ES2321516T3 - Procedimiento para controlar aceite aislante. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar la contaminación de aceite aislante a consecuencia de una descarga de arco voltaico en cambiadores escalonados de tomas bajo carga, donde la corriente JL bajo carga del transformador se mide durante cada conmutación, es decir, durante cada accionamiento del cambiador escalonado de tomas bajo carga, donde se aumenta un índice n con cada conmutación, donde se determina una magnitud característica durante cada conmutación y seguidamente se acumula con todas las conmutaciones precedentes, y donde se prefija un valor límite de la magnitud característica acumulada, generándose avisos al sobrepasarla, caracterizado porque tienen lugar una introducción y un archivo no volátil de los parámetros específicos del cambiador escalonado de tomas bajo carga así como un valor límite de la energía GEmax de arco voltaico admisible como magnitud característica, porque seguidamente tiene lugar una determinación de la corriente J SK de conmutación del contacto de conmutación, que se ha desconectado, así como la corriente J WK de conmutación del, al menos, un contacto de resistencia, que se ha desconectado, porque seguidamente se realiza una totalización de los valores de las corrientes JSk y JWK de conmutación determinadas para obtener la corriente Sigma J de la corriente conmutada total, porque seguidamente tiene lugar una determinación de la energía En de arco voltaico por medio de la relación: ** ver fórmula** indicando ULb la tensión media de arco voltaico, tLb la duración media del arco voltaico y AnzSek el número de sectores del conmutador bajo carga o bien los segmentos de conmutación y estos factores corresponden a los parámetros específicos del cambiador escalonado de tomas bajo carga archivados de modo no volátil; porque, a continuación, tiene lugar nuevamente una determinación de la energía total de arco voltaico acumulada: como suma de las energías de arco voltaico determinadas de todas las conmutaciones (1 a n) precedentes y porque seguidamente se lleva a cabo una comparación de la energía GEn de arco voltaico acumulada con el valor límite de la energía GEmax de arco voltaico.
Description
Procedimiento para controlar aceite
aislante.
El invento se refiere a un procedimiento para
controlar la contaminación del aceite aislante en cambiadores
escalonados de tomas bajo carga.
La mayor parte de los cambiadores escalonados de
tomas bajo carga disponibles actualmente en el mercado para conmutar
bajo carga sin interrupción entre diferentes tomas de los devanados
de un transformador escalonado, también llamado, con frecuencia,
abreviadamente "conmutador escalonado", trabaja todavía con
contactos de conmutación mecánicos en el aceite aislante. Un
cambiador escalonado de tomas bajo carga típico de este género con
un recipiente de aceite separado, en el que se dispone el llamado
conmutador de tomas bajo carga, se describe en el folleto de empresa
"Stufenschalter (conmutador escalonado) tipos M y MS" de la
solicitante, pie de imprenta
VK03/93de-0793/2000.
En cada accionamiento de los contactos del
conmutador de tomas bajo carga de uno de tales cambiadores
escalonados de tomas bajo carga rellenos de aceite, se producen
arcos voltaicos de corta duración en el aceite aislante, que dan
lugar, con el tiempo, a su descomposición y a la formación de
hollín.
Para depurar el aceite aislante, se conocen
instalaciones de filtrado de aceite, por ejemplo, a partir del
folleto de empresa de la solicitante "Ölfilteranlage (instalación
de filtrado de aceite) OF100", pie de imprenta
IN173/01de-1099/1000, que poseen un equipo de
filtrado, que depura el aceite aislante y, al mismo tiempo, también
puede desecar.
Sin embargo, es necesario en determinados
intervalos un cambio del aceite aislante en el cambiador escalonado
de tomas bajo carga, sobre todo porque, con mucho, no todos estos
cambiadores escalonados de tomas bajo carga están equipados con una
instalación de filtrado de aceite -suministrable como equipamiento
especial-.
No se conoce, hasta la fecha, procedimiento
satisfactorio alguno, según el cual se pudiese establecer con
fiabilidad cuándo haya de cambiarse realmente el aceite aislante.
Por lo general, los fabricantes se sirven de la prescripción de un
cambio tras alcanzar un número de conmutaciones fijo; por razones de
seguridad y también de garantía del producto, se han previsto además
las naturales precauciones, de modo que, con frecuencia, el aceite
aislante aún no se ha agotado por el uso cuando se cambia según un
esquema tan rígido. Esto produce costes innecesarios al
explotador.
