ES2936386A1 - Sistema y método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica - Google Patents
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Abstract
Sistema (100) y método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica. El sistema (100) comprende: un medidor de tensión (101), un medidor de corriente (1); un módulo de cálculo de una resistencia (103) configurado para calcular una resistencia, R, del devanado (200); un sensor de temperatura (104), y; un módulo de comparación (105) de la resistencia, R, calculada, con una característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado (200) en condiciones sanas; donde si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, cumple que: Rref-ΔR <= R <= Rref+ΔR, entonces se determina que el devanado (200) se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables, y; donde si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, cumple que: R > Rref+ΔR, o que: R < Rref-ΔR, entonces se determina que el devanado (200) no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un sistema y a un método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica, especialmente indicado para la supervisión del estado del devanado de campo (o devanado de excitación) de máquinas eléctricas rotativas, por donde circula corriente continua.
Mediante el sistema y el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica objeto de la presente invención, es posible diagnosticar el tipo y la localización de los fallos que suelen tener lugar en estos devanados, sin necesidad de desmontar la máquina eléctrica e incluso cuando la máquina eléctrica se encuentra en operación.
El sistema y el método de la presente invención son de especial aplicación en la industria dedicada al mantenimiento de máquinas eléctricas, en donde se emplean sistemas de supervisión y diagnóstico de fallos en los devanados de las máquinas eléctricas.
Antecedentes de la invención y problema técnico a resolver
Toda instalación eléctrica debe estar dotada de sistemas de protección que la hagan segura ante defectos que puedan causar daños tanto a las propias instalaciones como a las personas. Las máquinas eléctricas rotativas, además del cumplimiento de las exigencias de seguridad, deben garantizar el cumplimiento de exigencias mínimas de fiabilidad en el suministro de energía, en el caso del régimen generador, o de fiabilidad en el servicio según la criticidad de la aplicación, en el caso del régimen motor.
La creación del campo mediante los devanados inductores recorridos por corriente continua de excitación, a pesar de trabajar con potencia reducida, es crítica para el funcionamiento de las máquinas eléctricas rotativas. A pesar de dicha importancia, no existe amplio desarrollo técnico en métodos de protección dedicados especialmente a dichos devanados, como sí ocurre, por ejemplo, con otro tipo de devanados como son los devanados estatóricos de corriente alterna de las máquinas síncronas.
En el caso particular de las máquinas síncronas utilizadas como excitatrices en grupos de generación síncrona de excitación indirecta sin escobillas o con rectificador giratorio, el devanado de campo se encuentra en el estator, creando, cuando se alimenta en corriente continua, una distribución de campo magnético caracterizada por el número de polos inductores. En este contexto, las máquinas excitatrices constituyen un elemento crítico del sistema, tal es así que en la práctica habitual se sobredimensionan. De forma similar, en el caso particular de las máquinas de corriente continua, la distribución de campo magnético se genera mediante el devanado inductor o de excitación, instalando en los núcleos polares fijados alrededor de la cara interior de la culata.
Los devanados inductores de las máquinas eléctricas rotativas, y en general cualquier devanado, puede verse afectado por diversos defectos eléctricos. Entre estos defectos, destacan las faltas entre espiras debido al fallo de aislamiento entre las mismas, ya sea debido a efectos térmicos sobre el material aislante, a la contaminación del material aislante o a deficiencias en el bobinado, entre otros motivos. Las faltas entre espiras producen sobrecalentamientos y una distribución de flujo magnético desequilibrada en el entrehierro de la máquina, dando lugar a vibraciones. En relación con este tipo de defecto, debe tenerse en cuenta que, al tratarse de un circuito de corriente continua aislado de tierra, si se producen dos faltas a tierra, una parte del devanado quedaría cortocircuitado con similares efectos, siendo la doble falta a tierra otra causa de defectos entre espiras.
En este sentido, son destacables los métodos clásicos de localización de fallos de aislamiento a lo largo del devanado, que generalmente conllevan la puesta fuera de servicio de la máquina y la utilización de procedimientos de medida de aislamiento en diferentes puntos hasta dar con la zona defectuosa.
