MX2010013535A - Dispositivo de deteccion de descarga parcial portatil. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de detección de descarga parcial parta la detección y medición de descargas parciales en sistemas eléctricos o componentes eléctricos, los cuales entregan señales teniendo una forma que se parece mucho a aquella de la pulsación radiada, para mejorar la identificación y el análisis. El dispositivo es de tamaño pequeño, totalmente aislado y auto energizado, y permite que se lleven a cabo las mediciones con la más alta seguridad sin necesidad de una conexión directa, permitiendo por tanto a los operadores el permanecer a una distancia y evitar cualquier cierre del sistema mientras que se hacen las mediciones; además también puede detectar y entregar la señal sincronizada la cual es obtenida mediante el recoger el voltaje de suministro de los componentes que generan la descarga.

Description

DISPOSITIVO DE DETECCION DE DESCARGA PARCIAL PORTATIL Campo de la Invención La presente invención se refiere a un dispositivo de detección de descarga parcial portátil el cual es particularmente usado para detectar y medir las descargas parciales en componentes eléctricos y aparatos, tal como cables de voltaje medio o alto, juntas de cables, aisladores de línea aérea, cajas de interruptores de voltaje medio y alto, cables de voltaje medio y alto, cables de voltaje alto y extra alto usando GIS (Dispositivo de Distribución Aislado con Gas) .

Antecedentes del Arte El término descargas parciales se intenta para indicar una recombinación no deseada de cargas eléctricas que ocurren en el material dieléctrico (aislante) de los componentes eléctricos, cuando estos últimos tiene defectos de varios tipos. Aquí, una corriente de pulsaciones generada en partes del material dieléctrico, y provoca que se propague una onda electromagnética a través de los cables eléctricos de tierra del sistema eléctrico relevante, y radie a través de varios medios a través de los cuales esta onda pasa (material dieléctrico, metales, aire, etc.).

Las descargas parciales son usualmente medidas mediante el detectar las señales generadas por tales descargas usando sensores especiales y analizando tales señales por un software adecuado. Estos sensores usualmente detectan las descargas debidas a su propagación por la conducción; por tanto, estos estarán dotados sobre los cables o colocados en la proximidad de los componentes que están siendo medidos, y frecuentemente requieren un cierre de sistema temporal. Tales sensores incluyen dipolo o antenas de arreglo de dipolo, sensores magnéticos de tipo "Rogowsky" o un "transformador acoplador" ; los sensores de proximidad de campo eléctrico o magnético, operando a pocos centímetros de la fuente; los sensores acústicos o piezoelécricos . Todos estos sensores son caracterizados por desempeños altos en situaciones particulares, pero no son suficientemente flexibles para ser usados en cualquier condición. Una desventaja adicional es la de que el uso de tales sensores requiere una conexión directa o inmediata a las fuentes principales para la evaluación de la fase de voltaje operando en la descarga.

La tecnología del arte previo para la detección de ruido radiado, la cual no requiere una conexión directa al sistema, incluye los sensores de campo eléctrico magnético que utilizan el principio de resonancia para recoger las señales de la amplitud más alta, aún sin requerir ningún amplificador. La desventaja de esta clase de sensores consiste en sus dificultades de procesamiento de señal, causadas por la resonancia, en relación a la forma de pulsaciones adquiridas .

Por tanto, se siente la necesidad del dispositivo de detección de descarga parcial que puede superar todas estas desventajas anteriores.

Síntesis de la Invención Un objeto primario de la presente es el proporcionar un dispositivo de detección de descarga parcial para detectar y medir las descargas parciales en los objetos fuente que generan tales descargas, tal como los sistemas y componentes eléctricos, los cuales entregan señales teniendo componentes eléctricos, los cuales entregan señales teniendo una forma que se parece mucho a aquella de la pulsación radiada, para una identificación de análisis mejorados.

