ES2247759T3 - Procedimiento para detectar descargas electricas. - Google Patents
Procedimiento para detectar descargas electricas.Info
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Abstract
LAS DESCARGAS ELECTRICAS, ESPECIALMENTE LAS DESCARGAS "PARCIALES" EN SISTEMAS DE TRANSMISION DE ENERGIA ELECTRICA, SON DETECTADAS Y SUS ORIGENES LOCALIZADOS DETECTANDO LA RADIACION DE RADIOFRECUENCIA MEDIANTE UNA SERIE DE ANTENAS MOVILES Y UN RECEPTOR, E INTERPRETANDO LAS SEÑALES RECIBIDAS EN RELACION CON LA POSICION Y LA ORIENTACION DE LA SERIE DE ANTENAS A FIN DE DETERMINAR LA DIRECCION DE LA SEÑAL Y, POR LO TANTO, LOCALIZAR SU ORIGEN. ES PREFERIBLE UNA TECNICA QUE UTILICE ANTENAS DE BANDA ANCHA (ESPECIFICAMENTE ANTENAS DE DISCO ICONO O DIPOLOS "MULTITRAP") PERO SE DESCRIBE TAMBIEN UNA TECNICA ALTERNATIVA QUE UTILIZA SERIES DE ANTENAS DIRECCIONALES MULTIPLES (YAGI).
Description
Procedimiento para detectar descargas
eléctricas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de detección de descargas eléctricas y de localización
de sus fuentes; se refiere principalmente a descargas
"parciales" en sistemas de transmisión de energía eléctrica,
donde la ionización se produce en el aire o en otro medio
dieléctrico, pero no proporciona una trayectoria conductora completa
(avería) de fase a fase o de fase a tierra.
La detección de descargas parciales es un
herramienta útil para juzgar la calidad de un sistema de transmisión
de energía y para identificar potenciales fuentes de problemas, de
manera que se pueden resolver antes de que se produzca una avería.
Las descargas parciales se pueden observar con el sistema en
servicio, o por lo menos con una tensión de servicio, o con mayor
sensibilidad usando una tensión de prueba alterna por encima
(típicamente hasta tres veces) de la tensión de servicio.
Cuando las descargas parciales se producen en la
atmósfera externa, es posible localizarlas mediante detectores
acústicos direccionales sensibles, pero esto no es aplicable para
las descargas internas (ya que el acoplamiento acústico en la
atmósfera es insuficiente) y se pueden desactivar mediante niveles
de ruido externo. Por el contrario, la práctica actual es detectar
pulsos de radiofrecuencia generados por la descarga parcial mediante
sensores e instrumentos conectados al sistema o mediante el uso de
detectores portátiles que se mueven para determinar una posición de
amplitud de señal máxima. Esto puede ser impracticable si la
descarga parcial es en una terminación alta por encima del nivel del
suelo en una torre de línea aérea y/o cerca de conductores desnudos
con energía, y es propenso a confusión por fuentes de señal
extrañas: por ejemplo, un tramo perdido de cable dentro del campo
electromagnético de una línea de energía mayor puede generar pulsos
de radiofrecuencia que no son fáciles de discriminar de los debidos
a descargas parciales.
La patente US 3 820 018 describe una disposición
de antenas desplazable para detectar descargas parciales en líneas
de energía eléctrica. Una pluralidad de convertidores tienen
respectivas antenas direccionales. En la práctica, el usuario
selecciona el convertidor y la antena que son adecuadas para
detectar pulsos en un rango de frecuencias particular. Los pulsos
detectados pasan a través del convertidor a un amplificador/detector
donde se detectan y amplifican las señales que tienen una fuerza por
encima de un límite predeterminado antes de suministrarse a un
altavoz. Inicialmente, el amplificador/detector se ajusta a su
ganancia máxima y se ajusta un límite máximo, de manera que
solamente se amplifican las señales por encima de ese valor máximo.