Además, dichos intervalos de cambio de aceite
aislante también prescriben tras determinados intervalos de tiempo,
por ejemplo, tras 8 años. Con semejante fijación temporal tan
rígida, queda obviamente sin tenerse en cuenta el número de
conmutaciones realizados efectivamente durante dicho intervalo de
tiempo; lo que resulta asimismo poco satisfactorio para el
explotador.
A decir verdad, se conocen numerosos sensores de
aceite para otros tipos de aceite, en especial aceites para los
motores de combustión interna, que se disponen, en ellos, en el
cárter de aceite y han de determinar el estado del aceite. Estos
sensores se basan en los principios físicos más diversos, aunque no
se pueden aplicar todos, sin más, a los cambiadores escalonados de
tomas bajo carga. En el caso de motores de combustión interna, los
criterios como viscosidad, poder lubrificante y capacidad de
refrigeración son importantes para evaluar la calidad del aceite,
aunque, en el caso de los cambiadores escalonados de tomas bajo
carga, no tienen ninguna importancia aparte de las propiedades
dieléctricas o bien de aislamiento.
Además, la disposición de un sensor de aceite,
también configurado como siempre, en el cambiador escalonado de
tomas bajo carga es, por un lado, inapropiada por principio para una
solución de modificación retroactiva y, por otro, es indeseada a
causa de las líneas eléctricas de conexión necesarias desde el
sensor en el interior del recipiente de aceite hacia fuera, ya sea
por razones de rigidez dieléctrica y además simplemente por
complicadas de realizar.
A partir de la publicación de HANDLEY B. y
otros: "On load tap-changer conditioned based
maintenance" (mantenimiento basado en cambiador de tomas bajo
carga), MEMORIAS de la IEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos;
GENERACIÓN, TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN, INSTITUTO DE INGENIEROS
ELÉCTRICOS, GB, tomo 148, número 4, de 12 de julio de 2001
(2001-07-12), páginas 296 a 300,
XPO06016935 ISSN: 1350-2360, se conoce un
procedimiento para controlar la contaminación de aceite aislante en
cambiadores escalonados de tomas bajo carga, donde se mide la
corriente bajo carga del transformador durante cada conmutación, es
decir, durante cada accionamiento del cambiador escalonado de tomas
bajo carga, y donde se aumenta un índice respectivamente en cada una
de dichas conmutaciones. En la publicación se describe que, tras un
determinado número de conmutaciones, aumenta el peligro potencial de
un funcionamiento defectuoso del cambiador escalonado de tomas bajo
carga. Se menciona además que el empeoramiento del estado del aceite
aislante del cambiador escalonado de tomas bajo carga es causado por
el inevitable arco voltaico de la conmutación. Se expone además que
la combustión de los contactos producida en el curso del tiempo
durante el funcionamiento se suma, es decir, que se puede acumular.
Si este valor acumulado sobrepasa un determinado valor límite, se
necesita un mantenimiento, lo que se puede señalizar.
Es problema del invento proporcionar a un
cambiador escalonado de tomas bajo carga un procedimiento
alternativo para controlar el aceite aislante, es decir, la
determinación de su actual estado de contaminación.
Este problema se resuelve según el invento por
medio de un procedimiento con las etapas de procedimiento de la
primera reivindicación. Las reivindicaciones subordinadas se
refieren a perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según el
invento.
La idea general del invento consiste en
utilizar, en un procedimiento según la reivindicación 1, la energía
del arco voltaico, liberada con una conmutación bajo carga en
aceite, para determinar la formación de hollín del aceite aislante
y, a partir del grado progresivo de la contaminación del aceite
determinada de este modo, deducir la información sobre el cambio de
aceite necesario.
El procedimiento según el invento utiliza, pues,
para determinar el contenido de hollín únicamente una magnitud
eléctrica medida; no requiere, por tanto, sensor adicional alguno u
otros componentes constructivos en el interior del cambiador
escalonado de tomas bajo carga.
El procedimiento según el invento se basa, como
se ha explicado, en la energía E del arco voltaico, que es liberada
en una conmutación bajo carga en aceite. Con ello, se descompone el
aceite y se genera hollín, los contactos de la conmutación y de las
resistencias del cambiador escalonado de tomas bajo carga aportan
con sus diferentes corrientes bajo carga su respectiva -diferente-
proporción. Las distintas corrientes de conmutación se determinan
con ayuda de la corriente de conmutación actual medida del
transformador. Esta corriente de conmutación es la única magnitud
variable a introducir, que debe medirse.
