ES2922598T3 - Aparato separador de forma de onda y método para detectar la corriente de fuga en sistemas de energía de corriente continua de alta tensión - Google Patents

Abstract

Un sistema separador de forma de onda para determinar la corriente de fuga de CC que fluye a través de una estructura aislante en un sistema de alimentación de corriente continua de alto voltaje, en el que la corriente de fuga de CC es una corriente de CC compuesta que comprende uno o más picos momentáneos de gran magnitud y que tiene un componente de CC y un componente de CA. El componente incluye: (1) un separador de forma de onda configurado para recibir la corriente continua compuesta que fluye a través de la estructura aislante y para separar la corriente continua compuesta en los componentes correspondientes de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA) donde el componente de CA tiene un componente de primera velocidad de cambio, y donde el componente DC tiene una segunda tasa de cambio, y donde la primera tasa de cambio es mayor que la segunda tasa de cambio; (2) al menos un comparador configurado para recibir el componente de CA y producir al menos una señal digital correspondiente; y (3) un procesador configurado para: (a) recibir al menos una señal digital correspondiente y el componente de CC, (b) analizar al menos una señal digital correspondiente y el componente de CC, y; (c) determine la corriente de fuga resultante que fluye a través de la estructura aislante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato separador de forma de onda y método para detectar la corriente de fuga en sistemas de energía de corriente continua de alta tensión

Campo

Las modalidades descritas en la presente descripción se refieren a un aparato y método para medir la corriente de fuga y, más particularmente, a un aparato y método para medir la corriente de fuga que fluye a través de estructuras aislantes en sistemas de energía de corriente continua de alta tensión.

Antecedentes

Los sistemas de energía eléctrica comprenden varias estructuras aislantes, por ejemplo, aisladores exteriores. Las líneas energizadas se sostienen desde estructuras de soporte como postes o torres por medio de aisladores exteriores. Dichos aisladores están hechos de material dieléctrico como porcelana, vidrio u otro material adecuado. Estos aisladores tienden a deteriorarse luego de un período de tiempo. Una de las principales causas del deterioro de los aisladores es la contaminación dieléctrica. Los aisladores de exteriores están continuamente expuestos al medio ambiente y los contaminantes como la sal, el polvo, la arena y otros contaminantes industriales tienden a depositarse o acumularse en la superficie del aislador como una capa seca. La capa seca de contaminante se vuelve conductora bajo condiciones de humectación ligera, como lluvia ligera o rocío matutino, de esta manera reduciendo el rendimiento dieléctrico del aislador. Dado que un extremo del aislador se activa y el otro extremo se conecta a tierra, el rendimiento dieléctrico reducido da como resultado que la corriente fluya a través del aislador hacia tierra. Esta corriente, típicamente, se denomina corriente de fuga. Cuando la contaminación es severa, la corriente de fuga puede alcanzar niveles inaceptablemente altos. Cuando la corriente de fuga excede un valor máximo permitido para una clase de tensión en particular, puede resultar en una condición conocida como flameo. Los flameos crean arcos eléctricos de alta temperatura que pueden poner en peligro al personal de la línea, provocar cortes de energía y dañar el equipo.

La medición y el análisis de la corriente de fuga que fluye a través de un aislador exterior se pueden utilizar para determinar la degradación del aislador y, en consecuencia, predecir una condición de flameo. Típicamente, se determina un valor pico o RMS de la corriente de fuga. Luego, este valor se correlaciona con las tensiones del flameo para predecir el flameo. En un intento por evitar el flameo, la corriente de fuga que fluye a través de los aisladores se mide y se analiza periódicamente.

Otras estructuras aislantes predominantes en un sistema de energía eléctrica incluyen un brazo aéreo u otras estructuras de soporte como andamios, escaleras o torres de celosía. Estas estructuras permiten a los trabajadores alcanzar las líneas aéreas energizadas para realizar trabajos a mano desnuda en las líneas energizadas. Dichas estructuras incluyen secciones de aislamiento eléctrico, que aseguran que no haya una trayectoria eléctrica desde las líneas energizadas a tierra. Las estructuras aislantes permiten que un trabajador trabaje directamente en las líneas energizadas. Si la resistencia eléctrica de dichas estructuras aislantes se rompe debido a los factores mencionados anteriormente, un trabajador podría sufrir una descarga eléctrica y lesiones.

Existen varios métodos para detectar el flujo de corriente de fuga a través de dichas estructuras aislantes. Algunas metodologías conocidas implican desactivar la línea de transmisión antes de la prueba. Las metodologías que se debaten en la presente descripción están dirigidas a la detección en condiciones reales. En otras palabras, las líneas de transmisión se energizan y no se desenergizan antes o durante la detección.

En los sistemas de energía de corriente alterna (CA) de alta tensión convencionales, la corriente de fuga a través de las estructuras aislantes se puede medir mediante el uso de multímetros de CA como los fabricados por Fluke ™ y una variedad de otros fabricantes. Dichos multímetros de CA pueden acoplarse operativamente a un aislador a través de cables eléctricos para medir la corriente de fuga que fluye a través del aislador.

En los últimos años, la transmisión de energía mediante el uso de tecnología de corriente continua de alta tensión (HVDC) se ha aceptado como una alternativa a los sistemas de energía de CA convencionales. Las estructuras aislantes que se utilizan en los sistemas de energía HVDC también son susceptibles a la degradación dieléctrica descrita anteriormente. Sin embargo, debido a las diferencias fundamentales entre la corriente alterna y la corriente continua (bidireccional frente a unidireccional, respectivamente), los dispositivos de medición de corriente CA utilizados en los sistemas de energía de CA para la detección de fugas de corriente no se pueden utilizar de forma segura en un sistema HVDC.