Con objeto de detectar fallos entre espiras, son reseñables los sistemas basados en el análisis espectral de las señales eléctricas de entrada, correspondientes a la excitación proporcionada, y de salida, principalmente tensiones y corrientes, a pesar de su complejidad computacional, en máquinas con devanado de campo tanto estacionario como giratorio. En cambio, los diferentes sistemas de análisis de flujo magnético mediante la instalación de sondas de flujo en el entrehierro de la máquina, basados en los desequilibrios de fuerzas magnetomotrices.
En el estado de la técnica se han desarrollado también algunos sistemas de protección en máquinas síncronas que versan sobre protecciones de tipo térmico realizadas en el devanado de campo, aunque su objetivo es únicamente proteger el devanado de campo y en ningún caso supervisar el mismo de cara a reconocer (diagnosticar) defectos, tal como se extrae de:
"IEEE Guide for AC Generator Protection," in IEEE Std C37.102-2006 (Revisión of IEEE Std C37.102-1995), pp.1-177, 2006, doi: 10.1109/IEEESTD.2006.320495. Aplicable a máquinas síncronas en régimen generador.
"IEEE Guide for AC Motor Protection," in IEEE Std C37.96-2012 (Revision of IEEE Std C37.96-2000), pp.1-160, doi: 10.1109/IEEESTD.2013.6468048. Aplicable a máquinas síncronas en régimen motor, entre otras.
Entre las protecciones cabe destacar la protección térmica del devanado de campo (tipo ANSI 26 o ANSI 49), cuyo objetivo es únicamente la permanencia dentro de su curva de capacidad térmica de tiempo inverso, para prevenir daños térmicos en el mismo. Se utiliza la temperatura del devanado, mediante sensores instalados sobre el devanado (monitorización directa), o si no es posible, se estima la temperatura del devanado (al estar la temperatura media del devanado directamente relacionada con la resistencia del devanado) a partir de la medida simultánea de la corriente y de la tensión de excitación (monitorización indirecta). Como alternativa, puede medirse la temperatura del medio de refrigeración del devanado (por ejemplo, midiendo la temperatura del aire que lo rodea, si fuera el caso).
Descripción de la invención
Con objeto de solucionar los inconvenientes anteriormente mencionados, la presente invención se refiere a un sistema y a un método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica.
El sistema de supervisión de un devanado (por ejemplo, un devanado de campo o devanado inductor o devanado de excitación) de una máquina eléctrica (por ejemplo, una máquina eléctrica rotativa) comprende:
- al menos un medidor de tensión configurado para medir una tensión (V) continua en el devanado;
- un medidor de corriente configurado para medir una corriente eléctrica (I) continua que circula por el devanado;
- al menos un módulo de cálculo de una resistencia conectado al menos un medidor de tensión y al medidor de corriente, donde el módulo de cálculo de una resistencia está configurado para calcular una resistencia, R, del devanado a partir de la medida de tensión (V) en el devanado y a partir de la medida de corriente eléctrica (I) que circula por el devanado;
- al menos un sensor de temperatura configurado para medir una temperatura (T) del devanado, y;
- un módulo de comparación de la resistencia, R, calculada del devanado a una temperatura (T), con una característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado en condiciones sanas, donde el módulo de comparación está conectado al menos un módulo de cálculo de una resistencia y al menos un sensor de temperatura, donde el módulo de comparación está configurado para comparar la resistencia, R, calculada a una temperatura (T) del devanado en condiciones de operación, con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo devanado en condiciones sanas;
donde si el módulo de comparación verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
Rref -AR S R S Rref AR
entonces el módulo de comparación determina que el devanado, en condiciones de operación, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables, y;
donde si el módulo de comparación verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
o que:
R < Rref-AR
entonces el módulo de comparación determina que el devanado, en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables;
donde Rref es la resistencia del devanado en condiciones sanas, a la misma temperatura (T) de operación, y donde AR es un margen de tolerancia previamente establecido.
Se entiende por “condiciones sanas” del devanado unas condiciones del devanado en donde no existen fallos en el aislamiento, no hay cortocircuitos entre espiras y ni conexiones a tierra de las espiras, y donde las condiciones de arrollamiento así como todas las conexiones eléctricas están realizadas de tal forma que no se produzcan puntos calientes a temperatura sustancialmente superior a la temperatura media del devanado, en cualquier condición de funcionamiento de la máquina eléctrica.