Un objeto adicional es el de proporcionar al dispositivo de tamaño pequeño, totalmente aislado y energizado, el cual permite que las mediciones se lleven a cabo con la seguridad más lata sin necesidad de una conexión directa al sistema de examen, permitiendo por tanto a los operadores el permanecer en la distancia no requiriendo que el sistema sea des-energizado para la detección.

Por tanto, la invención está dirigida a llenar y realizar los objetos anteriores mediante el proporcionar un dispositivo portátil para detectar descargas parciales en un objeto fuente de descarga el cual comprende, como se definió en la cláusula .1, una antena de banda ancha adaptada para actuar como un sensor de campo eléctrico e incluye un primer conductor planar que coopera con un segundo conductor cuyo perfil converge hacia el primer conductor planar en un punto o una línea, dicho segundo conductor siendo más pequeño por alrededor de dos órdenes de magnitud y la longitud de onda de campo que es detectada de manera que la antena de banda ancha es no resonante en una banda de desde alrededor de 0.1 Megahertz a alrededor de 100 Megahertz .

Ventajosamente, el dispositivo de la invención es eléctricamente independiente y portátil y permite la medición remota de los componentes que van a ser probados, sin una conexión galvánica y de una manera completamente segura.

Esto evita cualquier conexión directa de los sensores el cual requeriría que el sistema des-energizado y posteriormente energizado para la detección, des-energizado y para remover los sensores y des-energizarlos de nuevo.

Las señales que pueden ser adquiridas por dicho dispositivo tienen una amplitud de incrementado debido al uso de una serie de fases de amplificador.

Las incorporaciones particulares de la antena del dispositivo de la invención se han encontrado que son altamente ventajosas en el logro de los resultados satisfactorios.

Una ventaja adicional del dispositivo de la presente invención consiste en la posibilidad de recoger capacitivamente el voltaje de operación, proporcionando por tanto una referencia de fase remota, sin requerir ninguna conexión directa al voltaje. Por tanto, este puede también detectar y entregar la señal sync, la cual está obtenida mediante el recoger el voltaje de suministro de dicho objeto de fuente de generación de descarga. Esto hace al dispositivo eléctricamente independiente y portátil, y permite que se hagan las mediciones sin una conexión galvánica, mediante el sincronizar las pulsaciones adquiridas con el voltaje que generan éstas.

El dispositivo puede ser conectado a instrumentos de adquisición de análisis existente, tal como los sensores convencionales.

El dispositivo puede opcionalmente incluir una parte electrónica para la adquisición digital, de análisis, la exhibición y almacenamiento y/o transmisión de pulsaciones detectadas. En este caso, si el dispositivo puede ser usado como un instrumento completamente portátil. Por tanto, su dispositivo está equipado con un sistema de adquisición de almacenamiento, esto puede manejar toda la información para una medición de descarga parcial tradicional.

La forma y el tamaño de los componentes se han diseñado para la colección remota y una reproducción fiel de las pulsaciones generadas por las descargas parciales.

El dispositivo de la invención también puede ser empleado con sistemas de voltaje medio en campos tal como, la generación de energía del viento, la tracción de ferrocarril, etc .

A pesar de los costos de fabricación ventajosamente bajos, los desempeños son superiores a los de los dispositivos del arte previo, y los tiempos de detección de descarga parcial son más cortos .

Las cláusulas dependientes describen incorporaciones preferidas de la invención.

Breve Descripción de los Dibujos Las características y ventajas adicionales de la invención serán más evidentes de la descripción detallada de una incorporación referida pero no exclusiva de un dispositivo de detección de descarga parcial el cual está descrito en un ejemplo no limitante con ay da de los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es una vista en sección de un dispositivo de detección de descarga de la invención.

Las Figuras 2a, 2b, 2c y 2d muestran dos vistas en sección y en plano respectivamente de las incorporaciones del componente de sensor de campo eléctrico del dispositivo de la invención; Las Figuras 3a y 3b muestran partes de los circuitos electrónicos del dispositivo de la invención.