Un artículo científico titulado "Insulator Leakage Current Monitoring: "Challenges For High Voltage Direct Current Transmission Lines" de M. Roman y otros, articula las diferencias entre los sistemas de energía de CA y de corriente continua (CC). También corrobora que no existe un mapeo directo entre los dispositivos de medición de corriente de fuga de CA y CC. Se conocen medidores de CC para la medición de corrientes de fuga en aplicaciones de baja energía, por ejemplo, por debajo de 6 kv. La velocidad de muestreo de tales medidores de CC puede estar, típicamente, en el intervalo de 60 a 100 Hz.

El documento US 5872457 describe un método y un aparato para separar y analizar formas de onda compuestas de CA/CC, el documento US 6421618 describe un aparato y método de detección de fallas de corriente de fuga incipiente, el documento US 4833415describe un aparato y un método para detectar fugas de corriente a través de una estructura aislante y el documento US 2015/168472describe un aparato y un método para medir corrientes de fuga en cadenas de discos aislantes de porcelana y vidrio.

Durante los intentos del candidato de medir la corriente de fuga en los sistemas HVDC, el candidato observó que la corriente de fuga es una corriente continua compuesta que comprende picos o descargas transitorias. Tales descargas son de gran magnitud y pueden describirse mejor como picos de "corta duración" o "momentáneos" o "muy estrechos". En otras palabras, las descargas son de gran magnitud, pero típicamente de duración extremadamente corta. Típicamente, el candidato ha observado que tales picos tienen una duración de menos de un microsegundo a unas pocas centésimas de segundo, dependiendo de la energía del pico. A mayor amplitud y duración, mayor energía. Los picos de alta energía que existen durante centésimas de segundo son peligrosos y representan un riesgo inmediato de flameo. Por esta razón, los picos de corta duración de menor energía son los más críticos para detectar, ya que proporcionan una advertencia más segura y temprana.

Según la experiencia del candidato, dado que los picos son momentáneos, los medidores de CC convencionales no reaccionan a dichos picos y los picos no se registran. El candidato cree que, para capturar dichos picos momentáneos, los medidores de CC convencionales tendrían que modificarse para que tengan frecuencias de muestreo significativamente más altas que las convencionales, por ejemplo, al menos 10 000 muestras/segundo (10 KHz). Además, estos picos registrados deberían catalogarse y mostrarse a un usuario de manera significativa y oportuna. Por lo tanto, existe la necesidad de un aparato o medidor de detección de corriente de fuga de CC relativamente simple y económico, sin la necesidad de una velocidad de muestreo muy alta, que pueda utilizarse con varios tipos de estructuras aislantes eléctricamente en sistemas HVDC para indicar con precisión picos de tensión de corriente de fuga que fluye a través de tales estructuras y muestra la corriente de fuga detectada de manera significativa y oportuna para un operador o usuario.

Resumen

La corriente de fuga de CC consiste enteramente en transitorios rápidos de CC (picos). Los picos de corriente de fuga son aleatorios en su ocurrencia, amplitud y duración. La polaridad de estos transitorios depende de la polaridad de la línea de transmisión de CC. El valor promedio (CC) de estos picos depende de su ocurrencia, amplitud y ancho. La duración de los picos es predominantemente muy corta, en el intervalo de unos pocos microsegundos o menos. Un convertidor analógico/digital (CAD) de muestreo no puede muestrear con precisión la corriente de fuga sin una velocidad de muestreo extremadamente alta, probablemente de 100 Ks/s, lo que probablemente no sería posible en la práctica. Conocer tanto el valor promedio de los picos como su número por segundo nos da una indicación de una falla catastrófica o un flameo entrante. En la presente invención, la corriente de fuga se separa en dos componentes mediante el uso de filtros y amplificadores analógicos. El componente de CC se muestrea por un microcontrolador CAD a una velocidad bastante baja y luego procesado. Los componentes de CA se digitalizan mediante un comparador de tensión y, en particular, hay comparadores de picos de corriente positivos y negativos. El nivel de umbral de los comparadores es ajustable y da pulsos de 0-5 V proporcionales a los picos de corriente de fuga. Un microprocesador cuenta los pulsos provenientes de los comparadores. Solo uno de los comparadores produce pulsos de salida digital. Qué comparador depende de la polaridad de la corriente de fuga. Esto proporciona la medición de cualquiera de las polaridades de la corriente de fuga sin cambiar la entrada o tener que cambiar.

En consecuencia, con en un aspecto, en la reivindicación 1 se proporciona un sistema separador de forma de onda para determinar la corriente de fuga de CC que fluye a través de una estructura aislante en un sistema de energía de corriente continua de alta tensión.

La presente invención proporciona un método de acuerdo con la reivindicación 7. Las modalidades preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjuntas. Las modalidades y/o ejemplos de la siguiente descripción que no se cubren por las reivindicaciones adjuntas se consideran que no forman parte de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una forma de onda representativa de una corriente CC compuesta que fluye a través de una estructura aislante en un sistema HVDC;

La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una modalidad de un aparato para medir la corriente de fuga que fluye a través de una estructura aislante en un sistema de energía de corriente continua de alta tensión (HVDC); Esta modalidad no forma parte de la invención y es aplicable al resto de esta descripción.

La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra detalles adicionales del aparato de la Figura 1;

Las Figuras 4a y 4b son formas de onda representativas de los componentes CC y CA de una corriente CC compuesta que se filtra a través de la estructura aislante y que está siendo procesada por el aparato de las Figuras 2 y 3, la Figura 4a representa esquemáticamente la naturaleza del componente CC de la corriente CC compuesta y la Figura 4b representa esquemáticamente la naturaleza del componente CA de la corriente CC compuesta;

Las Figuras 5a y 5b son formas de onda representativas de los pulsos negativos y positivos del componente de CA de la Figura 4b, representando la Figura 5a los pulsos negativos y representando la Figura 5b los pulsos positivos;

La Figura 6 es una vista externa en perspectiva del aparato de la Figura 2 encerrado dentro de una carcasa o caja para favorecer la portabilidad;

La Figura 7 es un diagrama de bloques de un prototipo de modalidad propuesto del aparato de las Figuras 2 y 3;

