 1 a 100 sensoresconectados em um único relê.Figure 5 shows the application topology, with a digital system relay, with special software (1), the multi-cable network (2) with two wires for power supply, two for signals and one shield, making up a single shielded cable. and sensors (3), (4), (5) and (6) which can actually be from 1 to 100 sensors connected in a single relay.

Na figura 6, pode-se observar o sensor com rede de rádio wireles, sem fio, ondese pode observar o corpo do sensor (1), a parte frontal afunilada contendo o detector deultravioleta (2), a tampa traseira com o conector mini USB para parametrização, a antenacurta do sistema de rádio (4). Cada sensor é parametrizado com um endereço numéricoespecífico, seqüencial e se comunicam com o dispositivo de apresentação dos dados eproteção, sem meios físicos, utilizando-se uma conexão de rádio. A sua alimentação éfeita por meio de bateria interna com duração de até 10 anos, dependendo do intervalo deleitura programado.Figure 6 shows the wireless wireles radio sensor, where you can see the sensor body (1), the tapered front end containing the ultraviolet detector (2), the back cover with the mini USB connector for parameterization, the antennas of the radio system (4). Each sensor is parameterized with a specific, sequential numeric address and communicates with the data display and protection device without physical means using a radio connection. It is powered by an internal battery lasting up to 10 years, depending on the programmed reading interval.

Na figura 7 pode-se ver a topologia da rede de rádio, onde se identificam o relêespecial com antena de rádio interna (1) o diagrama indicando as ondas de rádio (2) paramelhor entendimento e os sensores, que podem ser até 100 em uma única rede (3), (4) e(5). Na figura 8, pode-se observar o sistema ligado a um relê especial commais de uma porta serial (1), podendo ser utilizado uma rede com os sensores de corona(2) e outra rede com sensores de temperatura do alvo, umidade e gases (3) todos em umamesma rede podendo ser utilizados em um mesmo relê até 100 sensores de corona e até125 sensores de outros tipos na segunda rede por fios ou fibras óticasFigure 7 shows the topology of the radio network, which identifies the special relay with internal radio antenna (1) the diagram indicating the best understanding radio waves (2) and the sensors, which can be up to 100 in one. single network (3), (4) and (5). Figure 8 shows the system connected to a special relay with more than one serial port (1). A network with corona sensors (2) and another network with target temperature, humidity and gas sensors can be used. (3) all in the same network can be used in the same relay up to 100 corona sensors and up to 125 sensors of other types in the second network by wires or optical fibers.

Claims

1. Process for detection and measurement of corona effect or partial discharges in electrical equipment by detection of ultraviolet radiation with multiple sensors connected in digital serial network, applicable for protection and monitoring of low and medium or high voltage electrical panels, transformers, cabins. primary stations, substations, transmission lines, etc. It is characterized by the fact that: It uses a specific sensor type, with ultraviolet radiation reading in bands A, B or C, with wired network communication protocol in RS485 orede radio port ( wireless) connected directly to the specific protection and monitoring relay.

Process according to Claim 1, characterized in that: It uses a non-contact measurement technique using ultraviolet radiation and protocol data communication that allows multiple sensors on a serial or radio network.

3

Composite contactless measuring device, as shown in Figure 1, of corubular tubular (1), internal electronic board with ultra miniaturized SMD components, with the micro-processed detector (2), micro controller (3) and signal interface (4) which communicates by serial, wired (6) or wireless (radio) network, also containing a mini USB port (5) for parameterization, characterized by the following: Using a special calibrated sensor for remote non-contact measurement via ultraviolet radiation, corona effect or partial discharges that occur in electrical equipment, transmitting this data over the network with cables or without cables, by radio (wireless).