El usuario entonces mueve la antena hasta que se oye una señal
máxima a través del altavoz. La antena ha de apuntarse entonces
hacia la "fuente de ruido" y el usuario anda a continuación
hacia la fuente y reduce el límite para apantallar el ruido de las
direcciones diferentes a la de la fuente de ruido (el ruido de otras
fuentes (reflejos) no han de ser lo suficientemente fuertes para
superar el límite). El usuario se sigue moviendo hacia la fuente de
ruido mientras ajusta el límite para focalizarse en los pulsos desde
la fuente de ruido. Se dice que un usuario puede caminar normalmente
a un polo de utilidad que es la fuente de una descarga utilizando el
convertidor de 225 MHz 24 y su antena Yagi de 225 MHz asociada, pero
cuando hay múltiples fuentes de ruido desde otros polos, puede ser
deseable apantallar el ruido conmutando al convertidor de 450 MHz 26
y a la correspondiente antena Yagi de 450 MHz. El documento D1
siempre usa solamente una antena (y por lo tanto, una señal) en cada
momento para buscar las descargas parciales. Las otras antenas se
desconectan cuando una en particular está en uso. El usuario camina
hacia la fuente de la descarga siguiendo el ruido del altavoz.
La invención proporciona un procedimiento de
detección de descargas eléctricas y de localización de sus fuentes,
comprendiendo el procedimiento la detección de radiación de
radiofrecuencia mediante una disposición de antenas desplazable que
proporciona por lo menos dos señales de salida y un receptor para
recibir dichas señales de salida e interpretar dichas por lo menos
dos señales recibidas en relación con la posición y la orientación
de la disposición de antenas para determinar la dirección de la
descarga parcial y así la localización de su fuente.
La invención proporciona una técnica en la que no
se requiere una aproximación cercana al foco de la descarga
parcial.
Normalmente, las antenas en una disposición se ha
de polarizar de una manera similar, mientras sea aplicable.
En la invención se pueden usar técnicas y
aparatos convencionales para encontrar la dirección de radio. Se
describirán dos técnicas bastante diferentes a modo de ilustración;
la primera se prefiere mucho más.
Esta forma de la invención requiere una
disposición de por lo menos dos antenas "no direccionales". Se
pueden usar dipolos simples, pero preferimos usar antenas
"disco-cono", que tienen una respuesta de banda
ancha inherente, o dipolos "multitrap" con varios filtros
discriminadores de frecuencia a lo largo de sus trayectorias para
generar múltiples frecuencias resonantes y, de esta manera, una
respuesta de banda ancha: esto tiene el beneficio (en cualquier
caso) de que se preservan las formas de los pulsos de entrada y se
pueden analizar para una mejor comprensión de su significado,
comparado con los dipolos simples con una fuerte resonancia en una
única frecuencia, que tiende a producir una forma de pulso de salida
que caracteriza la antena más que la señal.
Una disposición de este tipo, al recibir un pulso
de señal radiada generará salidas de pulsos desde cada antena: si la
fuente está en el plano que es equidistante a ambas antenas, los
pulsos de salida serán simultáneos; si están sobre el eje
longitudinal de las antenas, estarán separados por un tiempo
correspondiente al tiempo de tránsito de radiación sobre la
distancia entre las antenas (una separación máxima); una separación
intermedia indica una dirección oblicua - o por lo menos una
superficie imaginaria substancialmente cónica (estrictamente un
hiperboloide de revolución, pero la diferencia es significativa
solamente en distancias cortas) en la que la fuente ha de estar
colocada, pero en condiciones prácticas se puede asumir normalmente
que la fuente está aproximadamente en el mismo plano horizontal que
la disposición de antenas y a un lado más que al otro. La dirección
de la señal se puede computar de esta manera: sin embargo, en una
forma preferida de este procedimiento, la disposición de antenas se
gira preferiblemente hasta que se maximiza la separación de los
pulsos, y la posición del eje de la disposición indica entonces sin
ambigüedades la dirección de la fuente (asumiendo que la dirección
directamente opuesta se puede rechazar con confianza).
Para una confianza añadida, la disposición
preferiblemente comprende más de dos antenas. Una disposición lineal
de tres o cuatro antenas dará mediciones duplicadas y permitirá el
rechazo inmediato de pulsos de error generados localmente, ya que no
proporcionan una separación consistente para diferentes pares de
antenas. Una disposición no lineal diseñada de manera adecuada puede
permitir la determinación sin ambigüedades de la dirección de la
fuente sin la rotación de la disposición.