La Figura 8 es una vista en perspectiva del aparato de la Figura 6 que se ubica en un lugar en uso para monitorear la fuga de corriente a través de un brazo aislado acoplado eléctricamente a un conductor de alta tensión energizado;

La Figura 9 es un diagrama que representa los componentes aislantes a los que se puede acoplar eléctricamente el aparato de la Figura 6 para monitorear la corriente que se escapa a través de ellos;

La Figura 9a es una vista interior del brazo aislado de la Figura 8 que muestra la ubicación de uno o más de los componentes aislantes representados en la Figura 9; y

La Figura 10 es una vista de una escalera aislante dispuesta en contacto con un conductor de alta tensión energizado y el aparato de la Figura 6 para medir la corriente continua CC que se escapa a través de la escalera aislante;

La Figura 11 es una vista de un andamio aislante dispuesto en contacto con un conductor de alta tensión energizado y el aparato de la Figura 6 para medir la fuga de corriente CC a través del andamio aislante; y

La Figura 12 es una vista de una pértiga aislante que se utiliza durante el reemplazo de un aislador exterior asociado con un conductor de alta tensión energizado, estando el aparato de la Figura 6 acoplado eléctricamente al sistema para medir la fuga de corriente a través de los componentes aislantes del sistema.

Descripción detallada de las modalidades preferidas

Los siguientes párrafos describen un aparato para medir, indicar y procesar con precisión la corriente de fuga que fluye a través de estructuras aislantes en un sistema de energía de corriente continua de alta tensión (HVDC). Ejemplos de estructuras aislantes incluyen, pero no se limitan a, aisladores exteriores, brazos aéreos, andamio aislante, pértiga aislante, líneas hidráulicas, cables de fibra óptica o cualquier otra estructura que pueda estar diseñada y conocida como estructura aislante en la medida en que su material permite que sea dieléctrico, aislante o aislador.

Como se explica en los antecedentes de la invención anteriores, el candidato ha observado que la corriente CC que se filtra a través de las estructuras aislantes en los sistemas HVDC tiene la forma de una corriente CC compuesta que contiene uno o más picos aleatorios de "corta duración" o "momentáneos" o "muy estrechos" de gran magnitud. La Figura 1 ilustra una forma de onda representativa de la corriente CC compuesta que fluye a través de tales estructuras aislantes.

Con referencia a las Figuras 2 y 3, el aparato 10 comprende un separador de forma de onda 12, al menos un comparador de tensión 14 y un procesador 16. El separador de forma de onda 12 se configura para recibir la corriente continua compuesta que fluye a través de una estructura aislante 18 en un sistema HVDC. En una modalidad y con referencia a las Figuras 2 y 3, se puede usar un circuito de detección de corriente 20 para medir la corriente continua compuesta que se escapa a través de la estructura aislante 18. El circuito de detección de corriente 20 está acoplado operativamente a la estructura aislante 18 y al separador de forma de onda 12. Los ejemplos del circuito de detección de corriente 20 incluyen, y no se limitan a, una o más derivaciones de alta precisión o resistencias de derivación (no mostradas) que reciben la corriente CC compuesta y emiten una tensión correspondiente a la corriente CC compuesta recibida. La una o más resistencias de derivación pueden estar asociadas con uno o más amplificadores que amplifican la tensión a través de una o más resistencias de derivación a un nivel que permite un procesamiento adicional por parte del separador de forma de onda 12.

Las mediciones de corriente pueden tomarse o medirse a casi cualquier frecuencia, como desde 10 mediciones por segundo hasta 1000 o más mediciones por segundo.

Como se explicará en detalle en los siguientes párrafos, la estructura aislante 18 puede comprender una única estructura aislante o múltiples estructuras aislantes. En el caso de múltiples estructuras aislantes, en una modalidad, puede establecerse un punto de recogida eléctrica y la corriente continua compuesta que se escapa a través del punto de recogida eléctrica puede detectarse para conducirla al separador de forma de onda 12 para procesamiento adicional.

Las Figuras 4a y 4b representan esquemáticamente la naturaleza del componente CC y el componente CA de la corriente CC compuesta, respectivamente. El componente de CA puede describirse como que tiene una primera velocidad de cambio y el componente de CC puede describirse como que tiene una segunda velocidad de cambio. La velocidad de cambio de los componentes de CA y CC depende de una multitud de factores que incluyen la clase de tensión de la línea de energía de CC, las propiedades dieléctricas de la estructura aislante o la contaminación dieléctrica de la estructura aislante. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la velocidad de cambio del componente de CA (la primera velocidad de cambio) es mayor y, por lo general, significativamente mayor que la velocidad de cambio del componente de CC (la segunda velocidad de cambio). El componente de Cc suele ser estable o sustancialmente estable y, por lo tanto, no cambia sustancialmente durante el proceso de medición. En otras palabras, la velocidad de cambio del componente de CC, específicamente, la segunda velocidad de cambio es muy baja. Como se ve en la Figura 4b, el componente de CA sube y baja rápidamente y, por lo tanto, el componente de C^a se ha descrito en la presente descripción como de movimiento rápido o cambio rápido. Por otro lado, el componente de CC no cambia tan rápido como el componente de CA o cambia a una velocidad lenta como se ve en la Figura 4a. Por lo tanto, el componente de CC se ha descrito como de movimiento lento o cambio lento.

El separador de forma de onda 12 separa la corriente CC compuesta detectada en su componente de CC de cambio lento o de movimiento lento y su componente de CA de cambio rápido o de movimiento rápido. Las Figuras 4a y 4b ilustran la naturaleza de los componentes de CC y CA, respectivamente. El componente de C^a puede tener una forma de onda sinusoidal, rectangular, triangular o similar. En una modalidad, el separador de forma de onda 12 comprende uno o más filtros de paso alto y de paso bajo que forman un banco de filtros. Los filtros de paso alto y de paso bajo son de construcción conocida. El banco de filtros se indica colectivamente con el numeral de referencia 12a en la Figura 3.