En el procedimiento según el invento, resulta,
en general, la energía E del arco voltaico en cada accionamiento del
cambiador escalonado de tomas bajo carga tal como sigue:
Además, está que
es decir, se determinan primero en
cada conmutación bajo carga respectivamente los valores de las
corrientes de conmutación tanto para el contacto de conmutación como
también para el contacto de resistencia o bien los contactos de
resistencia.
Esto tiene lugar para el contacto de conmutación
según la relación:
y para el contacto de resistencia
aproximadamente según la
relación:
Además, ParSek significa el número de sectores
paralelos del cambiador escalonado de tomas bajo carga, es decir,
las conmutaciones paralelas de los distintos contactos de
conmutación, U_{S} es la correspondiente tensión nominal
escalonada y S_{res} es la división de corriente resultante.
R_{\text{ü}} indica la magnitud de la resistencia de paso. Las
magnitudes mencionadas son todas específicamente del cambiador
escalonado y archivan de modo no volátil como parámetros del
cambiador escalonado de tomas bajo carga, es decir, fijadas antes
del comienzo del procedimiento.
El cálculo de las distintas corrientes de
conmutación con ayuda de la corriente bajo carga actual medida del
transformador ya es conocida a partir del documento DE 100 03 918
C1. Aunque allí es una etapa de procedimiento para un procedimiento
de determinación volumétrica de la combustión de contactos o bien de
su control. No se trata en esta publicación como siempre de un
control de esta índole del estado del aceite aislante. Aunque se ha
mostrado sorprendentemente que el cálculo de las diferentes
corrientes de conmutación según el invento también puede ser
utilizado para el control del contenido de hollín.
A continuación, se determina entonces con el
invento según la relación, indicada más arriba, de la energía E del
arco voltaico presente en la respectiva conmutación bajo carga:
El factor AnzSek indica además el número de
sectores del conmutador de tomas bajo carga o bien los segmentos de
conmutación. U_{Lb} indica la tensión media del arco voltaico y
t_{Lb} la duración media del arco voltaico. Estos factores
dependen asimismo del cambiador y corresponden a los parámetros del
cambiador escalonado de tomas bajo carga no almacenados con
antelación de forma no volátil.
Las energías del arco voltaico determinadas cada
vez se totalizan con cada conmutación bajo carga y proporcionan la
energía GE acumulada de los arcos voltaicos, que se compara con un
valor GE_{max} establecido con antelación y asimismo archivado de
modo no volátil; en función de la comparación, se pueden generar
funciones de aviso o también de desconexión. La experiencia ha
mostrado que un valor límite aproximado en la práctica puede
establecerse en GE_{max} = 50.000 KWs.
Puesto que con corrientes bajo carga muy
reducidas también se generan o bien se calculan sólo cantidades
reducidas de hollín, en tal caso, no se alcanzaría eventualmente
nunca el valor GE_{max} límite en toda vida del cambiador
escalonado de tomas bajo carga. Por ello, se examina adicionalmente,
según un primer perfeccionamiento del procedimiento según el
invento, si se ha alcanzado un número máximo de conmutaciones bajo
carga. Si ese fuese el caso, se genera un aviso o similar
independientemente del nivel de la energía GE sumada de los arcos
voltaicos.
Por la misma razón, se examina, según un segundo
perfeccionamiento del procedimiento según el invento, si se ha
alcanzado un determinado intervalo de tiempo desde la puesta en
marcha, o sea, un tiempo máximo de funcionamiento permisible, que se
puede asignar al cambiador escalonado de tomas bajo carga sin aviso
temporal intermedio. Si ese fuese el caso, se genera nuevamente un
aviso o similar independientemente del nivel de la energía GE de los
arcos voltaicos totalizada hasta entonces.
También pueden combinarse los dos
perfeccionamientos descritos del procedimiento según el invento.
Estos perfeccionamientos tienen en cuenta el
hecho de que, no sólo el registro de hollín creciente da lugar a una
tensión disruptiva descendente, sino que también un contenido de
humedad creciente, unos productos de envejecimiento y de fisión
generados o similares pueden hacer inservible el aceite aislante con
el tiempo. Estos factores no dependen, sin embargo, directamente de
la energía de los arcos voltaicos, de modo que puede tener sentido,
en muchos casos, cambiar el aceite aislante, incluso cuando aún no
fuese necesario, únicamente tras comparar la energía GE totalizada
de los arcos voltaicos con el valor GE_{max} limite fijado con
antelación.
