MXPA00005627A - Detector y deteccion de contaminacion de bobina de motor. - Google Patents

Detector y deteccion de contaminacion de bobina de motor.

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Abstract

Un metodo y aparato para detectar la contaminacion del motor utiliza corrientes de secuencia cero en una bobina de deteccion para detectar la contaminacion. El detector incluye un transformador de corriente comprendido de un nucleo y una bobina de deteccion enrollada alrededor del nucleo. Un procesador procesa una corriente de nivel de subdisparo desde la bobina de deteccion para detectar la contaminacion. Tres metodos de deteccion de contaminacion, que se pueden utilizar por separado o en la combinacion deseada, se basan en las tendencias de la corriente, la fuga de corriente, y la acumulacion de corriente. Se dispara una alarma cuando se han satisfecho los criterios de alarma previamente determinados.

Description

DETECTOR Y DETECCI ÓN DE CONTAMI NACIÓN DE DEVANADO DE MOTOR CAMPO DE LA INV E N C IÓN Esta invención se relaciona generalmente con el campo de detección de las condiciones del motor, y más en particular para detectar las condiciones de contaminación del motor. A NTEC ED ENTES D E LA I NVENCIÓN Cuando el polvo u otros contaminantes (en especial en combinación con u n nivel alto de humedad) , se acumulan en el devanado de las máquinas de alta tensión, las distribuciones del cam po eléctrico pueden distorsionarse hasta el punto en que se presente una interrupción entre las secciones del devanado o las conexiones en diferentes tensiones. Con las organizaciones de mantenimiento que han sufrido una reducción en su personal , generalmente la limpieza de los devanados se hace á un lado , ocasionando problemas de esta naturaleza. Los detectores de falla a tierra con frecuencia se utilizan para disparar una máquina cuando se presentan flujos de corriente significativos a tierra a causa de una falla real en el aislante . De otra manera el P DA (Análisis de Descarga Parcial) puede utilizarse para detectar la presencia de contaminación , pero es necesario tener u n instrumental muy especial (y por lo general caro) . Sería bueno proporcionar u n monitor continuo , a bajo costo y en l ínea que se pueda integrar en los relevadores de protección n ormal del motor, y qu e avise cuando se presenten niveles pelig rosos de contaminación de modo que se puedan realizar los pasos para limpiar los devanados según sea necesario. B REVE DESC R I PC IÓN DE LA I NVENCIÓN La invención divulgada en el presente documento se relaciona con un detector de contaminación del devanado de motor que incluye un transformador de corriente que comprende un núcleo magnético y una bobina sensora que envuelve al núcleo magnético . Los cables de la fase del motor pasan a través de una ventana del núcleo. El detector también incluye ios medios de procesamiento para procesar una corriente de nivel subdisparo desde la bobina sensora para detectar por lo menos: una característica de contaminación de tendencia , u na característica de contaminación por fuga y una característica de contaminación en agrupamiento. Cuando se cumple con los criterios predeterminados de generación de alarma se genera una alarma, los criterios de generación de alarma son funciones de por lo menos una de las características de contaminación. La corriente de secuencia cero se utiliza como un indicador de corrientes que fluyen a tierra como resultado de la contaminación de los devanados. BR EVE DESCRI PCIÓN DE LOS DI BUJOS La Figura 1 , es una ilustración esquemática del detector de contaminación de ia invención. La Figura 2 , es una ilustración que muestra la colocación adecuad a de los cables trifásicos dentro de la ventana del núcleo del detector de la Figura 1 .