El componente de CA es recibido por el al menos un comparador de tensión 14 que proporciona una señal digital correspondiente al componente de C^a recibido. El componente de CA típicamente comprende componentes negativos y positivos. Las Figuras 5a y 5b ilustran la naturaleza de los componentes negativos y positivos contenidos en el componente CA de la corriente CC compuesta. En consecuencia, en una modalidad preferida, el aparato 10 comprende dos comparadores de tensión, un comparador de tensión positivo 22a y un comparador de tensión negativo 22b (Figura 3). El comparador de tensión positivo 22a genera una señal digital representativa de los componentes de CA positivos. El comparador de tensión negativo 22a genera una señal digital representativa de los componentes de CA negativos.

En una modalidad, antes de que el componente de CA se alimente a los comparadores de tensión positivo y negativo 22a y 22b, estos pueden acondicionarse. El acondicionamiento puede incluir la amplificación del componente de CA. En una modalidad preferida y como se ve en la Figura 3, el aparato comprende un amplificador 24 para amplificar el componente de CA.

El componente de CC también puede acondicionarse antes de que lo reciba el procesador 16. El condicionamiento puede incluir filtrado, amplificación o promedio o cualquier combinación de los mismos. Los diversos componentes de dichos circuitos de acondicionamiento son bien conocidos y dichos circuitos se indican colectivamente con el numeral de referencia de referencia 26 en las Figuras 2 y 3.

El procesador 16 recibe el componente de CC y las señales digitales representativas de los componentes de CA positivos y negativos para su posterior procesamiento. Dado que la salida del circuito de acondicionamiento 26 que procesa los componentes de CC es una señal analógica, dicha señal analógica debe digitalizarse antes de que pueda ser procesada por el procesador 16. Tal digitalización generalmente se lleva a cabo mediante el uso de un convertidor de analógico a digital (CAD). El CAD se puede separar o el procesador 16 puede estar equipado con su propio CAD incorporado.

En una modalidad, el procesador 16 recibe una señal digital representativa del componente de CC y las señales digitales correspondientes a los componentes positivo y negativo de CA y los analiza para generar un valor de corriente de fuga resultante que fluye a través de la estructura aislante 18. El procesador 16 lleva a cabo el cálculo de la corriente de fuga resultante mediante el uso de técnicas conocidas, por ejemplo, técnicas de promediación.

En algunas modalidades, el aparato 10 se puede utilizar para alertar a los trabajadores de los cambios en la corriente de fuga resultante y/o si la corriente de fuga resultante está dentro de un intervalo inadmisible para que los trabajadores puedan tomar medidas preventivas inmediatas para salvarse a sí mismos y/o al equipo relacionado. En consecuencia, en algunas modalidades, el aparato 10 comprende además un medio 28 de correlación y comparación para determinar un componente de correlación o valor de parámetro a partir de la corriente de fuga resultante. En la presente descripción, los términos "componente de correlación" y "valor de parámetro" se usan indistintamente. En una modalidad preferida, el componente de correlación es un valor máximo de fuga o valor RMS de la corriente de fuga resultante. El componente de correlación puede ser cualquier cantidad predeterminada de la corriente continua compuesta controlada y procesada, la corriente de fuga resultante. El valor máximo de la corriente de fuga puede entonces compararse con un umbral para generar una señal de resultado de comparación. El umbral puede ser representativo de condiciones de falla, como una condición de flameo inminente. El umbral puede ser valores históricos o valores derivados de la experimentación. La señal del resultado de la comparación puede recibirse por un medio de respuesta 30 para la diseminación de la señal del resultado de la comparación en una o más formas o una combinación de una o más formas. Para realizarlo, los medios de respuesta 30 pueden asociarse a una o más interfaces de diseminación 32. La señal de comparación puede diseminarse en forma visual, auditiva o vibratoria o cualquier combinación de tales formas o, por ejemplo, otras formas de retroalimentación háptica, táctil o sensorial. La interfaz de diseminación 32 puede ser cualquier interfaz conocida capaz de difundir datos, ya sea de forma local o remota, o ambas.

Los medios de correlación y comparación 28 y los medios de respuesta 30 pueden ser módulos del procesador 16, como en el mismo dispositivo de circuito integrado, o pueden ser, por ejemplo, circuitos auxiliares o chips estrechamente acoplados.

Para facilitar la portabilidad, en una modalidad la mayoría de los componentes del aparato de las Figuras 2 y 3 se ubican dentro de una carcasa o caja 34 (Figura 6) que se configura para acoplarse a la estructura aislante 18. El procesador 16 y la memoria a la que puede acceder el procesador que proporciona la medición y el procesamiento de corriente descritos en la presente descripción pueden proporcionarse en la carcasa 34, o dicho procesador puede ser externo a la carcasa 34 y acoplarse a la carcasa 34 para la comunicación de datos posteriores. El procesador 16 puede ser parte de un sistema informático u otro sistema basado en microprocesador. Aunque se describe un procesador, se pueden proporcionar y programar múltiples procesadores para permitir la medición y el procesamiento de la corriente de fuga en la presente descripción, y dichos procesadores pueden estar presentes en la carcasa 34 con uno o más componentes del aparato 10, o el sistema informático, o ambos.

Una o más interfaces 32 para difundir la señal del resultado de la comparación pueden disponerse o posicionarse dentro y alrededor de una superficie de la carcasa 34.

La Figura 6 es una vista externa del aparato 10 con la mayoría de los componentes operativos incluidos dentro de la misma. Como se indicó anteriormente, mediante la inclusión de los componentes del aparato 10 dentro de la carcasa 34, se mejora la portabilidad del aparato 10. La Figura 6 es un ejemplo de cómo una o más interfaces de difusión 32 pueden disponerse o colocarse dentro y alrededor de una superficie de la carcasa 34. En este ejemplo, una o más interfaces de difusión incluyen una pantalla LCD, un altavoz de audio y una pantalla gráfica para mostrar la corriente de fuga resultante o cualquier cantidad predeterminada de la corriente de fuga resultante.

