ES2566552T3 - Procedimiento y dispositivo para la detección de un deterioro del estado de un aislamiento en una máquina eléctrica en funcionamiento - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la detección de un aislamiento en una máquina eléctrica (2) durante el funcionamiento de la máquina (2), en el que se aplica una tensión en el (los) arrollamiento(s) (3) de la máquina (2) y se sobreexplora un proceso de estabilización provocado de esta manera con una frecuencia alta en comparación con las frecuencias características para una estabilización, caracterizado porque para la detección de un deterioro del estado del aislamiento con la ayuda de un inversor (4') se aplica una tensión en forma de fases en el (los) arrollamiento(s) (3) de la máquina (2) y la corriente (i) provocada de esta manera y/o su derivación temporal (di/dt) es detectada como señal de medición con la ayuda de al menos un sensor (6, 7, 8), que es sobreexplorado, después de lo cual se evalúa la señal obtenida a través de la sobreexploración con respecto a variables características del proceso de estabilización, como sobre-oscilación (Δh) y/o frecuencia propia (1/ΔT) y/o constante de amortiguación, para la detección de un eventual deterioro del aislamiento.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo para la deteccion de un deterioro del estado de un aislamiento en una maquina electrica en funcionamiento

La invencion se refiere a un procedimiento de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 as^ como a un dispositivo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 10, para la verificacion en-lmea de un aislamiento en o bien junto a una maquina electrica, es decir, para la verificacion del aislamiento durante el funcionamiento de la maquina.

Una maquina de este tipo o bien un dispositivo de este tipo se conocen a partir de Grubic S. y col. “Investigation on surge testing for winding insulating fault detection in an online environment”, ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION, 2OO9, ECCE, IEEE, IEEE, PISCATAWAY, NJ., USA, 20 de Septiembre de 2009 (20-09.2009), paginas 3255-3261. XP031888057. En este caso, deben determinarse los defectos de aislamiento en maquinas electricas sobre todo en ensayos fuera de lmea. No obstante, una propuesta tiende a excitar en un ensayo en-lmea la maquina con un impulso corto de tension o bien un impulso de corriente propiamente dicho, que se provoca a traves de una descarga de condensadores previstos propiamente para ello. En este caso, se provoca una oscilacion con una frecuencia de hasta 50 kHz, siendo determinado en este intervalo de frecuencia el comportamiento electrico de la maquina a partir de la inductividad del arrollamiento. Se indica que el ensayo de choque en-lmea se puede utilizar para la deteccion de defectos del arrollamiento, siendo cortocircuitados aproximadamente el 10 % de los arrollamientos.

Las maquinas electricas controladas por convertidor se emplean cada vez con mas frecuencia en diferentes campos. En particular, tales sistemas de accionamiento no solo se emplean por norma en la industria, sino tambien en sistemas de traccion, pero en particular en instalaciones cnticas para la seguridad. En este caso, cada vez es mas importante supervisar estos sistemas de manera preventiva con respecto a su estado y mantenerlos en buen estado. Una razon principal para el fallo de tales maquinas reside siempre de nuevo en el deterioro de los aislamientos, en particular en los arrollamientos de estator. Las investigaciones han mostrado que aproximadamente el 30 a 40 % de todos los fallos estan relacionados con el estator, siendo ocasionados aproximadamente el 70 % de ellos de nuevo a deterioros o fallos en el aislamiento del arrollamiento o en el aislamiento a masa.

El aislamiento de los arrollamientos de estator esta expuesto a solicitaciones especialmente altas cuando se realiza un funcionamiento con un convertidor. En este caso son importantes las solicitaciones termicas, electricas, mecanicas y condicionadas por el medio ambiente. Estas solicitaciones conducen con el tiempo a un deterioro del aislamiento y pueden conducir a un fallo grave de la maquina o bien de todo el sistema de accionamiento con la maquina.

Pero los deterioros de los estados de aislamiento pueden aparecer no solo dentro de los arrollamientos, sino tambien en la zona de conductos de entrada o bien de cableados. Tambien aqrn los deterioros o fallos de los aislamientos son un motivo para el fallo de una maquina y, por lo tanto, habna que detectar tambien aqrn lo mas rapidamente posible las modificaciones en el estado del aislamiento.

Ya se han propuesto en el estado de la tecnica diferentes procedimientos en-lmea y fuera de lmea para la deteccion de fallos del aislamiento, siendo publicada una exposicion y evaluacion de las diferentes tecnicas, por ejemplo, en el Artmulo Grubic S. y col. “A Survey on Testing and Monitoring Methods for Stator Insulation Systems of Low-Voltage Induction Machines Focusing on Turn Insulation Problems”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, N° 12, paginas 4127-4236, 2008. La determinacion de un deterioro de un aislamiento, a saber, en particular entre espiras individuales de un arrollamiento, se explica en este caso que es posible en primer termino por medio de ensayos fuera de lmea; como ensayo fuera de lmea para tales maquinas se menciona el llamado procedimiento-PD (PD - Partial Discharge - Descarga Parcial), en el que se indica como inconveniente el equipamiento caro adicional, que es necesario para ello. No obstante, a partir de este lugar de la literatura se deduce que sobre todos los procedimientos fuera de lmea son prometedores de exito, como en particular el llamado ensayo de tension de choque (Surge Test). En una verificacion fuera de lmea de este tipo es un inconveniente que estas verificaciones o ensayos no se pueden realizar continuamente, sino solo a intervalos de tiempo relativamente grandes. No obstante, sena importante una supervision mas o menos continua, es decir, una supervision en-lmea, para la deteccion de eventuales deterioros del estado de un aislamiento.

Se conoce a partir de Grubic S. y col. “A New Concept for Online Surge Testing for the Detection of Winding Insulation Deterioration”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), paginas 2747 - 2754, 2010 un concepto para el ensayo en-lmea con respecto a la deteccion de un deterioro en un aislamiento de arrollamiento. En esta tecnica, se proponen diferentes formas de circuitos de entrada y de salida de componentes electricos, en particular inductividades, en el circuito de suministro de tension (circuito de alimentacion), en este caso tambien, por ejemplo, la separacion del motor fuera de los arrollamientos. Aqrn es necesaria la aplicacion de varios impulsos con nivel creciente de la tension en el motor. Esta tecnica es relativamente compleja y laboriosa.

En el documento JP 2010-268645 A se describe una tecnica para la verificacion de aislamientos en motores de

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corriente alterna, en particular de automoviles. En particular, se detecta aqu el estado del aislamiento del arrollamiento de la maquina electrica frente a la carcasa de la maquina, es decir, a masa, siendo detectada siempre la corriente en un punto neutral (punto cero); en este caso, tambien son evaluados procesos de estabilizacion de esta corriente de punto cero como consecuencia de una excitacion, siendo calculada una variable de la amortiguacion. La variable de medicion necesaria puede ser detectada o bien a traves de medicion de la corriente de suma entre el inversor y la maquina, o a traves de la medicion de la corriente entre la carcasa de la maquina y masa, o a traves de la medicion de la corriente entre la carcasa del inversor y masa, siendo necesario en cada caso un sensor adicional propio. Solamente es posible detectar un deterioro del aislamiento a traves de la comparacion de variables de medicion de al menos dos motores.