Gracias al sistema de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica descrito anteriormente, se puede supervisar un devanado de la máquina eléctrica en condiciones de operación, cualquiera que sea el modo de funcionamiento de la máquina eléctrica (como generador o como motor), sin necesidad de parar la máquina eléctrica ni desmontarla.
Supervisar el devanado de la máquina eléctrica implica, no solo conocer la posible existencia de un funcionamiento inaceptable o no seguro, sino además conocer las características de resistencia del devanado en comparación con ese mismo devanado en estado sano, para identificar qué circunstancias están teniendo lugar en dicho devanado en operación.
De manera preferente, si el módulo de comparación verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
entonces el módulo de comparación determina que existe un punto caliente o una mala conexión en el devanado.
También de manera preferente, si el módulo de comparación verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R < Rref+AR
entonces el módulo de comparación determina que existe un cortocircuito entre espiras del devanado o una doble falta a tierra en dos puntos del devanado.
Las características anteriores permiten tener un diagnóstico preciso del tipo de fallo que puede estar teniendo lugar en el devanado en operación, y que pueden estar produciendo un funcionamiento inaceptable o no seguro de la máquina eléctrica.
El sistema de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica puede también estar configurado para emitir una señal de funcionamiento inaceptable o no seguro, en caso de que el módulo de comparación determine que el devanado, en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
Esta señal de alarma puede estar emitida desde el mismo módulo de comparación, y opcionalmente puede desencadenar (de manera automática) el disparo de sistemas de protección (ajenos a la invención), para la protección del personal encargado de manipular la máquina eléctrica, así como para la protección de la propia máquina eléctrica.
En una primera forma de realización, el sistema de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica comprende un único medidor de tensión, configurado para medir la caída de tensión en todo el devanado (se mide entre terminales de dicho devanado).
En una segunda forma de realización, el sistema de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica comprende:
- una pluralidad de medidores de tensión, donde cada medidor de tensión está configurado para medir una tensión (Vi) continua en un determinado tramo (i) el devanado (estos tramos pueden ser, por ejemplo, cada uno de los polos del devanado de campo o devanado inductor de una máquina eléctrica rotativa);
- una pluralidad de módulos de cálculo de una resistencia conectados, respectivamente, con cada medidor de tensión, y conectados con el medidor de corriente, donde cada módulo de cálculo de una resistencia está configurado para calcular una resistencia, R¡, de cada tramo (i) del devanado a partir de las medidas de tensión (Vi) en cada tramo (i) del devanado y a partir de la medida de corriente eléctrica (I) que circula por el devanado;
donde el módulo de comparación está conectado a cada módulo de cálculo de una resistencia y al menos un sensor de temperatura, y;
donde el módulo de comparación está configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado en condiciones de operación, con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo tramo (i) de devanado en condiciones sanas.
Así pues, mediante esta segunda forma de realización, puede supervisarse, de manera específica, cada tramo (i) del devanado.
En esta segunda forma de realización, el módulo de comparación puede estar configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado en condiciones de operación, con una característica resistencia-temperatura (Ri-T) específica de cada tramo “i” del mismo devanado en condiciones sanas.
Alternativamente, puede compararse la resistencia, Ri, calculada de cada tramo (i), con la parte proporcional de la resistencia total R del devanado, según la característica R-I del devanado, y según el porcentaje sobre el total del devanado que representa cada tramo (i).
En esta segunda forma de realización, el sistema de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica puede comprender una pluralidad de sensores de temperatura, donde cada sensor de temperatura está configurado para medir una temperatura (Ti) en un determinado tramo (i) el devanado.
Como ya se ha mencionado, la presente invención se refiere también a un método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica.
El método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica, objeto de la presente invención, comprende aplicar una tensión (V) continua al devanado haciendo circular una corriente eléctrica (I) continua por el devanado.