La Figura 7 es un diagrama de bloques de una modalidad que muestra los componentes operativos de un prototipo propuesto 10a del aparato 10. El prototipo 10a incluye los componentes operativos ilustrados en las Figuras 2 y 3, y dichos componentes operativos correspondientes se designan con los mismos numerales de referencia que en las Figuras 2 y 3. La mayoría de los componentes operativos del prototipo 10a se ubican en una carcasa como la carcasa 34. La corriente CC compuesta que se escapa a través de una estructura aislante fluye hacia el aparato 10 a través de un dispositivo protector de voltaje transitorio 36 que protege todos los componentes eléctricos aguas abajo de una subida de tensión. El prototipo 10a comprende además un interruptor 38 para cambiar el procesador 16 de su configuración normal o de "funcionamiento" a su configuración de calibración y viceversa. El banco de filtros 12a del separador de forma de onda 12 incluye un filtro de paso bajo 12a' y un filtro de paso alto 12". Los filtros de paso bajo y paso alto se asocian con los amplificadores correspondientes, 40' y 40". El componente de CC se filtra por el filtro de paso bajo 40' y el componente de CA se filtra por el filtro de paso alto 40". Las salidas de los dos filtros se amplifican antes del procesamiento adicional. La salida del amplificador 40" se alimenta a los comparadores de tensión positivo y negativo, 22a y 22b, que a su vez generan señales digitales correspondientes a los componentes positivo y negativo contenidos en la parte de CA de la corriente de CC compuesta. La salida del amplificador 40' (componente CC amplificada) es una señal analógica. Las señales digitales correspondientes al componente de CA y la señal analógica correspondiente al componente de CC se reciben por el procesador 16 para su posterior procesamiento. El procesador 16 del prototipo 10a tiene incorporado un CAD 42 que recibe la señal analógica correspondiente al componente CC y la digitaliza. Las señales de entrada son procesadas por el procesador 16 para determinar una corriente de fuga resultante mediante el uso de metodologías bien conocidas en la técnica. El procesador 16 del prototipo 10a se asocia a una memoria externa 44 para almacenar información relativa a la corriente de fuga resultante y/o a sus componentes asociados. El prototipo 10a comprende además una o más interfaces de difusión dispuestas alrededor de una superficie exterior de la carcasa 34. Las interfaces de difusión 32 asociadas con el prototipo incluyen un altavoz de audio y pantallas LCD. Como se indicó anteriormente, las interfaces pueden utilizarse para alertar a un trabajador de los cambios en la corriente de fuga resultante que fluye a través de la estructura aislante 18. En el prototipo de la Figura 7, el procesador 16 también recibe información de un sensor de temperatura 48 y un sensor de humedad 50 ubicados en los alrededores de la estructura aislante para detectar la temperatura y la humedad del aire alrededor de la estructura aislante. La entrada recibida de los sensores de temperatura y humedad también puede mostrarse en o más de las interfaces de difusión 32. El procesador 16 incluye un puerto serie para comunicarse con los periféricos, como las interfaces de difusión 32 y/o el(los) dispositivo(s) de entrada.

Los párrafos siguientes describen el arreglo y el uso del aparato 10 para medir la corriente de fuga que fluye a través de diversas formas de estructuras aislantes. En estas modalidades, la mayoría de los componentes operativos del aparato 10 están alojados dentro de la carcasa 34. El aparato 10 generalmente está conectado en serie entre el miembro aislante 18 y la tierra G para medir y procesar la corriente continua compuesta que fluye a través de la estructura aislante 18. Como se indicó anteriormente, en alguna modalidad, el aparato 10 puede utilizarse para monitorear en tiempo real la corriente que se escapa a través de una o más estructuras aislantes que están eléctricamente acopladas a un conductor energizado de alta tensión.

La Figura 8 representa el aparato 10 en una posición de uso con un dispositivo de elevación aérea 60 equipado con un cangilón 62 para ocupantes humanos. El dispositivo elevador aéreo 60 puede montarse en un chasis 64 de camión, vehículo o remolque, o plataforma similar, el chasis 64 puede o no tener ruedas. Cuando el aparato 10 está en uso, un brazo 66, que puede tener una longitud fija o extenderse de manera telescópica, puede extenderse de manera que el cangilón 62 resida junto a una línea de energía de corriente continua de alta tensión energizado (es decir, viva) 68 para que los ocupantes humanos dentro del cangilón 62 pueden realizar mantenimiento en, o construir más, la línea de energía de corriente continua de alta tensión 68. Cuando el aparato 10 está en uso, el cangilón 62, que puede construirse con componentes metálicos, se coloca al mismo potencial (es decir, tensión) que la línea de energía de CC 68. De manera similar, un ocupante humano dentro del cangilón 62 también se coloca al mismo potencial que la línea de energía de CC 68. Para colocar el cangilón 62 y cualquier ocupante humano dentro del cangilón 62 al mismo potencial que la línea de energía de CC 68, se utiliza una abrazadera de unión 70. La abrazadera de unión 70 proporciona un enlace eléctrico entre el cangilón 62 y la línea de energía de CC 68 para que el cangilón 62 y los ocupantes humanos alcancen el potencial de la línea de energía de CC 68. El cangilón 62 se sujeta de manera giratoria al brazo telescópico 66 para permitir el movimiento relativo entre el cangilón 62 y el brazo telescópico 66. El brazo telescópico 66 es un miembro eléctricamente aislante hecho de fibra de vidrio o fibra de vidrio y otros materiales no conductores, que pueden incluir plásticos y otros materiales.