La Figura 3 , es un diagrama de flujo que ilustra cómo se procesa la señal del detector para detectar la contaminación. DESCRI PCIÓ N D ETA LLADA DE LA I NVENCIÓN Superficialmente, el detector de contaminación de la invención puede verse como un detector de falla de tierra basado en corrientes de línea. Como se muestra en la Figura 1 , todos los cables trifásicos 1 0 entre el motor 1 1 y la l ínea de energía 15 se pasan a través de la ventana del transformador de corriente 1 2 que comprende el núcleo magnético 1 3 y la bobina sensora 14. Mientras no haya corriente fluyendo a tierra no habrá flujo inducido en el núcleo 13 y no aparecerá ninguna señal en la bobiné sensora 1 4. Como la detección de contaminación requiere de una mayor sensibilidad que la detección de una falla a tierra, debe tenerse cuidado al colocar los cables 10 simétricamente dentro de la ventana 21 del núcleo 1 3 , y no muy cerca del núcleo 1 3 , como se muestra en la Figura 2. Para ja detección común de fallas , se utiliza la señal de la bobina sensora 14 para disparar un disyuntor de circuito cuando se excede un nivel predeterminado de corriente a tierra. Sin embargo , de conformidad con la invención , es mejor que el motor 1 1 permanezca protegido y energízado, pero que se dé un aviso de contaminación cuando se detecte una situación de contaminación . Por lo tanto , el nivel de disparo de falla a tierra convencional se retiene a niveles normales para las fallas reales , pero la corriente subdisparo de la bobi na 1 4 se procesa por medio de un procesador 1 6 y se buscan detallad amente características de contaminación que se utilizan para activar una alarma 304. Para la corriente de contaminación subdisparo, la señal de la bobina sensora se procesa de manera diferente que las fallas a tierra. Tres métodos de procesamiento , indicados en el # 1 , #2 y #3 de la Figura 3, se emplean independientemente, o en la combinación deseada . En todos los métodos, la corriente que está en la bobina sensora 14 primero se amplifica 300 antes del procesamiento adicional. El primer método (nivel y elevación) consiste simplemente en buscar corrientes más pequeñas , con mayor sensibilidad, pero tomando mucho más tiempo. A pesar de que la velocidad de detección es menor, esto no implica un problema, pues las velocidades de detección rápidas requeridas para fallas a tierra no son una preocupación de contaminación . Este puede realizarse por medio de una gran variedad de técnicas de filtrado y promediado 301 para mejorar la proporción de señal a ruido, y proyectando 302 el nivel de señal de salida resultante. Después , se puede utilizar una combinación funcional de criterios de nivel absoluto predeterminado y de índice de elevación para iniciar una alarma de contaminación 304. El segundo y tercer métodos dependen en primer lugar de la separación del componente de frecuencia de línea (60 Hz) 305 para mejorar el rango dinámico; y de la examinación del espectro de la señal restante 306 utilizando altas ganancias . La señal resultante, a causa de una trayectoria de fuga subcrítica será intermitente y ruidosa de alguna forma similar a las fallas de arqueo. Por lo tanto, en el segundo método (de contaminación) se puede utilizar la aplicación del algoritmo Dempster-Shafer 307 (o una función similar de intermitencia y de ruido), como en el Monitor del Alimentador Digital (DFM), para generar una alarma 304. (Ver el ejemplo: Gordon, J. y Shortliffe, E.H., The Dempster-Shafer Theory of Evidence (La teoría de la evidencia Dempster-Shafer), en "Sistemas expertos basados en reglas: Los Experimentos MYCIN del Proyecto de Programación Heurística de Stanford", Buchanan, G.G. y Shortliffe, E.H., editado por Addison Wesley, 1984. El Monitor del Alimentador Digital (DFM), un sistema de detección de falla y monitoreo de alta impedancia, es un producto de General Electric (GE) Departamento de Administración de Energía, Malvern, PA.) De manera alternativa, en el tercer método (de agrupamiento), se pueden aprender los patrones normales del espectro de ruido de corriente a tierra de bajo nivel, por medio de un proceso de agrupamiento 308 como en el monitoreo del deterioro del rodamiento y detección de barra rota. (Ver, por ejemplo: Yazici, B., Kliman, G.B., Premerlani, W. J., Koegl, R. A., Robinson, G. B., y Abdel-Malek, A., An Adaptive On-line Statistical Method for Bearing Fault Detection Using Stator Current (Método Estadístico Adaptable en Línea