Se conoce a partir del documento US 6.483.319 B1 un procedimiento para la realizacion de ensayos de la respuesta de la impedancia de banda ancha, para detectar un eventual fallo inminente de un arrollamiento de estator. La respuesta de la impedancia se puede obtener a traves de la aplicacion de frecuencias discretas en el arrollamiento del estator, siendo la consecuencia, sin embargo, una resolucion reducida.

En el documento WO 03/087855 A1 se describe la medicion de corrientes en un regulador de motor, en el que se publica tambien prever una sobreexploracion para la reduccion de la relacion de senal / ruido en la senal de medicion. Aqu no se describe la investigacion de estados de aislamiento.

En el documento RU 2208236 C2 se describe evaluar durante la diagnosis del aislamiento de arrollamientos de motores electricos las senales de la tension de una onda empinada de la tension, por lo que hay que instalar adicionalmente una medicion de la tension en los terminales del motor.

Hay que mencionar aqu todavfa la solicitud EP mas antigua no publicada 10450114.3, que corresponde a esta solicitud de patente-PCT correspondiente WO/EP2010/061502 (ver tambien P. Nussbaumer y col. “Saliency Tracking based Sensorless Control of AC Machines Exploiting Inverter Switching Transients”, Proceedings of IEEE Symposium on Sensorless Control for Electrical Drives, SLED, 2010, paginas 238-242), en la que -a diferencia de la presente problematica de la supervision del aislamiento - se explica la localizacion de asimetnas en una maquina de corriente alterna con la ayuda de derivaciones temporales transitorias de la corriente, que son provocadas cuando se aplican saltos de la tension en la maquina en su arrollamiento. En este caso, el desarrollo transitorio de la derivacion temporal de la corriente se explora con una frecuencia de exploracion comparativamente alta, para obtener valores digitales lo mas expresivos posible para la modificacion temporal de la corriente, con respecto a una ventana de observacion corta. Sin embargo, no se pueden localizar de esta manera los fallos del aislamiento en desarrollo.

Por lo tanto, el cometido de la invencion es proponer un procedimiento o bien un dispositivo como se han indicado al principio, con los que se puede detectar una deteccion en-lmea fiable de deterioros del estado de aislamiento en la zona de una maquina electrica, debiendo mantenerse, ademas, lo mas reducido posible el gasto de aparatos.

En este caso, la invencion se basa en que la configuracion de un sistema de accionamiento con inversor y maquina de induccion se representa a traves de una red compleja de resistencia, inductividades y capacidades. En este caso, por ejemplo, la topologfa y la configuracion del rectificador tienen una influencia sobre su acoplamiento capacitivo parasitario a masa. El aislamiento de la maquina influye en las capacidades parasitarias fase a masa, fase a fase y arrollamiento a arrollamiento (aislamiento de arrollamiento general o bien aislamiento de los arrollamientos individuales entre sf del llamado “Aislamiento-Entre-Espiras”). Los tiempos de subida muy cortos de los impulsos de la tension, que se aplican durante la conexion del inversor en los arrollamientos de la maquina, conducen a reflexiones y, por lo tanto, a oscilaciones de alta frecuencia y, en concreto, no solo en la tension aplicada sino de manera correspondiente tambien en la corriente provocada en los arrollamientos respectivos. Cuando se modifica ahora un elemento en la red compleja mencionada anteriormente, a saber, en particular a traves de un aislamiento- entre-espiras deteriorado, se “desintoniza” todo el sistema, de manera que resulta una modificacion en las oscilaciones transitorias de alta frecuencia mencionada anteriormente de la corriente.

Por otra parte, es deseable que en la mayona de los sistemas de accionamiento actuales en el circuito de alimentacion esten presentes ya sensores de corriente o sensores, que detectan la derivacion temporal de la corriente, debiendo poder emplearse estos sensores de manera conveniente tambien para la presente tecnica de la deteccion en-lmea de deterioros del estado de aislamientos.

Para la solucion del cometido mencionado, la invencion preve un procedimiento y un dispositivo, respectivamente, como se indican en las reivindicaciones dependientes. Las formas de realizacion ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

De forma abreviada, la invencion preve, por lo tanto, sobre todo un procedimiento para la deteccion en-lmea de un deterioro del estado de un aislamiento en una maquina electrica, en el que con la ayuda de un inversor se aplica una tension en forma de fases en el (los) arrollamiento(s) de la maquina y se detecta la corriente provocada de esta manera y/o su derivacion temporal como senal de medicion con la ayuda de al menos un sensor y a continuacion se sobreexplora con una frecuencia alta en comparacion con las frecuencias caractensticas para una estabilizacion, despues de lo cual se evalua la senal obtenida a traves de la sobreexploracion con respecto a variables

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caractensticas del proceso de estabilizacion, como sobreexcitaciones y/o frecuencias propia y/o constante de amortiguacion, para la deteccion de un eventual deterioro del aislamiento.

De manera correspondiente, se acondiciona un dispositivo para la deteccion en-lmea de un deterioro del estado de un aislamiento en una maquina electrica, en el que a la maquina electrica esta asociado un circuito de alimentacion con un inversor as^ como al menos un sensor en una lmea de corriente hacia la maquina, cuyo sensor detecta cuando se aplica una tension escalonada la corriente provocada en al menos un arrollamiento de la maquina o su derivacion temporal como senal de medicion, estando conectada con el sensor una instalacion de sobreexploracion para la sobreexploracion de la senal de medicion con una frecuencia comparativamente alta con relacion a procesos de estabilizacion y los valores de exploracion obtenidos son conducidos a una unidad de calculo para la determinacion de variables caractensticas del proceso de estabilizacion cuando se aplica la tension en forma de fases, como sobre-oscilacion y/o frecuencia propia y/o constante de amortiguacion, para la deteccion de un eventual deterioro del aislamiento.