Continuando con la Figura 8, montado en el brazo telescópico cerca del cangilón 62 hay un anillo de corona 72. El anillo de corona 72 se puede montar dentro de los tres metros o dentro de las tres yardas de la unión del brazo 66 y el cangilón 62, o donde sea más ventajoso eléctricamente. En un extremo opuesto del brazo 66, cerca de un chasis de camión 68 u otra plataforma de montaje o punto de pivote más bajo del brazo 66, una banda colectora exterior 74 y una banda colectora interior 74a (visto en la Figura 9) pueden montarse en y contra, un exterior y un interior, respectivamente, del brazo 66. El brazo 66 puede ser hueco y usarse como conducto o pasaje para los componentes representados en la Figura 9, como una o más líneas hidráulicas 76, líneas eléctricas 78 y uno o más cables de fibra óptica 80. Como también se representa en la Figura 9, las líneas eléctricas 78 pueden atravesar el interior del brazo o pueden atravesar o correr a lo largo de una superficie exterior o superficie interior del brazo 66. En una base del brazo 66, pueden existir uno o más colectores eléctricos 82 (Figura 9a) para todas las estructuras aislantes que se monitorean para el flujo de corriente. El circuito de detección de corriente 20 puede detectar la corriente continua compuesta que fluye a través de uno o más colectores para ingresar al separador de forma de onda 12. Cada una de las líneas hidráulicas 76, los cables de fibra óptica 80 y el brazo 66 están hechos de un material dieléctrico y tienen cualidades de aislamiento eléctrico. Sin embargo, como se indicó anteriormente, incluso los materiales dieléctricos y aislantes permitirán que pase cierta cantidad relativa de corriente, y el aparato 10 se diseña para detectar ese nivel de corriente.

La Figura 9a es una vista en perspectiva de cómo las líneas hidráulicas 76 y los cables de fibra óptica 80 pueden residir dentro del interior del brazo 20. Además, la Figura 9a muestra los colectores eléctricos 82. Los colectores 82 son eléctricamente conductores y pueden tener la forma de una abrazadera como la que se muestra en la Figura 9a que rodea los cables de fibra óptica 80.

La Figura 10 representa una escalera aislante 84 dispuesta en contacto con el conductor eléctrico energizado 68 en los puntos de contacto 86 y 88, y el aparato 10 se conecta eléctricamente a la escalera aislante 84. En el extremo opuesto de la escalera aislante 84, un primer anillo de sujeción eléctricamente conductor 90a rodea y hace contacto con una primera pata de escalera 84a, y un segundo anillo de sujeción eléctricamente conductor 90b rodea y hace contacto con una segunda pata de escalera 84b. Un cable de puente de anillo de sujeción 92 se conecta eléctricamente a cada uno del primer anillo de sujeción eléctricamente conductor 90a y el segundo anillo de sujeción eléctricamente conductor 90b. Aunque se puede utilizar el anillo de sujeción eléctricamente conductor 90a o 90b, la Figura 10 representa un cable conductor 94 para conducir la corriente desde cada uno del primer anillo de sujeción eléctricamente conductor 90a y el segundo anillo de sujeción eléctricamente conductor 90b al aparato 10. El arreglo de la Figura 10 permite que el aparato 10 detecte la fuga de corriente a través de la escalera aislante 84 y conecte a tierra G a través del cable de tierra G'.

La Figura 11 representa otra modalidad en la que un andamio aislante 96 está dispuesto en contacto físico y eléctrico con el conductor de CC energizado 68, como con un puente eléctrico 98. El aparato 10 se puede conectar eléctricamente al andamio aislante 96 para monitorear la fuga de corriente a través del andamio aislante 96. Más específicamente, en un plano horizontal dado a cierta distancia de una superficie subyacente como la tierra G sobre la que puede residir el andamio aislante 96, o a cierta distancia del conductor de CC 68 energizado, cada uno de los postes verticales 96a que pasan a través de dicho plano horizontal se conectan eléctricamente con un cable conductor de electricidad 98a o múltiples piezas de cable conductor de electricidad 98a. El cable eléctricamente conductor 98a se puede asegurar contra cada poste vertical 96a mediante un anillo de sujeción eléctricamente conductor para permitir un bucle eléctrico continuo de cable eléctricamente conductor 98a. Así, se crea un bucle continuo de poste vertical a poste vertical alrededor del andamio aislante 96. Desde una de las secciones del cable eléctricamente conductor 98a, se conecta un conductor en el cable 99 para crear un enlace eléctricamente conductor desde el cable eléctricamente conductor 98 hasta el aparato 10. El arreglo de la Figura 11 medirá la corriente de fuga que fluye a través del andamio aislante y hacia la tierra G a través del cable de tierra G'.

La Figura 12 representa una primera pértiga aislante 100 y una segunda pértiga aislante 102 que se utilizan durante la sustitución de un aislador exterior 104 en la línea de energía energizada 68, y la colocación del aparato 10 durante el uso de dicha sustitución. Una pértiga es un nombre que utilizan los profesionales que se dedican al mantenimiento, la construcción y la reconstrucción de líneas energéticas de CC energizadas o vivas, para tipos específicos de postes aislados, que también son herramientas y, por lo general, están hechos de fibra de vidrio, o fibra de vidrio y otros materiales aislantes. Los materiales aislantes evitan, por motivos prácticos, que la corriente eléctrica viaje desde una línea de energía energizada, como la línea de energía de CC 68, a tierra G.