Los pulsos recibidos por las antenas se pueden
interpretar de varias maneras. En una forma simple de la invención,
la salida de cada antena respectiva se suministra a un canal
correspondiente de un osciloscopio, a través de atenuadores, filtros
y/o preamplificadores como sea apropiado y las visualizaciones
resultantes serán interpretadas por un operador. Preferiblemente, el
osciloscopio es del tipo que usa almacenamiento digital, o alguna
otra forma de almacenamiento de intervalos de tiempo, para permitir
la activación de la visualización al producirse (o un diseño
predeterminado de pulsos) por encima de un nivel límite y visualizar
el pulso o diseño que lo activó. Alternativamente, la interpretación
se puede realizar mediante software previsto para las señales de
salida que indican la dirección de la fuente de descarga y/o la
dirección en la que la disposición de antenas se ha de mover para
obtener una indicación mejor. El software también puede analizar la
forma del pulso recibido para una mejor comprensión de la naturaleza
de la fuente de descarga.
En este procedimiento alternativo, se requiere
por lo menos una disposición de antenas sintonizada y muy
direccional (tal como una disposición Yagi que comprende una antena
dipolo con un reflector a un lado y una pluralidad de directores al
otro), y se indica la dirección de la fuente, en el caso más simple,
mediante la dirección en la que la antena se ha de apuntar para
maximizar los pulsos recibidos.
Preferiblemente, la disposición de antenas
comprende por lo menos dos sub-unidades
direccionales, y preferiblemente son idénticas y están alineadas de
manera que sus direcciones de sensibilidad máxima divergen un
pequeño ángulo (por ejemplo un ángulo de 5-15º). La
diferencia en las magnitudes de los pulsos correspondientes
recibidos por las dos unidades proporciona entonces una indicación
inmediata de la dirección en la que la disposición se ha de girar
para igualar su magnitud, y cuando se igualan la fuente de radiación
están en medio entre los ejes de las dos
sub-unidades. La adición de por lo menos una tercera
sub-unidad permite extender la medición a tres
dimensiones; preferiblemente, se añade una cuarta unidad en una
disposición cuadrada, ya que ambas proporcionan señales duplicadas
para verificación y mejora el equilibrio y la estabilidad mecánica
de la disposición.
Como con la técnica de dominio del tiempo, la
interpretación puede ser manual usando una pantalla de osciloscopio
(pero concentrándose en las amplitudes relativas de los pulsos en
lugar de su separación), o se puede basar total o parcialmente en
software.
La invención también se describirá, a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
Las figuras 1 y 2 son esbozos que representan un
procedimiento de dominio del tiempo según la invención; y
La figura 3 es un esbozo correspondiente a un
procedimiento de antena direccional.
Por motivos de simplicidad, las figuras 1 y 2
muestran solamente dos antenas 1, 2 y 11, 12 respectivamente
montadas sobre un soporte 3 para formar una disposición desplazable;
en una forma preferida, serían cuatro antenas igualmente separadas
en una línea recta normalmente horizontal. Cada una de las antenas 1
y 2 es una antena dipolo de banda ancha multitrap polarizada
verticalmente (0,5 a 1300 MHz), mientras que 11 y 12 son antenas
disco-cono de ancho de banda comparable. En ambos
casos, cada antena suministra la salida directa o indirectamente a
un canal correspondiente de un osciloscopio de almacenamiento
digital multicanal 4 que se visualizará como señales
correspondientes 5, 6. La instalación de activación del osciloscopio
se usa para visualizar segmentos de tiempo empezando justo antes de
la aparición de un pulso en el primer canal (correspondiente a la
antena 1 y a la señal 5) y así la señal superior muestra siempre un
pulso 7 en substancialmente la misma posición. La señal inferior 6
muestra una forma similar pero con el pico 8 correspondiente
desplazado una extensión que varía con la posición de la disposición
de antenas. La disposición se manipula, si es necesario, hasta que
el pulso 8 es posterior en el tiempo que el pulso 7 y entonces se
ajusta para maximizar la separación (preferiblemente la disposición
es ajustable mediante un motor controlado a distancia, de manera que
se puede ajustar desde una posición conveniente para el
osciloscopio): la parte frontal 9 de la disposición de antenas está
ahora apuntando hacia la fuente de radiación 10.