Adicionalmente, de manera novedosa, el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica, objeto de la presente invención, comprende:
- realizar una medida de la tensión (V) en el devanado;
- realizar una medida de la corriente eléctrica (I) que circula por el devanado;
- calcular la resistencia, R, del devanado, mediante el cociente entre la tensión (V) y la corriente eléctrica (I) en el devanado;
- realizar una medida de la temperatura (T) en el devanado;
- comparar la resistencia, R, calculada del devanado a una temperatura (T), con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo devanado en condiciones sanas, donde dicha resistencia de referencia (Rref) a la temperatura (T) está indicada en una característica resistencia-temperatura (R-T), previamente obtenida, del mismo devanado en condiciones sanas;
donde si a resultas de dicha comparación se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
Rref-AR S R S Rref+AR
entonces se determina que el devanado, en condiciones de operación, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables, y;
donde si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
o que:
R < Rref-AR
entonces se determina que el devanado, en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables;
donde Rref es la resistencia del devanado en condiciones sanas, a la misma temperatura (T) de operación, y donde AR es un margen de tolerancia previamente establecido.
De manera preferente, en el método de la invención, si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
entonces se determina que existe un punto caliente o una mala conexión en el devanado.
También de manera preferente, en el método de la invención, si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R < Rref+AR
entonces se determina que existe un cortocircuito entre espiras del devanado o una doble falta a tierra en dos puntos del devanado.
El método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica, objeto de la presente invención, puede comprender emitir una señal de funcionamiento inaceptable o no seguro, en
caso de que se determine que el devanado, en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
En una primera forma de realización, el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica comprende medir la tensión (la caída de tensión) en todo el devanado (se mide entre terminales de dicho devanado).
En una segunda forma de realización, el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica comprende:
- realizar una medida de la tensión (Vi) en cada uno de una pluralidad de tramos (i) del devanado;
- calcular la resistencia, Ri, de cada tramo (i) del devanado, mediante el cociente entre la tensión (Vi) y la corriente eléctrica (I) en el devanado, y;
- comparar la resistencia, Ri, calculada para cada tramo (i) del devanado a una temperatura (T), con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo tramo (i) del devanado en condiciones sanas.
Según esta segunda forma de realización, el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica puede comprender comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado en condiciones de operación, con una característica resistencia-temperatura (Ri-T) específica de cada tramo “i” del mismo devanado en condiciones sanas.
Asimismo, según esta segunda forma de realización, el método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica puede comprender realizar una medida de la temperatura (Ti) en cada tramo (i) del devanado.
Existen varias aplicaciones inmediatas de la invención en devanados de campo estacionarios. Por un lado, la supervisión del devanado de campo de las máquinas síncronas utilizadas como excitatrices de corriente alterna de máquinas síncronas de excitación indirecta sin escobillas,
especialmente utilizadas en generación eléctrica. Por otro lado, la supervisión del devanado inductor de las máquinas de corriente continua, ubicado en el estator, especialmente utilizadas en determinados accionamientos y otras aplicaciones como motor así como excitatrices en generación eléctrica mediante máquinas síncronas. Además, la presente invención también es de aplicación a devanados de campo giratorios como los de las máquinas síncronas con excitación estática utilizando sistemas de telemetría para la temperatura.
Breve descripción de las figuras
Se describe aquí de forma breve una figura a modo de ejemplo no limitativo, que ayuda a comprender mejor la invención:
Figura 1: muestra una primera forma de realización del sistema de supervisión del devanado de una máquina eléctrica objeto de la presente invención, donde la supervisión se realiza en un único tramo.
Figura 2: muestra una segunda forma de realización del sistema de supervisión del devanado de una máquina eléctrica objeto de la presente invención, donde la supervisión se realiza en cuatro tramos diferentes.
Figura 3: muestra una gráfica que representa la característica de resistencia-temperatura de un devanado de una máquina eléctrica en estado sano, y unos márgenes de tolerancia superior e inferior de dicha característica resistencia-temperatura del mismo devanado de máquina eléctrica.
Descripción detallada
La presente invención se refiere, como se ha mencionado anteriormente, a un sistema (100) y a un método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica, preferentemente el devanado (200) de campo o devanado (200) inductor de una máquina
eléctrica, devanado (200) que está configurado para ser recorrido por una corriente continua, creando un campo magnético constante.