La tecnica propuesta para la deteccion de defectos del aislamiento o bien mas exactamente para la deteccion de un deterioro del aislamiento utiliza de esta manera modificaciones en la “respuesta de la corriente escalonada” a la tension en forma de fases aplicada, como frecuencia propia o bien tasa de amortiguacion, sobre excitaciones, pero tambien - para la deteccion real de fallos - de valores en el estado estabilizado (estado estacionario) como consecuencia de una modificacion atribuible a un fallo (inicial) en un elemento del sistema complejo mencionado anteriormente para la supervision del aislamiento. La respuesta escalonada al bien mantenimiento de conmutacion del inversor es detectada en este caso con sensores de corriente o, en cambio, sensores de derivacion de la corriente, con preferencia con sensores, que ya estan presentes en el circuito de alimentacion de la maquina. En este contexto, es favorable que en la tecnica presente sean evaluadas corrientes de fases, para que se puedan suprimir sensores separados. En este caso, tambien es posible tomar como base diferentes estados de conmutacion del inversor y detectar las reaccion del sistema a estas modificaciones de la tension en forma de fases y, en concreto, con tasas de exploracion comparativamente altas, en el intervalo de varios MHz (o bien MS/s - Megamuestras por segundo), pudiendo detectarse modificaciones en las variables caractensticas de la oscilacion de la corriente de alta frecuencia. De manera especialmente preferida, como sensores se utilizan los sensores de tipo Rogowski, con los que se puede detectar la derivacion temporal de las corrientes. Estos sensores de tipo Rogowski se designan tambien como sensores-CDI (CDIU - Inspector de la Derivada de la Corriente). En los ensayos realizados han resultado favorables la exploraciones con una frecuencia de exploracion de 40 MHz, en cambio, las frecuencias de la oscilacion en las oscilaciones de la corriente activadas estan, por ejemplo, en el orden de magnitud de 100 o 200 kHz.

Una ventaja de la tecnica presente se puede ver en que se puede detectar el aislamiento entre las fases y tambien el aislamiento entre las espiras de fases individuales, a parte del aislamiento entre arrollamiento y masa. Se detectan diferencias en la impedancia entre alternador (inversor, invertir) y motor, que conducen a reflexiones de la onda empinada de la tension en las espiras individuales del arrollamiento, en las senales correspondientes de la corriente de fases. Ademas, en este contexto es tambien ventajoso que es posible la verificacion de un deterioro del aislamiento tambien en el caso de una simple maquina electrica, pudiendo detectarse a traves de una comparacion de las variables caractensticas de las corrientes de fases individuales del motor respectivo un deterioro del aislamiento del arrollamiento de una fase en forma de una asimetna de la propiedad de aislamiento.

Para la sobreexploracion de alta frecuencia descrita se pueden emplear, por ejemplo, convertidores A/D de exploracion de alta frecuencia (designados a continuacion tambien de forma abreviada “ADC”), que se pueden utilizar adicionalmente con los sensores de corriente o bien de derivacion de la corriente economicos.

Para el procesamiento de datos (propiamente dicho) se pueden emplear circuitos o bien medios de calculo logicos convencionales economicos, de manera que el gasto para la realizacion de la invencion es extraordinariamente reducido y economico.

A pesar de todo, de esta manera se posibilita por primera vez una deteccion continua segura de fallos en un aislamiento de un arrollamiento ya durante su aparicion, cuando existe un debilitamiento del aislamiento, una modificacion de la capacidad de aislamiento, de la resistencia, de la inductividad, etc. Como se ha mencionado, en este caso el aislamiento-entre-espiras es especialmente cntico, y un cortocircuito entre espiras se considera como fallo especialmente cntico, que requiere especialmente en maquinas grandes una reaccion inmediata para impedir una destruccion completa de arrollamientos y paquetes de chapas. Con la invencion se puede solucionar esta problematica y, en concreto, sin el gasto adicional considerable anterior, como tal vez con cableado especial de maquina e inversor, sin los sensores de corriente de alta precision necesarios anteriormente y en particular sin las interrupciones tfpicas del funcionamiento.

Como variables caractensticas del proceso de estabilizacion se utilizan en la presente tecnica en particular la sobre- oscilacion o bien la frecuencia propia de la oscilacion, pudiendo utilizarse como alternativa a la frecuencia propia o, en cambio, como complemento a ello tambien la constante de amortiguacion de la oscilacion transitoria. Con estas variables caractensticas se puede determinar de una manera inmediata y segura un fallo incipiente en el

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aislamiento.

A este respecto, se ha revelado que es especialmente ventajoso para una deteccion segura que las variables caractensticas obtenidas a traves de la evaluacion sean comparadas con variables caractensticas correspondientes que han sido obtenidas en un proceso de medicion anterior, en una maquina que funciona correctamente. Tal comparacion se puede realizar facilmente y de esta manera resulta una indicacion directa de reacciones modificadas del sistema, cuando las variables caractensticas comparadas son diferentes.

Adicionalmente o en su lugar, tambien es favorable para una deteccion en-lmea sencilla que las variables caractensticas obtenidas sean comparadas con valores umbrales predeterminados, de manera que en el caso de que se excedan, se deduce un estado de fallo. Los valores umbrales predeterminados se pueden establecer en este caso para cada maquina individual en virtud de calculos sencillos o ensayos realizados con antelacion, de manera que ya cuando se exceden estos valores umbrales se deduce un estado de fallo o un fallo incipiente; de esta manera, las desviaciones de las variables caractensticas que se encuentran dentro de los lfmites de tolerancia se pueden separar como indicadores no deseados para fallos en desarrollo. Por ejemplo, se pueden tener en cuenta tambien las modificaciones de las variables caractensticas provocadas a traves de calentamiento condicionado por el funcionamiento.

La frecuencia propia se puede calcular muy facilmente a traves de la determinacion del intervalo de tiempo entre valores extremos sucesivos de la senal de medicion. De manera similar, se puede calcular de una manera sencilla la sobre-oscilacion como diferencia entre el valor en el estado estabilizado y el (primer) valor extremo en la senal (sobreexplorada).

Con la presente tecnica se pueden detectar tambien fallos del aislamiento ya presentes, por lo tanto no solo incipientes, de manera que a tal fin es ventajoso que como variable caractenstica para la deteccion de fallos reales del aislamiento, se utiliza el estado estabilizado (estacionario) de la senal. En este caso, es favorable, ademas, para una deteccion sencilla de fallos que el valor de la senal sea calculado en el estado estabilizado en el caso de la deteccion de la derivacion temporal de la corriente inducida como el ultimo valor medido cuando se aplica una tension constante. Por otra parte, a tal fin es tambien ventajoso que el valor de la senal en el estado estabilizado en el caso de la deteccion directa de la corriente inducida sea calculado a traves de dos valores de exploracion distanciados y el gradiente de la senal definido a traves de estos valores de exploracion.

Una forma de realizacion ventajosa del presente procedimiento se caracteriza a continuacion porque se realizan varios procesos de medicion con la aplicacion de una tension en forma de fases y se realiza una evaluacion estadfstica de los resultados obtenidos. De esta manera se pueden obtener mas informaciones caractensticas con respecto a la deteccion de defectos (incipientes), siendo mejorada tambien la seguridad de la deteccion.

Por lo que se refiere al presente dispositivo, este se caracteriza de manera correspondiente para la determinacion sencilla de manera especial por al menos una unidad de comparacion, que esta prevista para la comparacion de las variables caractensticas obtenidas con variables caractensticas registradas correspondientes de la maquina durante la funcion correcta y/o con un valor umbral predeterminado. En la unidad de comparacion esta conectada con ventaja una unidad de evaluacion para la deteccion o bien la identificacion de deterioros del aislamiento y, dado el caso, de defectos del aislamiento.