Se apreciará que es necesario evitar retrasos
desiguales en la transferencia de señales desde las antenas
individuales al osciloscopio (por ejemplo usando cables de igual
longitud) o si no es conveniente evitarlos, se han de conocer y
dejarlos en la interpretación.
En el procedimiento alternativo representado en
la figura 3, la disposición de antenas comprende por lo menos dos
sub-unidades Yagi montadas en un soporte común (no
representado, por motivos de claridad) con sus ejes de sensibilidad
máxima 13, 14 divergiendo según un ángulo \alpha. Como en el
primer procedimiento, las salidas se suministran a respectivos
canales del osciloscopio 4 para generar las señales correspondientes
15, 16 y la instalación de activación se ajusta para responder y
mostrar los pulsos 17 en el primer canal, junto con los
correspondientes segmentos de tiempo del otro canal. En este caso,
la separación de los pulsos se ignora y toda la disposición de
antenas se gira para igualar las alturas de los pulsos 17, 18. El
bisector 19 del ángulo \alpha apunta ahora hacia la fuente de
radiación 10.
En un ejemplo basado en la forma simple de la
figura 3, hay cuatro sub-unidades Yagi dispuestas en
un cuadrado, de manera que cada una tiene un primer vecino separado
horizontalmente de la misma y un segundo vecino separado
verticalmente de la misma, y el osciloscopio tiene cuatro canales
correspondientes. Se usan todas las sub-unidades
polarizadas verticalmente o todas las sub-unidades
polarizadas horizontalmente. La igualación de los cuatro pulsos se
consigue ajustando la disposición en planos horizontales y
verticales. Una disposición adecuada comprende cuatro
sub-unidades de la disposición Yagi de 670 MHz de 18
elementos que divergen 10º en cada plano.
Se apreciará que, como cualquier técnica de
radiofrecuencia, el procedimiento de la invención solamente
permitirá localizar fuentes de descarga parcial en la extensión que
están libres de radiar. Así (por ejemplo) en el caso raro en que las
descargas parciales se produzcan dentro de un cable, distintos que
en una unión, terminación u otro accesorio, solamente será posible
identificar la sección del cable en la que se produce la descarga,
ya que la radiación será bloqueada por la funda del metal del
cable.
Claims (10)
1. Procedimiento de detección de descargas
eléctricas y localización de sus fuentes, comprendiendo el
procedimiento la detección de radiación de radiofrecuencia mediante
una disposición de antenas desplazable que proporciona por lo menos
dos señales de salida y un receptor para recibir dichas señales de
salida e interpretar dichas por lo menos dos señales recibidas en
relación con la posición y la orientación de la disposición de
antenas para determinar la dirección de la descarga parcial y, de
esta manera, el posicionamiento de su fuente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que una disposición de por lo menos dos antenas "no
direccionales" genera pulsos de salida y la separación entre los
pulsos desde las respectivas antenas se interpreta para indicar la
dirección de la descarga.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el
que la disposición de antenas se ajusta para maximizar la
separación, de manera que apunte la disposición a una localización
de descarga.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
que comprende la utilización, como antenas, de dipolos de banda
ancha "multitrap".
5. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
que comprende la utilización, como antena, de antenas de banda ancha
"disco-cono".
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende la utilización de una
disposición lineal de tres o cuatro antenas.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende la utilización de una
disposición no lineal de por lo menos tres antenas.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende la utilización de una disposición de antenas desplazable
que comprende por lo menos dos sub-unidades
direccionales que son idénticas y están alineadas de manera que sus
direcciones de sensibilidad máxima divergen con un pequeño
ángulo.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, que
comprende la utilización de por lo menos una tercera
sub-unidad que extiende la medición a tres
dimensiones.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, que
comprende la utilización de cuatro sub-unidades en
una disposición cuadrada.
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