para la Detección de Falla en Rodamientos Utilizando la Corriente del Estator), en "Actas de la Reunión Anual de la Sociedad de Aplicaciones de la Industria IEEE / IAS" en Nueva Orleans, Louisiana, del 5 a 9 de octubre de 1997.) La apariencia de los patrones o agrupamientos fuera de los patrones o ag ru pamientos normales o de l ínea base, basados en una relación funcional predeterminada entre los patrones normales y los observados, puede utilizarse para iniciar una alarma 304. Puesto que la tensión real aplicada a los devanados afectará la naturaleza de las descargas, los estados normales se pueden mapear como una función de tensión V (310) como en un detector de fallas de vuelta a vuelta. (Ver, por ejemplo; , Patente de los Estados U nidos de N orteamérica 5, 514 , 978, comúnmente inventada, comúnmente asignada. ) Puesto que solo las señales de frecuencia por debajo de 1 kHz nece sitan examinarse para detectar contaminación, se pueden utilizar transformadores convencionales de potencia y de corriente. De hecho , la invención se puede implementar como un "agregado" de los detectores existentes de fal la a tierra , por un costo mucho menor. Los tres métodos de procesamiento de señal divulgados anteriormente, se pueden utilizar independientemente entre sí para generar una alarma 304. De manera alternativa, estos métodos pueden producir señales de entrada para un algoritmo de procesamiento posterior 309 que activa la alarma 304 como una función de información de detección adquirida de dos o de los tres métodos . La invención se puede integrar, por ejemplo , como una característica de relevadores de producci ón de motor digital . Mientras que solo ciertas características preferidas de la inven ció n se han ilustrado y descrito , se presentaran muchas modificaciones y cambios para estas características expertas én la técnica . Por lo tanto, se comprenderá que se pretende que las reivindicaciones agregadas cu bran todas estas modificaciones y cambios mientras entren dentro del esp íritu verdadero de esta invención .

Claims (1)

REIVINDICACIONES 1 . Un detector d e contaminación del devanado del motor comprende: un transformador de corriente que comprende un núcleo magnético y una bobina sensora que envuelve a dicho núcleo magnético, en donde los cables de fase de un motor para el cual se va a detectar la contaminación del devanado, pasan a través de una ventana de dicho núcleo. medios de procesamiento para procesar una corriente de n ivel subdisparo de dicha bobina sensora para detectar por lo menos: una característica de contaminación de tendencia, una característica de contaminación por fuga y una característica de contaminación de agrupamiento; y medios de alarma para generar una alarma cuando se han alcanzado criterios predeterminados de generación de alarma , d ichos criterios de generación de alarma son funciones de por lo menos una de las señales de contaminación. 2. El detector de la reivindicación 1 , en donde dichos medios de procesamiento com prenden: medios de amplificación para amplificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de u na corriente amplificada; medios de promediación y filtración con el fin de mejorar la proporción señal a ruido de dicha corriente amplificada de manera que resulte en u na corriente mejorada con reducción de ru ido ; y medios de detección y determi nación de tendencia para determinar si las tendencias en d icha corriente mejorada con reducción de ruido, con el tiempo , cu mplen con los criterios predeterminados de contaminación de tendencia que son funciones de nivel absoluto y de índice de elevación en dicha corriente mejorada con reducción de ruido, de modo que una característica de contaminación de tendencia se detecta cuando se cumplen dichos criterios predeterminados de contaminación de tendencia. 