En la Figura 1 se muestra una posible configuración del sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica, de acuerdo con una primera forma de realización de la invención.
El sistema (100) comprende un medidor de tensión (101) (por ejemplo, un voltímetro) configurado para medir la tensión (V) continua existente entre los terminales extremos del devanado (200), y un medidor de corriente (102) (por ejemplo, un amperímetro) configurado para medir la corriente eléctrica (I) continua que circula por el devanado (200).
El medidor de tensión (101) y el medidor de corriente (102) están conectados con un módulo de cálculo de una resistencia (103), R, del devanado (200). Este módulo de cálculo de una resistencia (103) está configurado para calcular la resistencia, R, del devanado (200), mediante el cociente:
El sistema (100) comprende un sensor de temperatura (104) configurado para medir la temperatura (T) del devanado (200). Este sensor de temperatura (104) puede estar configurado para realizar una medida directa de la temperatura (T) del devanado (200), o bien para realizar una medida indirecta de dicha temperatura (T) del devanado (200) (por ejemplo, midiendo la temperatura en un entorno del devanado (200)).
El sistema (100) permite medir la tensión (V) y la intensidad de corriente (I) en el devanado (200), así como medir la temperatura (T) del devanado (200), estando la máquina eléctrica en funcionamiento, sin necesidad de parar y/o desmontar la máquina eléctrica.
El sistema (100) comprende un módulo de comparación (105) de la resistencia, R, calculada del devanado (200) a una temperatura (T), en condiciones de trabajo, con una característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
Así pues, el módulo de comparación (105) compara la resistencia, R, calculada a una temperatura (T) del devanado (200) en condiciones de operación o trabajo, con la resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo devanado (200) en condiciones sanas.
Si el módulo de comparación (105) determina que la resistencia, R, del devanado (200) en condiciones de operación o de trabajo, a una temperatura (T), está comprendida dentro de un intervalo centrado en la resistencia de referencia (Rref) de dicho devanado (200) en condiciones sanas y a la misma temperatura (T), con un margen de tolerancia (AR) previamente establecido, entonces el módulo de comparación (105) determina que el devanado (200), en condiciones de operación o de trabajo, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
Es decir, si el módulo de comparación (105) determina que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación o de trabajo, a una temperatura (T), cumple que:
Rref-AR ¿ R ¿ Rref+AR
donde Rref es la resistencia de dicho devanado (200) en condiciones sanas, a la misma temperatura (T), y donde AR es un intervalo o margen de tolerancia previamente establecido, entonces el módulo de comparación (105) determina que el devanado (200), en condiciones de operación o de trabajo, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
Por el contrario, si el módulo de comparación determina que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación o de trabajo, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
o que:
R < Rref-AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que el devanado (200), en condiciones de operación o de trabajo, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
Más concretamente, si el módulo de comparación (105) determina que:
R > Rref+AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que existe un punto caliente o una mala conexión en el devanado (200), que hace que su resistencia, a la temperatura (T) de medida, esté por encima del umbral superior de funcionamiento aceptable y/o seguro.
Asimismo, si el módulo de comparación (105) determina que:
R < Rref+AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que existe un cortocircuito entre espiras del devanado (200) o una doble falta a tierra en dos puntos del devanado (200), que hace que su resistencia, a la temperatura (T) de medida, esté por debajo del umbral inferior de funcionamiento aceptable y/o seguro.
El sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica objeto de la presente invención puede estar configurado para emitir una señal (106) de funcionamiento inaceptable o no seguro, que puede permitir avisar a un operario para que tome las medidas adecuadas de protección personal y o de protección de la máquina eléctrica, y/o puede permitir el disparo automático de determinadas medidas automáticas de protección.
En la Figura 3 se muestra una gráfica que representa la característica resistencia-temperatura (Rref-T) del devanado (200) en condiciones sanas, así como el umbral superior (Rref+AR) y el umbral inferior (Rref+AR) que definen los límites de funcionamiento aceptable y/o seguro del devanado (200) de la máquina eléctrica, según la temperatura (T) de operación o trabajo.