Continuando con la Figura 12, el uso del aparato 10 durante un escenario típico que involucra la sustitución de un aislador envejecido o de cualquier otra manera comprometido, como el aislador 104, puede involucrar una estructura de soporte de conductor 106, como parte de una torre de celosía o cualquier estructura de soporte de línea eléctrica que sea conectado a tierra y, por lo tanto, al potencial de tierra G (es decir, en la industria se conoce como potencial de tierra). Como parte de la estructura de soporte del conductor 106, la Figura 12 representa una viga aproximadamente horizontal u horizontal 108, con, en relación con la viga horizontal 108, una viga en ángulo 110. La viga horizontal y la viga en ángulo se unen por estructuras conectivas 112 para aumentar la resistencia. Con la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 unidas a la estructura de soporte del conductor 106, como a la viga horizontal 108, la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 cuelgan a la misma o aproximadamente la misma longitud que el aislador 104. La primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 se pueden separar a una distancia especificada por un soporte limitador 114. Cada una, la primera pértiga aislante 100 y una segunda pértiga aislante 102 se fija a la línea de energía de CC energizada 68 mediante anillos de sujeción o algún dispositivo adecuado, y de manera similar, cada una, la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 se fija a la viga horizontal 108 mediante un anillo de sujeción o algún dispositivo adecuado. El soporte limitador 114 puede ubicarse cerca de la línea de energía de CC energizada 68. Cuando la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 están en su lugar, como se muestra en la Figura 12, el aislador 104 se puede quitar y, en lugar de la estructura de soporte del conductor 108, antes de retirarla, soportar la carga de tracción debido a la gravedad de la línea de energía de CC energizada 68, cada una de la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 soporta la mitad de la carga de tracción de la línea de energía de CC energizada 68.

La Figura 12 también representa el aparato 10 fijado de alguna manera a la estructura de soporte del conductor 108. Además, un puente eléctricamente conductor 116 que se ubica entre la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 crea una trayectoria eléctrica entre las dos pértigas. El puente eléctricamente conductor 116 está firmemente sujeto a cada una, la primera pértiga aislante 100 y la segunda pértiga aislante 102 mediante una abrazadera eléctricamente conductora 118 que es consistente con cada unión. Desde una de las abrazaderas eléctricamente conductoras 118, un cable conductor eléctrico 120 permite que la corriente que se escapa a través del sistema fluya hacia el aparato 10. Un cable conductor de tierra 122, sujeto a la estructura de soporte del conductor 106 con una abrazadera, completa una trayectoria de corriente eléctrica a través de la estructura de soporte del conductor 106 a tierra G.

Como se indicó anteriormente, las mediciones de corriente pueden tomarse o medirse a casi cualquier frecuencia. Una corriente de fuga promedio o resultante puede calcularse después de un número predeterminado de mediciones, como después de 100 o 1000, o alguna otra cantidad, y luego almacenarse en una memoria que puede ser interna o externa al aparato 10. La corriente de fuga resultante o alguna cantidad o componente de la corriente de fuga medida y procesada (denominada componente de correlación o valor de parámetro en la presente descripción) puede mostrarse en una o más interfaces 32 asociadas con el aparato 10.

Con el tiempo, el rendimiento dieléctrico de las estructuras aislantes puede deteriorarse. En consecuencia, la corriente de fuga resultante o alguna cantidad predeterminada o componente de la misma, puede aumentar desde un primer valor hasta un segundo valor. Como se indicó anteriormente, el aparato 10 puede usarse para monitorear y difundir tales tendencias en los valores de corriente de fuga en tiempo real para alertar a los trabajadores u operadores de la intensidad creciente de la corriente de fuga que fluye a través de las estructuras aislantes.

En una modalidad, la corriente de fuga resultante o cualquier componente de la misma puede asociarse con tres zonas de operación, una zona segura, una zona de precaución y una zona de peligro. En la zona segura, la corriente de fuga está dentro de un intervalo permisible. En la zona de precaución, la corriente de fuga resultante está fuera de la zona segura pero no dentro de un intervalo no permitido. Los valores de la zona de precaución no constituyen necesariamente una situación peligrosa. En la zona de peligro, la corriente de fuga resultante se encuentra dentro del intervalo no permitido. La zona de peligro es generalmente indicativa de una condición de flameo inminente. La zona de peligro indica que la integridad del aislamiento se ha visto comprometida. Como entenderá un experto en la técnica, los límites de la zona de peligro estarían varios órdenes de magnitud por debajo del umbral real de flameo de la estructura aislante de línea viva para proporcionar un tiempo de advertencia adicional y un factor de seguridad adecuado para que los trabajadores se retiren de la estructura aislante. y/o tomar medidas para detener o reducir la cantidad de corriente que pasa a tierra 50. El umbral para las zonas de seguridad, precaución y peligro para una clase o intervalo de tensión de CC puede derivarse de valores históricos representativos de condiciones de falla, como una condición de flameo inminente para esa clase. Los límites de la zona segura variarán según el intervalo de tensión de CC o la tensión de CC preciso de una línea de energía a la que el aparato está acoplado de manera operativa.

En una modalidad, los valores de corriente de fuga en la zona segura (por ejemplo, verde) pueden mostrarse gráficamente mediante una serie de barras verdes junto con el valor dado. Los valores de corriente de fuga se pueden mostrar a través de luces de colores, un gráfico físico o cualquier otra representación gráfica de intensidad. En una modalidad, también se visualizan los valores de corriente de fuga de precaución (por ejemplo, amarillo) y zona de peligro (por ejemplo, rojo). Sin embargo, los valores en las zonas de precaución y peligro también pueden ir acompañados de una señal de advertencia audible o visual de algún tipo para alertar al operador de la presencia de una intensidad creciente de la corriente de fuga.

Los valores de corriente de fuga resultantes determinados por el aparato descrito en la presente descripción se pueden trazar en un gráfico. Alternativamente, se podría compilar y almacenar una serie de información, como en una base de datos en la memoria asociada con el aparato 10. Las mediciones de corriente y su duración pueden almacenarse en la memoria como una serie de números enteros (o valores) durante un período de tiempo dado. La base de datos puede incluir columnas de información que incluyen, entre otros, tiempo (por ejemplo, segundos o microsegundos), lectura de amperaje de la corriente compuesta de CC (por ejemplo, microamperios) en un intervalo de tiempo (por ejemplo, cada 1/60 de un segundo, cada 1/100 de un segundo, cada 1/120 de un segundo), lectura de amperaje de la corriente de fuga resultante (por ejemplo, microamperios) y valor de amperaje promedio de la corriente de fuga resultante durante un período de tiempo predeterminado (por ejemplo, cada segundo, cada diez segundos). Como ejemplo, el valor de amperaje promedio de la corriente de fuga resultante para un número predeterminado de lecturas, o un valor de amperaje promedio durante un período de tiempo predeterminado puede mostrarse en las pantallas asociadas con el aparato 10 para inspección visual por parte del espectador o usuario del aparato 10. Aun así, en lugar de mostrar un valor numérico en una pantalla, una representación gráfica se puede mostrar simultáneamente o en su lugar se puede mostrar. Una representación gráfica puede ser un gráfico de barras que cambia continuamente y que muestra gráficamente un valor de amperaje de la corriente de fuga resultante.