Para la delimitacion temporal de los ensayos realizados en-lmea a los procesos esenciales durante la activacion de los procesos de estabilizacion se preve de manera conveniente un circuito de ventana entre la instalacion de sobreexplotacion y la unidad de calculo (propiamente dicha), estando conectado el circuito de ventana con una entrada de control en una unidad de control que activa el inversor y establece una ventana de observacion predeterminada, comenzando con una senal de control de la unidad de control, a la que se conducen los valores de exploracion para el procesamiento siguiente.

Como ya se ha indicado, la unidad de calculo puede estar realizada en el presente caso con componentes sencillos economicos, siendo especialmente favorable una forma de realizacion con un componente-FPGA (Field programmable gate array - campo de enlace libremente programable). Dado el caso, en su lugar o, en cambio, tambien de forma adicional, puede estar previsto un procesador de senales digitales (DSP) para la realizacion de al menos una parte de los calculos.

A continuacion se explica la invencion con la ayuda de ejemplos de realizacion especialmente preferidos, a los que no debena limitarse, sin embargo, la invencion, y se explica todavfa en detalle con referencia a los dibujos. En este caso:

La figura 1 muestra un esquema del tipo de diagrama de flujo de una forma de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion.

La figura 1A muestra una parte de un circuito detector o bien unidad de calculo de un dispositivo de este tipo en una

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forma de realizacion mas concreta, un poco modificada.

La figura 2 muestra de forma esquematica una senal de medicion, como se obtiene con un sensor de Rogowski (sensor-CDI), y que representa la derivacion temporal de la corriente inducida, di/dt, en unidades discrecionales (“arbitrary units” - “a. u.”).

La figura 2A muestra un fragmento de la senal di/dt de la figura 2 en una escala dilatada en el tiempo, para la ilustracion de los puntos de exploracion de alta frecuencia para esta senal en una relacion practica de la alta frecuencia de sobreexplotacion con respecto a la frecuencia del proceso de estabilizacion.

La figura 3 muestra una senal similar a la figura 2, es decir, una derivacion temporal de la corriente inducida, con variables caractensticas representada en ella, a saber AT como valor redproco de la frecuencia de la estabilizacion, una sobre-oscilacion Ah y un valor estacionario Y_.

La figura 4 muestra de forma esquematica una senal de medicion comparable sobre el tiempo, como se obtiene con un sensor de corriente sencillo, estando ilustradas de la misma manera Ah y AT.

La figura 5 muestra la disposicion de tres arrollamientos de una maquina de induccion electrica, con dos capacidades de interferencia (capacidades de fallo) Cf, Cf', por una parte, entre la primera toma de un arrollamiento de fases U y masa asf como, por otra parte, una punta de estrella de los tres arrollamientos de fases U, V, W y masa.

La figura 6 muestra una respuesta de derivacion de la corriente obtenida en una disposicion de ensayo de este tipo con una capacidad de fallo Cf entre la primera toma y masa, en la que se representan tanto la curva de referencia como tambien la curva de la senal de medicion que resulta en presencia de la capacidad de fallo, correspondiendo esta representacion a una conmutacion de la maquina desde el estado inactivo hasta el estado activo.

La figura 7 muestra una senal di/dt correspondiente similar a la figura 6, una vez como referencia y, por otra parte, como senal de medicion de “error”, en presencia de una capacidad de fallo Cf, pero ahora en el caso de una conmutacion con la ayuda del inversor desde un estado activo, con variable positiva, a otro estado activo, con valor negativo.

La figura 8 muestra un diagrama similar a la figura 6, en el que ahora a parte de una senal de referencia, se representan senales de medicion en presencia de la capacidad de fallo Cf como tambien en presencia de una capacidad de fallo Cf'; y

Las figuras 9A y 9B muestran diagramas esquematicos para la ilustracion de variables caractensticas de la senal estadfstica de procesos de estabilizacion de la conmutacion medidos, a saber, por una parte, sobre-oscilaciones (figura 9A) y, por otra parte, frecuencia propia (figura 9B), estando ilustradas, respectivamente, una referencia, ademas - con lmea de trazos - la curva en el caso de una capacidad de fallo Cf' y, ademas - con lmea de puntos - la curva en el caso de una capacidad de fallo Cf, existiendo una evaluacion estadfstica de 240 mediciones.

En la figura 1 se representa de forma esquematica una forma de realizacion preferida, especialmente adecuada para la realizacion del presente procedimiento, de un dispositivo de acuerdo con la invencion para la deteccion en-lmea de deteriores del estado de aislamientos en una maquina electrica.

El dispositivo 1 mostrado en la figura 1 sirve en este caso para la observacion en-lmea de una maquina electrica 2 (maquina de induccion), que puede ser monofasica o polifasica, en la que se presuponen en la figura 1 de forma ejemplar tres fases, aunque en la figura 1 se representa de forma esquematica solo un arrollamiento 3 individual para la maquina 2. A esta maquina 2 esta asociado un circuito de suministro o circuito de alimentacion 4 con tres lmeas de corriente 4A, 4B y 4C, que corresponden a las tres fases; en este circuito de alimentacion 4 esta previsto tambien un inversos 4', que preve las senales correspondientes de la tension para la maquina 2; ademas, se ilustra un condensador 5 de conexion de corriente continua asociado al inversor 4'.

En las lmeas de fases 4A, 4B, 4C individuales estan dispuestos sensores 6, 7, 8 correspondientes, que en el presente caso, para la presente tecnologfa, sirve para la deteccion de la corriente i o bien de la derivacion temporal de la corriente, di/dt, en las fases 4A, 4B, 4C individuales. Como sensores de derivacion de la corriente se pueden utilizar, por ejemplo, los sensores de Rogowski conocidos, tambien llamados sensores-CDI. Por otra parte, tambien se conocen sensores de corriente y no necesitan aqrn tampoco mas explicacion.

Las senales de salida de los sensores 6, 7 8 son alimentada como senales de medicion a una instalacion de sobreexploracion 12, que esta realizada con convertidores-A/D (ADCs) 9, 10, 11, respectivamente, uno para cada fase 4A, 4B, 4C. La velocidad de exploracion es en este caso tan alta que se asegura una determinacion exacta de las senales de medicion durante la estabilizacion. Como se ha mencionado, la frecuencia de exploracion puede ser en este caso varios 10 MHz, por ejemplo 40 MHz, pero para mucha aplicaciones son suficientes tambien solo

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algunos MHz, por ejemplo hasta 10 MHz.

Las senales de salida de los ADCs 9, 10, 11 son alimentadas a continuacion a circuitos de ventana 13, 14, 15, que son parte de una unidad de calculo 16 y establecen ventanas de observacion, es decir, periodos de tiempo para las senales de medicion a evaluar despues de su exploracion. A tal fin, los circuitos de ventana 13, 14, 15 estan conectados con una unidad de control 17 para el inversor 4', de manera que esta unidad de control 17 es, por ejemplo, una unidad de control de la modulacion de la amplitud del impulso (PWM) y emite instrucciones de conmutacion correspondientes al inversor 4', como se conoce en sr A partir de estas senales de conmutacion o de control se fija entonces la ventaja de observacion respectiva, es decir, el intervalo de tiempo de observacion respectivo, en los circuitos de ventana 13, 14, 15, de manera que cuando se alcanza el final de la ventana respectiva se termina la evaluacion, es decir, la alimentacion, de los valores de exploracion de los ADCs 9, 10 y 11, hacia los componentes del ordenador 18, 19, 20 propiamente dichos.