3. El detector de reivindicación 1 , en donde dichos medios de procesamiento comprenden : medios de amplificación para amplificar dicha corriente de nivel subd isparo dentro de una corriente amplificada; medios de separación para retirar un componente de frecuencia de línea de dicha corriente amplificada de manera que resulte en una corriente dinámicamente mejorada; medios de análisis espectrales para proporcionar un análisis es pectral de corriente y dicha corriente dinám icamente mejorada utilizando altas ganancias; y medios de detección y determinación de fuga (307) para detectar y determinar si dicho análisi s espectral de corriente cumple con íos criterios predeterminados de contaminación por fuga , que son fu nciones de intermitencia y ruido en dichos análisis espectral de corriente , de modo que una característica de contaminación por fuga se detecta cu ando se cum plen dichos criterios predeterminados de contaminación por fuga. 4. EI detector de reivindicación 1 , en donde dichos medios de procesamiento comprenden: medios de amplificación para amplificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de u na corriente amplificada ; medios de separación para retirar un componente de frecuencia de l ínea de dicha corriente amplificada de manera que resulte en una corriente dinámicamente mejorada ; medios de análisis espectrales para proporcionar un análisis espectral de corriente y dicha corriente dinámicamente mejorada utilizando altas ganancias; y medios de detección y determinación de agrupamientos para analizar los patrones normales de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para un devanado no contaminado como una función de tensión aplicada al devanado , detectando y comparando los patrones observados de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para dichos patrones normales , y determinando si dicho análisis espectral de corriente cumple con los criterios predeterminados d e contaminación de agrupamiento que son funciones de una relación entre dichos patrones normales y dichos patrones observados, de modo que una característica de contaminación de agrupamiento se detecta cuando se cu mple con dichos criterios predeterminados de contaminación de agrupamiento. 5. El d etector de reivindicación 1 , en donde dichos cables de fase de d icho transformador de corriente se colocan simétricamente dentro de d icha ventana del núcleo mencionado. 6: U n método para detectar la contaminación en un devanado de motor, comprendiendo los pasos de : pasar los cables de fase de un motor por el cual se va a detectar la contaminación de devanado , a través de una ventana de un núcleo magnético ; devanado de una bobina sensora alrededor de dicho núcleo magnético; procesam iento de una corriente de nivel subdisparo de dicha bobina sensora para detectar por lo menos: una característica dé contaminación de tendencia , una característica de contaminación por fuga y un a característica de contaminación en agrupamiento; y generación de una alarma cuando se cumple con ios criterios predeterminados de generación de alarma, dichos criterios de generación de alarma son funciones de por lo menos una de las . características de contaminación 7. El método de reivindicación 6, en donde el paso de procesamiento además comprende los pasos de: amplificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de u na corriente amplificada; promediación y filtración de dicha corriente amplificada con el fin de mejorar la proporción señal a ruido de dicha corriente amplificada de manera que resulte en u na corriente mejorada con red ucció n de ru ido ; y detecta r y determinar si las tendencias en dicha corriente mejorada con reducción de ruido , con el tiempo, cu m plen con los criterios predeterminados de contaminación de tendencia que son funciones de nivel absoluto y de índice de elevación en dicha corriente mejorada con reducción de ruido, de modo que una característica de contaminación de tendencia se detecta cuando se cumplen dichos criterios predeterminados de contaminación de tendencia. 8. El método de reivindicación 6, en donde el paso de procesamiento además comprende: amplificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de una corriente amplificada ; retirar un com ponente de frecuencia de línea de dicha corriente amplificada de manera que resulte en una corriente dinámicamente mejorada ; proporcionar u n análisis espectral de corriente y dicha corriente dinámicamente mejorada utilizando altas ganancias; y detectar y determinar si la fuga en dicho análisis espectral de corriente cumple con los criterios predeterminados de contaminación por fuga , que son funciones de intermitencia y ruido en dicho análisis espectral de corriente , de modo que una característica de contaminación por fuga se detecta cuando se cumplen dichos criterios predeterminados de contaminación por fuga . T . ?? método de reivindicación 6 , en donde el paso de procesamiento además comprende los pasos de: am plificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de una corriente am plificada; retirar un