Descripción Detallada de las incorporaciones preferidas de la invención Refiriéndonos a la Figura 1, hay mostrado un dispositivo de detección de descarga parcial generalmente designado con el 10, el cual comprende: una antena de banda ancha no resonante 1, optimizada para la recepción de las señales de pulsación generadas por las descargas parciales, un sensor de campo auxiliar magnético 2, un amplificador de banda ancha electrónico 3, un circuito de sincronización 4 para detectar el voltaje de suministro del sistema o de los componentes que están siendo examinados mediante acoplamiento capacitivo; - baterías 8 para suministrar energía a los circuitos del dispositivo; los medios de control 5 para controlar su operación.

Todos estos componentes son mantenidos en un recipiente portátil 7 que tiene, por ejemplo, dos conectores BNC u otros conectores adecuados para recoger las señales detectadas, proyectándose desde los mismos para la conexión posible a instrumentos de análisis o adquisición existentes.

La antena de base ancha 1 está diseñada para ser no resonante en la banda relevante de desde alrededor de 0.1 Megahertz a alrededor de 100 Megahertz. Esto asegura la reproducción fiel de las pulsaciones detectadas. Ésta característica es obtenida por el uso de una antena de banda amplia particular 1 (una antena de "Ultra Banda Ancha") teniendo características de forma y tamaño especiales. Particularmente, la antena 1 comprende de un primer conductor planar 22, por ejemplo, un plano a tierra con un segundo conductor 21 colocado arriba de éste a una distancia corta, la cual tiene tal forma que su perfil converge en un punto o en una línea hacia el plano a tierra 22.

De acuerdo a la forma seleccionada, el segundo conductor 21 puede ser bidimensional o tridimensional. Las formas tridimensionales son obtenidas del perfil bidimensional por rotación.

El plano a tierra 22, el cual tiene preferiblemente una forma cuadrada o rectangular, tiene tal tamaño para contener por lo menos la proyección del segundo conector 21 sobre éste. Los conductores primero y segundo 22 son formados preferiblemente de un material de polímero o de metal conductor.

La señal es recogida entre el plano a tierra 22 y el punto del segundo conductor 21 que está más cerca del plano 22.

Debido a esta configuración, la antena 1 es no resonante, mientras que mantiene una sensibilidad adecuada si el tamaño general de la antena 1, y particularmente el segundo conductor 21 es más pequeña por alrededor de dos órdenes de magnitud que la longitud de onda del fenómeno relevante, el cual es por ejemplo, de alrededor de 3-30 m. La antena así construida es particularmente sensible a los campos electromagnéticos teniendo una frecuencia del orden de unas pocas decenas de Megahertz y, debido a su característica no resonante, ésta asegura una reproducción altamente fiel de las formas de las pulsaciones recibidas.

Las incorporaciones preferidas de la antena 1, basadas sobre el uso de un perfil circular o de forma de cúspide, están mostradas en la Figura 2.

La Figura 2a muestran una antena con el segundo conductor 21 teniendo la forma de una esfera hueca la cual tiene un diámetro que varía, por ejemplo, de desde 3 a 30 centímetros.

La Figura 2b muestra una antena con el segundo conductor 21 teniendo una forma de medio cilindro hueco o alternativamente de un cilindro hueco (vea la parte delineada por líneas punteadas) formada por extrusión. En este caso, el diámetro de la base del cilindro varia, por ejemplo, de desde 3 hasta 30 centímetros.

La Figura 2c muestra una antena con el segundo conductor 21 teniendo una forma de disco el cual tiene un diámetro variando, por ejemplo, de desde 3 a 30 centímetros.