En estos componentes de ordenador 18, 19, 20, es decir, en general, en la unidad de calculo 16 propiamente dicha, se calculan las variables caractensticas con respecto a las senales de corriente o a las senales que indican la derivacion de tiempo di/dt de la corriente, como especialmente sobre-oscilaciones y frecuencia propia o bien constante de amortiguacion. Ademas, aqrn se puede calcular tambien el valor de la senal en el estado estacionario, es decir, en el estado estabilizado.

A continuacion se alimentan los valores caractensticos calculados a una unidad de comparacion 21, donde se lleva a cabo una comparacion con variables caractensticas correspondientes, que fueron obtenidas en un instante anterior en un proceso de medicion en una maquina 2 que funciona correctamente.

A continuacion se realiza en otra unidad de comparacion 22 una comparacion de las variables caractensticas calculadas con valores umbrales predeterminados, que pueden ser alimentados, por ejemplo, a traves de un control de maquina 23 o bien pueden ser registrados previamente en una memoria (no mostrada). En el control de la maquina 23 puede estar conectada la primera unidad de comparacion 21 mencionada.

Despues de la realizacion de la comparaciones se lleva a cabo en una unidad de evaluacion 24 la evaluacion definitiva de las senales, es decir, el reconocimiento de un fallo (incipiente) y su identificacion, en particular con la ayuda de los resultados de las comparaciones precedentes.

En la primera unidad de comparacion mencionada 21, durante la comparacion con los parametros de la maquina 2 en el estado normal, se eliminan las modificaciones o asimetnas de las fases dependientes del punto de trabajo. Pero cualquier otra desviacion de la senal de las fases desde el estado normal se establece y se somete a la comparacion con el valor umbral en la unidad de comparacion 22. Cuando allf el parametro de la senal, es decir, la variable caractenstica, esta por encima del valor umbral, se obtiene una informacion correspondiente con respecto a la deteccion de fallos e identificacion en la unidad de evaluacion 24, y se conduce el resultado, por ejemplo, al control de la maquina 23, para iniciar medidas correspondientes, como por ejemplo una operacion de emergencia o una interrupcion del sistema.

Al control de la maquina 23 se alimenta, por lo demas, en 25 un valor de referencia para los procesos a controlar.

En la figura 1A se representa en una disposicion simplificada, a saber para una fase individual, una franja para la sobreexplotacion y el procesamiento de senales incluyendo las comparaciones y la evaluacion de senales mencionadas anteriormente. En particular, en este caso se muestra un convertidor A/D, como por ejemplo el ADC 9 (pero dado el caso tambien 10, 11), que esta conectado a traves de una memoria tampon 26 con un modulo logico en forma de un campo de enlace libremente programable (FPGA) 27. La memoria tampon 26 tiene en este caso la finalidad de almacenar temporalmente los datos de salida emitidos por el ADC con una alta velocidad, puesto que el modulo-FPGA 27 no puede procesar, en general, directamente una cantidad tan grande de datos.

Como se ilustra, ademas, en la figura 1A con lmeas de trazos, para los diversos calculos y evaluaciones, si no pueden ser realizados ya por el modulo logico-FPGA 27, puede estar conectado todavfa un procesador de senales digitales (DSP) 28.

Como ya se ha mencionado, a traves de la aplicacion de diferentes conmutaciones del inversor y a traves de la medicion de la reaccion del sistema a estas, se pueden detectar modificaciones de la tension empinadas, en forma de fases, en el caso de la aplicacion de una exploracion con una alta velocidad de exploracion, con una frecuencia de varios MHz, se pueden detectar modificaciones en las variables caractensticas de la oscilacion de la corriente de alta frecuencia.

En la figura 2 se ilustra de forma ejemplar una senal de medicion 30, obtenida con la ayuda de un sensor de Rogowski, para di/dt, con unidades de amplitudes discrecionales (a. u. - “arbitrary units). Como se muestra claramente, aqrn se activa el sistema desde el estado inactivo (valor inicial 0) a traves de un impulso de corriente positivo el inversor 4' (ver la figura 1), y la corriente i provocada en el arrollamiento respectivo, por ejemplo, el arrollamiento 3 segun la figura 1 o bien su derivacion temporal di/dt muestra entonces un proceso de estabilizacion

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de corta duracion, despues del cual se alcanza un estado estabilizado, estacionario, por ejemplo con un valor apenas por encima de 1 segun la figura 2.

La senal de medicion 30 segun la figura 2 ha sido obtenida, como se ha mencionado, con la ayuda de un sensor de Rogowski como sensor 6 (o 7 u 8), siendo realizada una sobreexploracion, por ejemplo, en el presente caso con una frecuencia de exploracion de 40 MHz.

Esta sobreexploracion se representa de forma esquematica en la figura 2A, siendo ilustrado en concreto en la figura 2A el primer sobre-oscilador positivo 31 en una escala dilatada en el tiempo (comparar con la figura 2), y siendo ilustrados por medio de los puntos 31' los puntos de exploracion individuales. Como se muestra claramente, en este caso la velocidad de exploracion o la frecuencia de exploracion son esencialmente mas altas que la frecuencia del proceso de estabilizacion, como se define de forma ilustrativa, por ejemplo, esencialmente a traves del sobre- oscilador positivo 31 asf como el sobre-oscilador negativo 32 en la figura 2. La frecuencia propia definida a traves de estos sobre-osciladores 31, 32 puede estar, por ejemplo, en el orden de magnitud de 200 kHz, en cambio la frecuencia de exploracion era, como se ha mencionado. 40 MHz - en los ensayos realizados -.

La medicion se puede realizar en sf durante una parada de la maquina 2, lo mismo que durante un arranque de la maquina, pero tambien se puede realizar durante el funcionamiento de la maquina, cuando en el transcurso del control-PWM de la maquina 2, con los impulsos de tension individuales aplicados, resultan procesos de estabilizacion respectivos cortos 31, 32 para la corriente del arrollamiento i o bien su derivacion temporal di/dt.

En la figura 3 se ilustra una senal de medicion 30 correspondiente para di/dt sobre el tiempo t, realizandose aqrn a partir de un valor de partida discrecional, por ejemplo un valor 0, una conexion de la maquina a traves de la aplicacion de un salto positivo de la tension, y resultando una sobre-oscilacion mas alla del estado estacionario y a alcanzar. La primera sobre-oscilacion (sobre-oscilador 31) esta designada con Ah.