componente de frecuencia de línea de dicha corriente amplificada de manera que resulté en una corriente dinámicamente mejorada; proporcionar un análisis espectral de corriente y dicha corriente dinámicamente mejorada utilizando altas ganancias; y analizar los patrones normales de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para un devanado no contaminado como una función de tensión a plicada al devanado, detectando y com parando los patrones observados de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para dichos patrones normales, y determinando (308) si dicho análisis espectral de corriente cumple con los criterios predeterminados de contaminación de agrupamiento que son funciones de una relación entre dichos patrones normales y dichos patrones observados, de modo que una característica de contaminación de agrupamiento se detecta cuando se cumple con dichos criterios predeterminados de contaminación de agrupam iento. 1 0. El método de reivindicación 6 , en donde el paso de procesamiento además comprende los pasos de: amplificar dicha corriente de nivel subdisparo dentro de una corriente am plificad a; y por lo menos d os de las series a , b y c d e los pasos: 14 a) Promediación y filtración de dicha corriente amplificada con el fin de mejorar la proporción señal a ruido de dicha corriente amplificada de m anera que resulte en una corriente mejorada con reducción de ruido; y detectar y determi nar si las tendenci as en dicha corriente mejorada con reducción de ruido, con el tiempos-cumplen con los criterios predeterminados de contaminación de tendencia que son funciones de nivel absoluto y d índice de elevación en dicha corriente mejorada con reducción de ruido, de modo que una característica de contaminación de tendencia se detecta cuando se cum plen dichos criterios predeterminados de contaminación de tendencia; b) Retirar un componente de frecuencia de línea de dicha corriente amplificada de manera que resulte en una corriente dinámicamente mejorada; proporcionar un análisis espectral de corriente y dicha corriente dinámicamente mejorada utilizando altas ganancias ; y . detectar y determinar si la fuga en dicho análisis espectral de corriente cu mple con los criterios predeterminados de contaminación por fuga, que son funciones de intermitencia y ruido en dicho análisis espectral de corriente, de modo que una característica de contaminación por fuga se detecta cuando se cum plen dichos criterios predete rminados de contaminación por fuga; y c) Reti rar un componente de frecuencia de l ínea de dicha corriente amplificada de manera q ue resulte en una corriente d inámicamente mejorada; proporcionar un análisis espectral de corriente y dicha corriente dinámicamente mejorada utilizando altas ganancias; y analizar los patrones normales de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para un devanado no contaminado como una función de tensión aplicada al devanado, detectando y comparando los patrones observados de ruido de corriente a tierra de bajo nivel para dichos patrones normales, y determinando (308) si dicho análisis espectral de corriente cumple con los criterios predeterminados de contaminación de agrupamiento que son funciones de una relación entre dichos patrones normales y dichos patrones observados, de modo que una característica de contaminación de agrupamiento se detecta cuando se cumple con dichos criterios predeterminados de contaminación de agrupamiento. 1
1 . El método de reivindicación 6, en donde el paso de pasar los cables de fase de u n motor a través de una ventana de un núcleo mag nético incluye el paso de colocar dichos cables de fase simétricamente dentro de dicha ventada del núcleo mencionado. 16 RESUME U n método y aparato para detectar la contaminación del motor util iza corrientes de secuencia cero en una bobina sensora para detectar la contaminación / El detector i ncluye un transformador de corriente que comprende un núcleo magnético y una bobina sensora envuelta alrededor del núcleo. U n proceso procesa una corriente de nivel subdisparo de la bobina sensora para detectar la contaminación . Los tres métodos de detección de contaminación, que se pueden usar por separado o en la combinación deseada, se basan en las tendencias de corriente, en fugas de corriente y en agrupamientos de corriente. U na alarma se activa cuando se cumplen los criterios de alarma predeterminados
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