El invento debe explicarse más detalladamente, a
continuación, a modo de ejemplo.
Figura 1 muestra el diagrama operativo de un
primer procedimiento según el invento,
Figura 2 muestra el diagrama operativo de un
segundo procedimiento según el invento,
Figura 3 muestra el diagrama operativo de un
tercer procedimiento según el invento, y
Figura 4 muestra el diagrama operativo de un
cuarto procedimiento según el invento.
En primer lugar, debe explicarse más
detalladamente el procedimiento representado en la figura 1. Para
comenzar tiene lugar una introducción y un archivo no volátil de
parámetros o bien datos de referencia específicos constantes del
cambiador escalonado de tomas bajo carga. Son estos parámetros el
valor límite máximo admisible de la energía GE_{max} del arco
voltaico, el número de sectores paralelos del conmutador bajo carga
ParSek, las tensiones U_{s} nominales de escalonamiento en cada
posición operativa del cambiador escalonado (o en sustitución, la
tensión media de escalonamiento). Además, son dichos parámetros la
tensión U_{Lb} media del arco voltaico y la duración t_{Lb}
media del arco voltaico. Para un cambiador escalonado mencionado al
principio por la solicitante del tipo "M" resulta, por ejemplo,
un valor U_{Lb} = 25 V, así como un valor t_{Lb} = 6 x 10^{-3}
s. Finalmente, se deben indicar, por añadidura, el número
dependiente del tipo de conmutador de los sectores AnzSek del
conmutador de tomas bajo carga, la división S_{res} de corriente
resultante y la magnitud de la resistencia R_{\text{ü}} de
paso.
La variable n indica un índice, que se aumenta
con 1 con cada accionamiento del cambiador escalonado de tomas bajo
carga.
En el procedimiento según el invento, se mide
primero, con cada accionamiento, la corriente J_{L} bajo carga. En
la siguiente etapa del procedimiento, se determinan, a partir de
ella, las corrientes J_{SK} así como J_{WK} de conmutación de
los contactos, que se desconectan, dicho más exactamente de los
contactos de conmutación y resistencia. Más adelante, ya se explicó
con mayor detalle una determinación semejante con ayuda de
parámetros específicos del cambiador escalonado de tomas bajo carga.
A continuación, se totalizan nuevamente dichas corrientes de
conmutación y dan lugar a \Sigma^{J}. Seguidamente, se calcula la
energía E_{n} del arco voltaico existente en la respectiva
conmutación bajo carga y, finalmente, se determina a partir de ella
la energía GE_{n} acumulada del arco voltaico.
El valor de la energía GE_{n} del arco
voltaico acumulada se archiva temporalmente y se acumula, en el
siguiente accionamiento, junto con la energía E_{n+1} del arco
voltaico calculada entonces nuevamente para dar, luego, el nuevo
valor GE_{n+1} total.
En cada ciclo se compara, luego, esta energía
GE_{n} de arco voltaico acumulada con un valor GE_{max} límite
establecido fijamente con antelación. En la figura 1, se muestra,
como ejemplo, una comparación de dos etapas. Si se alcanza un
determinado porcentaje del valor GE_{max} límite, por ejemplo, el
90%, se puede generar un aviso, que indica que se aproxima un cambio
de aceite. El explotador puede tomar entonces las correspondientes
medidas y aún tiene tiempo suficiente para realizar dicho cambio de
aceite, por ejemplo, en el marco de un mantenimiento. Si se hubiese
alcanzado, por fin, el 100% del valor límite, se puede generar un
segundo aviso más apremiante; alternativamente podría tener lugar
también una desconexión del transformador. Obviamente, se pueden
imaginar en el marco del invento otros modos numerosos de
comparación; sólo importa que, en el curso de las conmutaciones bajo
carga, se compare la energía GE_{n} acumulada del arco voltaico
con un valor límite correspondiente.
La figura 2 muestra un segundo procedimiento
según el invento, en el que se realiza adicionalmente otra
comprobación sobre si se ha alcanzado un determinado número
conmutaciones totales, es decir, si el índice n ha alcanzado un
determinado valor n_{max} máximo.
La figura 3 muestra, finalmente, otro
procedimiento más, en el que aún se analiza, adicionalmente al
procedimiento mostrado en la figura 1, si una determinada duración t
operativa absoluta del cambiador escalonado de tomas bajo carga ha
alcanzado un valor t_{max} límite.