La Figura 2d muestra una antena con el cilindro conductor 21 teniendo la forma de una cúspide plana (lado derecho de la vista de plano) , o una cúspide de rotacional (lado izquierdo de la vista de plano) , la cual tiene una curvatura opuesta en relación a los perfiles de otras variantes. En estas variantes, la altura de la cúspide varía, por ejemplo de desde 3 a 30 centímetros. En el caso de la forma de cúspide rotacional, el diámetro del conductor 21 en su sección paralela y distal al plano de tierra 22 también falla en el mismo rango.

De acuerdo a una variante preferida, el diámetro del segundo conductor 21, en las incorporaciones de las Figuras 2a, 2b y 2c cae en un rango de desde alrededor de 5 a 20 centímetros. El segundo conductor 21 está colocado a alrededor de 1 milímetro del plano a tierra 22 el cual es por lo menos tan grande como el segundo conductor 21.

El tamaño general de la antena de banda ancha preferiblemente está incluido dentro de un volumen de alrededor de 10x10x10 centímetros.

El segundo conductor 21 está mecánicamente soportado en una posición relativa al plano de tierra 22 por un soporte aislado 23 de una sección adecuada, por ejemplo, de alrededor de 2÷3 milímetros2, lo cual permite a la señal del segundo conductor el ser recogida desde el área de la superficie 24 del plano a tierra 22, por ejemplo, el lado opuesto de dicho segundo conductor. El circuito amplificador puede estar localizado sobre dicha superficie 24.

La antena 1, la cual actúa como un sensor de campo eléctrico puede estar conectada en serie con un sensor de campo magnético auxiliar 2, que comprende, por ejemplo, por lo menos una vuelta 2' envuelta alrededor de una varilla de ferrita de alta frecuencia 11 a lo largo de su extensión longitudinal. La vuelta 2' puede ser formada de un alambre de cobre y la varilla de ferrita 11 alrededor de la cual ésta es envuelta, por ejemplo, una extensión longitudinal de alrededor de 5÷10 centímetros.

La configuración particular permite a la antena l el recibir campos de pulsación electromagnéticos, aún de una fuerza débil, y reproducir fielmente su forma a diferencia de las antenas convencionales las cuales son afectadas por la resonancia y la distorsión.

El campo magnético auxiliar 2 de la superficie 24 del plano a tierra 22 de la antena 1, puede ser usado en combinación con o como una alternativa a la antena 1 a la extensión que el componente magnético puede y debe ser mejor evaluado. Por tanto, las terminales de la antena 1 o el sensor 2 pueden ser de circuito corto, como se requiera usando los medios de control 5. Cada una de las antenas o del sensor de campo eléctrico 1 y el sensor de campo magnético 2 tienen un interruptor conectado en paralelo con los mismos, el cual actúa como un corto circuito para desviar cualquiera de éstos, como se mostró en el diagrama de la Figura 3a, el cual muestra una parte del circuito amplificador electrónico de los sensores 1 y 2.

El sensor de campo magnético auxiliar 2 puede ser usado para detectar los fenómenos más lentos, teniendo una banda más baja de 10 Megahertz, o para el acoplamiento magnético a las señales conducidas que corren sobre cables u hojas de metal mediante el moverse cerca de estas.

El amplificador de banda ancha electrónico 3 opera mediante el ajustar la impedancia de los sensores 1 y 2 y amplificando las señales tomadas por estos para una detección de señal débil.

La salida del amplificador es llevada a un conector BNC 6 en uno de los lados del contenedor 7. El amplificador 3 tiene una impedancia de entrada alta, por ejemplo, unos pocos Kohm, y una impedancia de salida baja típicamente de 50 Ohm. Esto adecuadamente aumenta el nivel de señal por alrededor de 20÷40 dB en la banda relevante, posiblemente limitado por los filtros. La amplificación puede ser controlada usando un potenciómetro incluido en los medios de control 5.

El amplificador de banda ancha electrónico 3 emplea transistores operacionales de alta frecuencia y/o amplificadores y es preferiblemente caracterizado por una ganancia de 20÷30 dB y una banda mínima preferiblemente cayendo en el rango de desde 0.5 Megahertz a 60 Megahertz. El filtrado fuera de banda se lleva a acabo por los filtros de primero y segundo órdenes, teniendo una frecuencia cortada de unas pocas décimas de Megahertz, y una ganancia máxima es ajustable por el usuario.