Despues de una sobre-oscilacion en la zona negativa (sobre-oscilador 32), se lleva a cabo de nuevo una sobre- oscilacion ligera en la zona positiva, en 33, con lo que resulta un periodo AT como variable inversa para la frecuencia propia. En el ejemplo mostrado, AT es, por ejemplo, aproximadamente 3,5 |is, lo que significa una frecuencia propia de 286 kHz.

Por lo tanto, esta frecuencia propia se puede detectar de manera sencilla a partid de la curva de la senal di/dt mostrada en la figura 3 sobre el tiempo t, obtenida por medio de un sensor de Rogowski y despues de la exploracion (ver la figura 2A), es decir, que se puede calcular en los componentes de calculo 18, 19, 20.

De manera similar se aplica para la sobre-oscilacion Ah como valor entre la primera amplitud durante la estabilizacion sobre el estado y.. estabilizado (definitivo).

Por ultimo, tambien se puede medir el estado estabilizado y.., es decir, el valor estacionario y.. obtenido definitivamente, aparte de que este valor se conoce desde el principio para una maquina 2 intacta, parta la tension en forma de fases aplicada en cada caso o, en cambio, cuando solamente se presupone un tiempo de medicion corto, se puede obtener a traves de promedio de la senal de medicion.

Antes de describir ahora con mas detalle los procesos de evaluacion individuales, debe hacerse referencia de nuevo a la figura 4 como ejemplo alternativo para una senal de medicion 30', en la que la corriente i - real -, que ha sido detectada por un sensor 6, 7, 8, esta registrada sobre el tiempo t, de modo que se ilustran de la misma manera los periodos AT como inverso de la frecuencia propia para el proceso de estabilizacion asf como el sobre-oscilador Ah. Tambien aqrn se seleccionan de nuevo unidades discrecionales (“a. u.”) para la amplitudes. Ademas, en la figura 4 se muestra en la senal de medicion 30' con lmea de trazos 34, con gradiente positivo, una recta media, cuya derivada temporal ilustra el estado estacionario.

A continuacion, antes de hacer referencia a resultados de ensayo concretos con la ayuda de las figuras 5 y siguientes, se describe brevemente el calculo de variables caractensticas, como frecuencia propia, sobre-oscilacion y estado estacionario.

La frecuencia propia (1/AT) de la respuesta del sistema transitorio, como existe en la senal de la corriente i(t) o en la senal de la derivada temporal de la corriente di/dt, se puede calcular aplicando diferentes algoritmos conocidos en sf. Una via sencilla y muy efectiva, en particular con respecto a un calculo en tiempo real, es la determinacion de los valores extremos de los procesos de estabilizacion, que se pueden reconocer en la senal de medicion 30 o bien 30'. Esto se puede realizar, como se ha mencionado, de manera conocida en sf, por ejemplo con algoritmos rapidos y robustos y conduce a un calculo directo de la frecuencia propia.

Otra via de calculo un poco mas elegante y exacta es la del calculo de las frecuencias inherentes a traves de la aplicacion de una transformacion rapida de Fourier (FFT - Fast Fourier Transformation).

Una seleccion exacta de los parametros para la funcion de ventana respectiva tiene tambien aqrn importancia; la

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ventana de observacion se coloca de manera conveniente hasta un estado estabilizado, pero puede ser tambien mas corto, para tener que procesar menos datos. Por ejemplo, se puede seleccionar la ventana solo insignificantemente mayor que AT.

En la figura 3 y en la figura 4 se indica, como se ha mencionado, el valor redproco de la frecuencia propia (fo) como AT para ambos sensores (sensor-CDI en la figura 3 y sensor de corriente de valor absoluto en la figura 4).

Los mismos procedimientos, que se han aplicado para el calculo de la frecuencia propia fo = I/AT durante la determinacion de los valores extremos del curva de valores transitorios de la corriente o de la derivada temporal di/dt de la corriente con la ayuda de algoritmos sencillos rapidos, se pueden aplicar para el calculo de valores de sobre- oscilacion de la senal. Cuando se considera la curva de la senal de la figura 3 (derivada temporal de la corriente di/dt), entonces la diferencia entre el primer valor extremo y el estado estabilizado representa el primer sobre- oscilador 31. En la figura 3, el valor para el primer sobre-oscilador positivo se marca con Ah (en el caso de la utilizacion de sensores-CDI). Cuando se emplean sensores estandar, que miden el valor absoluto de la corriente sobre el tiempo, ver la figura 4, entonces se muestra claramente que oscilacion decreciente de las curvas de las senales transitorias sigue una curva casi recta. Por lo tanto, no se alcanza un estado estacionario de la senal durante la aplicacion de fases de la tension en el intervalo de tiempo considerado a tal fin de algunos microsegundos. Durante una conexion activa, la corriente sube en este tiempo, en esta ventana de tiempo, de forma continua, ver la senal 34, y solamente la derivada temporal de la corriente alcanza un valor estacionario. El valor maximo durante el proceso de estabilizacion de la conexion en la senal de la corriente con respecto al ultimo valor de la corriente antes de la modificacion del estado de conmutacion se puede considerar como primera sobre- oscilacion positiva Ah (figura 4).

Cuando se aplica el salto de la tension durante un tiempo suficientemente largo, a saber, tan largo que se alcanza el estado estacionario de la derivada temporal de la corriente, se puede determinar evidentemente facilmente el valor y.. del estado estacionario de la senal. En el caso de sensores para la derivada temporal de la corriente (sensores de Rogowski), el valor del estado estacionario es el ultimo valor medido cuando se aplica una fase constante de la tension. Esto podna realizarse tambien sin convertidor-A/D de alta frecuencia, directamente, pudiendo elevarse la exactitud de la senal cuando el valor del estado estacionario es detectado a traves del promedio sobre varios de los ultimos valores de medicion de este tipo.

Cuando se utilizan sensores, que miden directamente la corriente, el valor de interes es el estado estacionario de la inclinacion de la curva de la corriente, ver la parte de la curva 34 en la figura 4. Aqu se puede continuar el calculo de tal manera que se toman al menos dos valores de la corriente, siendo la diferencia de tiempo entre los dos valores de la corriente suficientemente grande para posibilitar una determinacion exacta de la derivada temporal de la corriente, es decir, el gradiente de las rectas 34 en la figura 4.

Una ventaja de convertidores-A/D 9, 10, 11 sobreexplorados reside tambien en la posibilidad de la utilizacion de tecnicas de promedio, con lo que se puede elevar la exactitud de la deteccion.

En el caso de un aislamiento perjudicial no se modifica el valor de estado estacionario en comparacion con los valores en la maquina intacta. No obstante, tan pronto como aparece un cortocircuito en el arrollamiento, es decir, un cortocircuito de un arrollamiento a otro arrollamiento, las mediciones muestran que el valor el estado estacionario se modifica esencialmente, aunque solo se cortocircuite un arrollamiento en una fase individual.

De acuerdo con ello, el calculo del valor y.. del estado estacionario es adecuado especialmente para el calculo de un fallo ya existente en el aislamiento.