Ya se explicó más arriba que, con los
desarrollos de los procedimientos representados en las figuras 2 y
3, también es posible tener en cuenta, junto con la formación de
hollín del aceite como criterio más importante para su
envejecimiento, otros fenómenos adicionales que, independientemente
de la energía GE del arco voltaico acumulada, pudieran hacer parecer
que tuviese sentido un cambio de aceite en determinados momentos. En
las figuras 2 y 3, se han agregado esas etapas de procedimiento
adicionales al final del procedimiento mostrado en la figura 1;
también es posible asimismo en el marco del invento agregar dichas
etapas de procedimiento en otro lugar del procedimiento general.
Sólo es importante que los resultados de las comparaciones
adicionales con el número n_{max} de conmutaciones admisible o
bien de la duración t_{max} operativa admisible puedan dar lugar
adicionalmente -e independientemente de la comparación de la energía
GE_{n} del arco voltaico acumulada con su valor GE_{max} máximo-
a avisos o similares.
En la figura 4, aún se muestra, finalmente, un
procedimiento, en el que se ha previsto tanto la comparación
adicional del número n de conmutaciones total como también la de la
duración t operativa con sus respectivos valores n_{max} y
t_{max} límites. También se puede agregar esto en los lugares más
diversos dentro del desarrollo del procedimiento según la figura
1.
Claims (4)
1. Procedimiento para controlar la contaminación
de aceite aislante a consecuencia de una descarga de arco voltaico
en cambiadores escalonados de tomas bajo carga, donde la corriente
J_{L} bajo carga del transformador se mide durante cada
conmutación, es decir, durante cada accionamiento del cambiador
escalonado de tomas bajo carga, donde se aumenta un índice n con
cada conmutación, donde se determina una magnitud característica
durante cada conmutación y seguidamente se acumula con todas las
conmutaciones precedentes, y donde se prefija un valor límite de la
magnitud característica acumulada, generándose avisos al
sobrepasarla, caracterizado porque tienen lugar una
introducción y un archivo no volátil de los parámetros específicos
del cambiador escalonado de tomas bajo carga así como un valor
límite de la energía GE_{max} de arco voltaico admisible como
magnitud característica, porque seguidamente tiene lugar una
determinación de la corriente J_{SK} de conmutación del contacto
de conmutación, que se ha desconectado, así como la corriente
J_{WK} de conmutación del, al menos, un contacto de resistencia,
que se ha desconectado, porque seguidamente se realiza una
totalización de los valores de las corrientes J_{Sk} y J_{WK} de
conmutación determinadas para obtener la corriente \Sigma^{J} de
la corriente conmutada total, porque seguidamente tiene lugar una
determinación de la energía E_{n} de arco voltaico por medio de la
relación:
indicando U_{Lb} la tensión media
de arco voltaico, t_{Lb} la duración media del arco voltaico y
AnzSek el número de sectores del conmutador bajo carga o bien los
segmentos de conmutación y estos factores corresponden a los
parámetros específicos del cambiador escalonado de tomas bajo carga
archivados de modo no volátil; porque, a continuación, tiene lugar
nuevamente una determinación de la energía total de arco voltaico
acumulada:
como suma de las energías de arco
voltaico determinadas de todas las conmutaciones (1 a n) precedentes
y porque seguidamente se lleva a cabo una comparación de la energía
GE_{n} de arco voltaico acumulada con el valor límite de la
energía GE_{max} de arco
voltaico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
donde la corriente J_{SK} conmutada se determina para el contacto
de conmutación según la relación:
y la corriente J_{WK} conmutada
para el contacto de resistencia se determina por la
relación:
indicando ParSek el número de los
sectores paralelos del cambiador escalonado de tomas bajo carga, es
decir, las conmutaciones paralelas de los distintos contactos
conmutados, U_{S} la respectiva tensión escalonada nominal,
S_{res} la división de corriente resultante y R_{\text{ü}} la
magnitud de la resistencia de paso, y estos valores corresponden a
los parámetros específicos del cambiador escalonado de tomas bajo
carga archivados de modo no
volátil.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
donde el índice secuencial se compara adicionalmente con un valor
n_{max} límite prefijado y se genera un aviso, cuando se alcanza
dicho valor n_{max} límite.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2 ó
3, donde se compara adicionalmente el tiempo t operativo
respectivamente alcanzado del cambiador escalonado de tomas bajo
carga con un valor t_{max} límite prefijado y se genera un aviso
cuando se alcanza dicho valor t_{max} límite.
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