Para optimizar el uso de la memoria, todos los valores de corriente de fuga resultantes registrados y mostrados históricos "antiguos" o relevantes en el pasado pueden eliminarse de la memoria asociada con el aparato para proporcionar al usuario o trabajador datos más recientes y relevantes como a las propiedades aislantes presentes o instantáneas o al estado de la estructura aislante 18.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema separador de forma de onda para determinar la corriente de fuga de corriente continua, CC, que fluye a través de una estructura aislante (18) en un sistema de energía de corriente continua de alta tensión en donde la corriente de fuga CC es una corriente CC compuesta que comprende uno o más picos momentáneos y que tiene un componente CC y un componente de corriente alterna, CA, comprendiendo el sistema:

un separador de forma de onda (12) configurado para recibir la corriente CC compuesta que fluye a través de la estructura aislante y para separar la corriente CC compuesta en componentes correspondientes de CC y CA, en donde el componente de CA tiene una primera velocidad de cambio, y en donde el componente de c C tiene una segunda velocidad de cambio, y en donde la primera velocidad de cambio es mayor que la segunda velocidad de cambio;

un amplificador (24) configurado para amplificar el componente CA y el componente CC;

un comparador (14) configurado para recibir el componente de CA, en donde el componente de CA comprende uno o más componentes positivos y uno o más componentes negativos caracterizado porque el comparador incluye un comparador de tensión positiva (22a) configurado para contar uno o más componentes positivos y un comparador de tensión negativa (22b) configurado para contar uno o más componentes negativos, estando configurado además el comparador para producir una señal digital positiva correspondiente a uno o más componentes positivos contados y una señal digital negativa correspondiente a uno o más componentes negativos contados; y

un procesador (16) configurado para:

(a) recibir la señal digital positiva y la señal digital negativa y el componente de CC,

(a) analizar la señal digital positiva y la señal digital negativa y el componente de CC, y

(c) determinar una corriente de fuga resultante que fluye a través de la estructura aislante.

2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un circuito de detección de corriente (20) que, cuando se acopla operativamente a la estructura aislante (18) y al separador de forma de onda (12), se configura para detectar la corriente continua compuesta que fluye a través de la estructura aislante y para alimentar un valor de tensión correspondiente a la corriente detectada al separador de forma de onda.

3. El sistema de la reivindicación 2, en donde el circuito de detección de corriente (20) incluye una o más derivaciones o resistencias de derivación.

4. El sistema de la reivindicación 1, en donde el separador de forma de onda (12) comprende al menos un circuito de filtro (12a) configurado para separar el componente de CC del componente de CA en la corriente de fuga de CC detectada.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el procesador (16) se configura además para: (d) determinar un componente de correlación a partir de la corriente de fuga resultante, comprendiendo el componente de correlación un valor máximo de fuga o un valor RMS de la corriente de fuga resultante, y (e) comparar el componente de correlación con un valor umbral y generar una señal de resultado de comparación indicativo de un fallo si el componente de correlación supera el valor umbral.

6. El sistema de la reivindicación 5, que comprende además un medio de respuesta (30) configurado para recibir dicha señal de resultado de comparación y difundirla a través de al menos una interfaz de difusión (32).

7. Un método para determinar la corriente de fuga de corriente continua, CC, que fluye a través de una estructura aislante (18) o un material dieléctrico (18) acoplado eléctricamente a una línea de energía energizada que conduce corriente CC en un sistema de energía de corriente continua de alta tensión, en donde la corriente de fuga CC es una corriente CC compuesta que comprende uno o más picos momentáneos, y que tiene un componente de CC y un componente de corriente alterna, CA, caracterizándose el método por:

(a) separar, mediante el uso de un separador de forma de onda (12), la corriente CC compuesta en su componente de CC de movimiento lento y su componente de CA de movimiento rápido;

(b) analizar, mediante el uso de un comparador (14), el componente de CA de movimiento rápido en donde el componente de CA comprende uno o más componentes positivos y uno o más componentes negativos, la etapa de analizar el componente de CA de movimiento rápido incluye contar el uno o más componentes positivos y contar el uno o más componentes negativos y producir una señal digital positiva correspondiente al uno o más componentes positivos contados y una señal digital negativa correspondiente al uno o más componentes negativos contados; y

(c) analizar la señal digital positiva y la señal digital negativa y el componente de CC de movimiento lento para determinar una corriente de fuga resultante que fluye a través de la estructura aislante o material dieléctrico (18).

8. El método de la reivindicación 7, que comprende además recibir la corriente CC compuesta desde un circuito de detección de corriente (20) acoplado operativamente a la estructura aislante o material dieléctrico (18) y el separador de forma de onda (12).

9. El método de la reivindicación 7, que comprende además:

(a) determinar un componente de correlación a partir de la corriente de fuga resultante;

(b) comparar el componente de correlación con un valor de umbral predeterminado indicativo de un valor de corriente de flameo para la estructura aislante o material dieléctrico (18);

(c) generar una señal de resultado de comparación si el componente de correlación supera el valor del umbral; y

(d) difundir la señal del resultado de la comparación.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la etapa de difusión comprende al menos uno de los siguientes: hacer sonar una alarma de audio, activar una alarma visual, activar una alarma táctil, activar una alarma háptica.