Se llevaron a cabo ensayos practicos en una maquina de induccion de rotor de cortocircuito de 5,5 kW, siendo accesibles tomas de diferentes arrollamientos de los tres arrollamientos de la maquina. A traves de la conexion de tales tomas con una conexion correspondiente de la maquina es posible cortocircuitar un numero alto diferente de arrollamientos para simular un fallo del aislamiento entre-espiras del estator que no conduce todavfa a la destruccion. Cuando ahora en lugar de una conexion directa se introduce una capacidad adicional, una capacidad de error Cf, entre conexiones correspondientes, se simula un aislamiento deteriorado de una espira a otra. Tal modo de proceder se ilustra de forma esquematica en la figura 5, donde se muestran tres abollamientos 35, 36, 37, que corresponden a las fases U, V, W. Con lmeas de trazos se ilustran, por una parte, la capacidades entre las fases individuales, Cph-ph, y, por otra parte, las capacidades entre las fases individuales y masa, Cph-gnd. Ademas, con lmea de puntos se representa de forma esquematica una capacidad Ct-t como capacidad normal entre dos espiras sucesivas.

Adicionalmente, se representan ahora dos capacidades de fallo Cf, Cf', por una parte una capacidad de fallo Cf entre una primera toma 38 del arrollamiento 35 y la conexion de fases U y, por otra parte, una capacidad de fallo Cf' entre la punta de la estrella 39 y la conexion de fases U. La capacidad adicional Cf o bien Cf' paralelamente a la capacidad del arrollamiento, por ejemplo Ct-t, eleva la capacidad (de fallo) en virtud del aislamiento del arrollamiento. Un gradiente correspondiente de la capacidad se puede constatar en el caso de un deterioro de las propiedades

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dielectricas del aislamiento. Durante el ensayo se determinaron , ademas, para la identificacion mas proxima de las propiedades del sistema de aislamiento de la maquina de induccion las capacidades de fases-fases Cph-ph con 500 pF y la capacidad de fase-masa Cph-gnd con 1 nF.

En los ensayos se realizo la sobreexploracion con una frecuencia de 40 MHz, con la ayuda de convertidores-A/D de 16 bits. La comunicacion con un componente-FPGA 27 se realiza a traves de memoria tampon de datos 26 (figura 1A).

En los primeros ensayos, ver la figura 5, se inserto una capacidad de fallo Cf entre la primera toma 38 del arrollamiento-U 35 y la conexion de fases.

En la figura 6 se ilustra la curva de la senal obtenida de forma correspondiente, medida con un sensor de Rogowski para la derivada temporal de la corriente di/dt, con la curva 41, siendo ilustrada una curva de referencia 40 para la curva de la senal igualmente en la maquina intacta. Como se muestra claramente, resultan diferentes curvas de la senal para las dos curvas 40 (referencia) y 41 (con capacidad de fallo Cf). La capacidad de fallo era en este caso de forma ejemplar Cf = 66 nF.

A partir de la curva de la senal de la figura 6 resulta, ademas, que - como se espera - la modificacion en la capacidad del arrollamiento no se puede detectar sobre la base de los valores de la senal de medicion en el estado estacionario, puesto que las dos curvas de la senal en el estado estabilizado suministran valores identicos. No obstante, a partir de la figura 6 se puede reconocer una diferencia clara con respecto a sobre-oscilaciones y frecuencia propia. Esta diferencia solamente es reconocible cuando el indicador de la tension del estado de conmutacion activo en el eje de las fases muestra la fase “deteriorada” U (en este ejemplo). Hay que mencionar tambien que los procesos de estabilizacion de la conexion - como se ha mostrado - solamente muestran variaciones estadfsticas muy reducidas. Cada curva de una senal mostrada en las presentes figura corresponde a un valor medio obtenido a base de 240 mediciones.

Para la comparacion se representa en la figura 7 una curva de la senal - senal de referencia 40' y curva de la senal de medicion 41' - para el caso de que se realice un proceso de conmutacion con la ayuda del inversor 4' desde un estado negativo en la zona positiva hasta un estado activo en la zona negativa (por ejemplo, desde aproximadamente +1 hasta aproximadamente -2). De manera correspondiente, en la figura 6 se ilustra la curva de la senal 40, 41 durante un proceso de conmutacion del inversor 4' desde un estado inactivo 0 a un estado activo (valor estacionario aproximadamente +1).

Tambien en el caso de la figuras 7 se ha conectado una capacidad de fallo Cf = 66 nF entre la primera toma 38 del arrollamiento 35 y la conexion de fases U. Tambien aqu se pueden reconocer, por una parte, la sobre-oscilacion (en primer lugar negativa y luego positiva) de la curva de la senal 41' en comparacion con la senal de referencia 40', lo mismo que la modificacion de la frecuencia propia con respecto a un desplazamiento del intervalo de tiempo AT.

En otro ensayo se realizaron mediciones comparables, por una parte, con una capacidad de fallo Cf insertada entre una toma en el centro del arrollamiento de la fase U (50 % cortocircuito) o bien entre la punta de la estrella 39 y la conexion de las fases (capacidad de fallo Cf', que corresponde a 100 % cortocircuito), siendo las capacidades de fallo en cada caso un 1 nF. A partir de las curvas de las senales correspondientes en la figura 8, de nuevo medidas con sensores de Rogowski (sensores di/dt) y obtenidas despues de sobreexploracion con 40 MHz, se pueden reconocer claramente las diferencias entre la senal de referencia 50 y la senal 51 con un cortocircuito del 51 % (capacidad de fallo Cf), por una parte, asf como la senal 52 con un cortocircuito del 100 %, capacidad de fallo Cf'. Como se muestra claramente tambien en este caso, en las curvas representadas se puede constatar, bajo deteccion de las modificaciones, la frecuencia propia aproximadamente despues del primer periodo del proceso de estabilizacion.

Para investigar la fiabilidad de los procesos de estabilizacion de la conexion registrados, se investigaron las propiedades estadfsticas de las senales de los sensores. En este caso, se realizaron en cada disposicion, como se ha mencionado, 240 mediciones en la maquina o bien arrollamiento, y se compararon el resultado y los parametros de la senales, respectivamente.

En correspondencia con la curvas de las senales en la figura 8 se ilustra en la figura 8A (con respecto a la amplitud de la sobre-oscilacion) y la figura 9B (con respecto a la frecuencia o bien la frecuencia propia) de forma esquematica una densidad de la probabilidad normalizada de las propiedades de las senale, como se obtienen a partir de los procesos de estabilizacion rapida obtenidos, como se ha explicado. La amplitud de la sobre-oscilacion (Ah en la figura 3) se muestra para la referencia en aproximadamente 4,3 (sobre-oscilador 50A), el primer sobre-oscilador 51A para la senal 51 se representa en la figura 9a con una amplitud de sobre-oscilacion de aproximadamente mas de 5 y el primer sobre-oscilador 52A en la senal 52 se representa en la figura 9A con una amplitud de la sobre-oscilacion de aproximadamente 5,8.