El circuito de sincronización 4 es un circuito de alta impedancia electrónico capas de detectar capacitivamente, remotamente y sin acoplamiento galvánico el voltaje AC suministrado al componente electrónico que está siendo medido, lo cual genera fenómenos de pulsación. Esto permite la sincronización de las pulsaciones detectadas con el voltaje que las genera.

El circuito de sincronización 4 comprende una parte hecha de un material conductor 20, el cual es usado para el acoplamiento capacitivo al campo, y se obtiene de uno de los conductores 21 y 22 de la antena 1 desde la caja o recipiente 7 del dispositivo, si este está formado de un material conductor. Esta parte 20 está conectada a un amplificador de alta impedancia adicional (>1 Mohm) y de alta ganancia, seguido por un filtro de frecuencia baja (teniendo una frecuencia de 50, 60 Hertz, o las primeras armónicas del mismo) y/o un circuito de fase cerrada, tal como un circuito PLL, el cual está sincronizado con el campo electromagnético detectado.

La señal de campo así recogida y amplificada puede ser filtrada para el ruido o reducción de interferencia. Para este propósito, los filtros o PLL son construidos usando circuitos digitales o análogos. En el último caso, el circuito también puede proporcionar indicaciones acerca del estado o la calidad de sincronización. La señal de sincronización así obtenida en la salida del circuito de sincronización 4 es externamente entregada a través de un segundo conector BNC 6 sobre un lado del recipiente 7.

. En una variante preferida, el circuito de sincronización 4 emplea dos amplificadores operacionales 13, 14 para obtener una impedancia de salida alta y de ganancia alta, como se mostró en la Figura 3b, la cual ilustra una parte del circuito de sincronización electrónica.

La señal es procesada por un circuito digital de base de micro-controlador 15 el cual implementa un PLL digital donde en usuario puede establecer la frecuencia de oscilación, la banda y la fase de la onda de salida.

El recipiente 7, el cual puede estar hecho de un metal o material de plástico, tiene un tamaño general que permite el ser fácilmente portátil y también comprende: un compartimiento para las baterías 8 que suministran energía a los circuitos, - medios de control 5 para seleccionar el modo operación deseado. - una manija 12 para facilitar el transporte y la orientación durante las mediciones.

Las baterías 8 pueden ser baterías recargables AA, teniendo un conector de carga externa 9 para evitar la abertura del recipiente 7 para el reemplazo, mientras que se asegura una mejor protección del dispositivo de los agentes externos. El control 5 incluye un interruptor de energía, los potenciómetros de protección de ganancia, un interruptor para la desviación de los sensores de campo magnético y eléctrico, los LEDs para indicar el estado de operación y el nivel de sincronización obtenido. La pulsación electromagnética detectada y la señal de sincronización, la cual puede ser transmitida a cualquier instrumento de adquisición o análisis entregado a la salida a través de conectores especiales, tal como los conectores de BNC 6. El dispositivo así obtenido puede ser conectado a cualquier sistema de adquisición que tenga una banda de paso suficiente, tal como un osciloscopio, tarjetas de adquisición, sistemas de vigilancia de descarga parcial, etc. Opcionalmente, el dispositivo de la invención puede incluir un circuito electrónico para la adquisición, el procesamiento, almacenamiento y/o transmisión el cual contiene un convertidor análogo digital, un microprocesador y/o un lógico programable, una memoria instantánea para almacenamiento de datos, un exhibidor de datos y una interfase (por ejemplo, USB, Ethernet, Bluetooth, WIFI) para la conexión a una computadora personal. En este caso, el dispositivo puede adquirir, procesar y almacenar los datos detectados para proporcionar indicaciones posiblemente y de tiempo real a cerca de tales datos y puede ser usado como un instrumento portátil independiente adapta para las mediciones en sitio y la vigilancia continua de los sistemas eléctricos o de los componentes que están siendo examinados.

Claims (16)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un dispositivo portátil para detectar las descargas parciales en un objeto de fuente de descarga el cual comprende una antena de banda amplia adecuado para actuar como un sensor de campo eléctrico y que comprende un primer conductor plano que coopera con un segundo conductor cuyo perfil converge hacia el primer conductor planar en un punto o a lo largo de una línea, en donde dicho segundo conductor es más pequeño por alrededor de dos órdenes de magnitud que la longitud de onda de campo que va a ser detectada de manera que la antena de banda amplia es no resonante en una banda de desde alrededor de 0.1 Megahertz a alrededor de 100 Megahertz.

2. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el primer conductor plano tiene tal tamaño como para contener por lo menos la proyección del segundo conductor sobre este .

3. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 1 o en la cláusula 2, caracterizado porque el segundo conductor tiene una forma tridimensional.

4. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque el segundo conductor tiene la forma de una esfera hueca o un medio cilindro hueco, o un cilindro hueco, o una cúspide rotacional.

5. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 1 o en la cláusula 2, caracterizado porque el segundo conductor tiene una forma bidimensional .

6. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 5, caracterizado porque el segundo conductor tiene la forma de un disco o una cúspide plana.

7. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 4 o en la cláusula 6, caracterizado porque el segundo conductor tiene un diámetro o una altura variando desde 3 a 30 centímetros .

8. Un dispositivo tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque un sensor de campo magnético auxiliar está conectado en serie con una antena de banda amplia.

9. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque el amplificador de banda amplia es proporcionado para a ustar la impedancia de la antena de banda amplia y/o el sensor de campo magnético auxiliar y para amplificar la señal recibida del mismo.

10. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 9, caracterizado porque el amplificador de banda amplia esta equipado con transistores y/o amplificadores operacionales de alta frecuencia.

11. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 9, caracterizado porque los medios de control son proporcionados los cuales comprenden un potenciómetro para controlar la amplificación de dicho amplificador de banda amplia electrónica.

12. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizado porque los medios de control también son adecuados para el corto circuito de las terminales de la antena de banda amplia o el sensor de campo magnético auxiliar.

13. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 9, caracterizado porque el circuito de sincronización es proporcionado para detectar el voltaje de suministro de la fuente objeto mediante el acoplamiento capacitivo, para sincronizar las señales detectadas con el voltaje que las genera.

14. Un dispositivo tal y como se reivindica en la cláusula 13, caracterizado porque dos conectores BNC son proporcionados para suministrar en el exterior la señal de salida del amplificador de banda amplia y la señal de salida del circuito de sincronización respectivamente.

15. Un dispositivo tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas 1 a 13, caracterizado porque el circuito electrónico se proporciona por adquisición, procesamiento y almacenamiento y/o transmisión de la señal o señales adquiridas.

16. Un dispositivo tal y como se reclama en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque todos los componentes están albergados en una caja o recipiente portátil, además comprendiendo compartimiento para las baterías que suministran energía a los circuitos. R E S U M E Un dispositivo de detección de descarga parcial parta la detección y medición de descargas parciales en sistemas eléctricos o componentes eléctricos, los cuales entregan señales teniendo una forma que se parece mucho a aquella de la pulsación radiada, para mejorar la identificación y el análisis. El dispositivo es de tamaño pequeño, totalmente aislado y auto energizado, y permite que se lleven a cabo las mediciones con la más alta seguridad sin necesidad de una conexión directa, permitiendo por tanto a los operadores el permanecer a una distancia y evitar cualquier cierre del sistema mientras que se hacen las mediciones; además también puede detectar y entregar la señal sincronizada la cual es obtenida mediante el recoger el voltaje de suministro de los componentes que generan la descarga.