Por lo que se refiere a la frecuencia propia, se ilustran valores correspondientes de la frecuencia 50B, 51B, 52B en la figura 9B con aproximadamente 0,27 MHz para la frecuencia propia en la curva de referencia 50, con

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aproximadamente 0,38 MHz para la curva de la senal 51 con cortocircuito de 50 %, y para el cortocircuito del 100 % senal 52 en la figura 8, con un valor aproximado de 0,33 MHz (en 52B).

En los ensayos no se aplicaron algoritmos complicados, sino metodos matematicos sencillos para la determinacion de sobre-oscilaciones y frecuencia propia como variables caractensticas. Como se deduce a partir de las figuras 9A 5 y 9B, las variables caractensticas calculada tienen una varianza reducida, lo que posibilita una deteccion fiable y rapida incluso de modificaciones mmimas en la capacidad del arrollamiento.

Como se ha mencionado, para la supervision del estado actual del arrollamiento en una operacion en-lmea, es conveniente calcular la variables caractensticas de las senales en una maquina 2 intacta, en una maquina que funciona correctamente, por ejemplo en una fase de mantenimiento. No obstante, entonces hay que procurar que no 10 se introduzcan modificaciones en los valores de la resistencia, ni en los valores de la inductividad asf como en los valores de la capacidad, como por ejemplo en virtud de modificaciones en el cableado.

Tambien es posible calcular durante las mediciones la constante de amortiguacion de la oscilacion propia transitoria - adicionalmente o en lugar de la frecuencia propia 1/AT - como variable caractenstica. En este caso, por ejemplo, se puede proceder de tal forma que a partir del tamano y el instante de los sobre-osciladores y los sub-osciladores 15 individuales se aproxima el comportamiento de atenuacion de la oscilacion propia transitoria por medio de funciones exponenciales sencillas.

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   REIVINDICACIONES

   1. - Procedimiento para la deteccion de un aislamiento en una maquina electrica (2) durante el funcionamiento de la maquina (2), en el que se aplica una tension en el (los) arrollamiento(s) (3) de la maquina (2) y se sobreexplora un proceso de estabilizacion provocado de esta manera con una frecuencia alta en comparacion con las frecuencias caractensticas para una estabilizacion, caracterizado porque para la deteccion de un deterioro del estado del aislamiento con la ayuda de un inversor (4') se aplica una tension en forma de fases en el (los) arrollamiento(s) (3) de la maquina (2) y la corriente (i) provocada de esta manera y/o su derivacion temporal (di/dt) es detectada como senal de medicion con la ayuda de al menos un sensor (6, 7, 8), que es sobreexplorado, despues de lo cual se evalua la senal obtenida a traves de la sobreexploracion con respecto a variables caractensticas del proceso de estabilizacion, como sobre-oscilacion (Ah) y/o frecuencia propia (1/AT) y/o constante de amortiguacion, para la deteccion de un eventual deterioro del aislamiento.
2. 2. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque las variables caractensticas obtenida a traves de la evaluacion son comparadas con variables caractensticas correspondientes, que han sido obtenidas en un proceso de medicion anterior con la maquina funcionando correctamente.
3. 3. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque las variables caractensticas obtenidas son comparadas con valores umbrales predeterminados, de manera que en el caso de que se excedan, se educe un estado de fallo.
4. 4. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la frecuencia propia (1/AT) se calcula a traves de la determinacion del intervalo de tiempo entre valores extremos sobreexplorados sucesivos de la senal de medicion.
5. 5. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la sobre-oscilacion (Ah) se calcula como diferencia entre un valor en el estado estabilizado y un valor extremo, dado el caso el primer valor, en la senal.
6. 6. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como variable caractenstica para la deteccion de fallos reales del aislamiento se utiliza el estado estabilizado (y..) de la senal.
7. 7. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado porque el valor (y..) de la senal en el estado estabilizado en el caso de la deteccion de la derivacion temporal de la corriente provocada se calcula como el ultimo valor medido cuando se aplica una tension constante.
8. 8. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado porque el valor (y..) de la senal en el estado estabilizado en el caso de la deteccion directa de la corriente provocada se calcula sobre dos valores de exploracion espaciados y el gradiente definido a traves de estos.
9. 9. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se realizan varios procesos de medicion con la aplicacion de una tension en forma de fases y se lleva a cabo una evaluacion estadfstica de los resultados obtenidos.
10. 10. - Dispositivo para la deteccion de un aislamiento en una maquina electrica (2) durante el funcionamiento de la maquina (2), en el que a la maquina electrica (2) estan asociados un circuito de alimentacion (4) asf como al menos un sensor (6, 7, 8) en una lmea de corriente (4A, 4B, 4C) para la maquina (2), y en el que estan previstos medios (4') para la aplicacion de una tension al (los) arrollamiento(s) (3) de la maquina asf como una instalacion de sobreexploracion (12) para la sobreexploracion de una senal de medicion obtenida con la ayuda del sensor (6, 7, 8) con una frecuencia comparativamente alta con relacion a procesos de estabilizacion, que se activan cuando de aplica la tension, caracterizado porque el circuito de alimentacion (4) contiene un inversor (4'), que contiene al mismo tiempo los medios (4') para la aplicacion de una tension, en el que el inversor (4') aplica para la deteccion de un eventual deterioro del aislamiento una tension en forma de fases al (los) arrollamiento(s) de la maquina (2), porque el sensor (6, 7, 8) detecta cuando se aplica la tension en forma de fases la corriente (1) provocada en un arrollamiento (3) de la maquina o su derivacion temporal (di/dt) como senal de medicion, que es sobreexplorada, y porque los valores de exploracion obtenidos son alimentados a una unidad de calculo (16) para la determinacion de variables caractensticas del proceso de estabilizacion cuando se aplica la tension en forma de fases, como sobre- oscilacion (Ah) y/o frecuencia propia (1/AT) y/o constante de amortiguacion, para la deteccion de un eventual deterioro del aislamiento.
11. 11. - Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por al menos una unidad de comparacion (21, 22) para la comparacion de las variables caractensticas obtenidas con variables caractensticas registradas correspondientes de la maquina durante el funcionamiento correcto y/o con un valor umbral predeterminado.
12. 12. - Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque en la unidad de comparacion (21, 22) esta conectada una unidad de evaluacion (24) para la deteccion e identificacion de deterioros del aislamiento y, dado

    el caso, de fallos del aislamiento.
13. 13. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por un circuito de ventana (13,

    14, 15) entre la instalacion de sobreexploracion (12) y la unidad de calculo (16) propiamente dicha, en el que el circuito de ventana (13, 14, 15) esta conectado con una entrada de control en una unidad de control (17) que

    5 controla el inversor y establece una ventana de observacion predeterminada, comenzando con una senal de control de la unidad de control (17), a la que se alimentan los valores de exploracion del procesamiento siguiente.
14. 14. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque la unidad de calculo (16) esta realizada con un campo de enlace (FPGA) (27) libremente programable.
15. 15. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la unidad de calculo (16) 10 presenta un procesador de senales digitales (DSP) (28).