En la Figura 3 se ha considerado que la resistencia, R, del devanado (200) varía linealmente con la temperatura (T), si bien se podrían considerar casos de variación no lineal de la resistencia, R, del devanado (200) con la temperatura (T).
Asimismo, en la Figura 3 se ha considerado un margen de tolerancia, AR, constante con la temperatura, si bien se podrían considerar casos en donde el valor del margen de tolerancia, AR, variase en función de la temperatura (T) de trabajo o de funcionamiento.
En la Figura 2 se muestra una posible configuración del sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica, de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención.
En esta segunda forma de realización, el sistema (100) comprende una pluralidad de medidores de tensión (101), cada uno de ellos configurado para medir la tensión (V1, V2 , V3 , V4) en un determinado tramo (201,202, 203, 204) del devanado (200).
Estos tramos (201,202, 203, 204) del devanado (200) se pueden corresponder con los polos del devanado (200) de campo (devanado inductor) de la máquina eléctrica.
En esta segunda forma de realización, el sistema (100) comprende un medidor de corriente (102) configurado para medir la corriente eléctrica (I) que circula por todos los tramos (201, 202, 203, 204) del devanado (200).
En la segunda forma de realización, el sistema (100) comprende el mismo número de módulos de cálculo de una resistencia (103) que de medidores de tensión (101).
El medidor de corriente (102) y cada medidor de tensión (101) están conectados, respectivamente, con cada uno de los módulos de cálculo de una resistencia (103), Ri, del devanado (200).
Cada módulo de cálculo de una resistencia (103) está configurado, respectivamente, para calcular la resistencia, Ri, de cada uno de los tramos (201,202, 203, 204) del devanado (200), mediante el cociente:
Siendo Ri la resistencia de un determinado tramo “i” del devanado (200), y siendo Vi la tensión en dicho tramo “i” del devanado (200).
El sistema (100) comprende un sensor de temperatura (104) configurado para medir la temperatura (T) del devanado (200). Opcionalmente, el sistema puede comprender un sensor de temperatura (104) por cada uno de los tramos “i” del devanado (200), para medir la temperatura (T) de cada tramo (201,202, 203, 204) del devanado (200) en donde también se está midiendo la tensión (V1, V2 , V3 , V4).
El sistema (100) permite medir la tensión (Vi) en cada tramo “i” del devanado (200) y la intensidad de corriente (I) en el devanado (200), así como medir la temperatura (T) del devanado (200), estando la máquina eléctrica en funcionamiento, sin necesidad de parar y/o desmontar la máquina eléctrica.
El sistema (100) comprende un módulo de comparación (105) de la resistencia, Ri, calculada para cada tramo “i” del devanado (200) a una temperatura (T), en condiciones de trabajo, con una característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
Al hilo de lo mencionado en el párrafo anterior, el módulo de comparación (105) puede estar configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada para cada tramo “ i” del devanado (200) a una temperatura (T), en condiciones de trabajo, con una parte proporcional (en función del porcentaje que representa la sección “i” sobre el total del devanado (200)) de la resistencia de referencia, Rref, según la característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
Alternativamente, aunque no se ha representado en las Figuras, puede existir una característica resistencia-temperatura (Ri-T) para cada uno de los tramos “i” del mismo devanado (200) en condiciones sanas, de manera que el módulo de comparación (105) puede estar configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada para cada tramo “i” del devanado (200) a una temperatura (T), en condiciones de trabajo, con una característica resistenciatemperatura (Ri-T) específica de cada tramo “i” del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
Claims (14)
1. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica caracterizado por que comprende:
- al menos un medidor de tensión (101) configurado para medir una tensión (V) continua en el devanado (200);
- un medidor de corriente (102) configurado para medir una corriente eléctrica (I) continua que circula por el devanado (200);
- al menos un módulo de cálculo de una resistencia (103) conectado al menos un medidor de tensión (101) y al medidor de corriente (102), donde el módulo de cálculo de una resistencia (103) está configurado para calcular una resistencia, R, del devanado (200) a partir de la medida de tensión (V) en el devanado (200) y a partir de la medida de corriente eléctrica (I) que circula por el devanado (200);
- al menos un sensor de temperatura (104) configurado para medir una temperatura (T) del devanado (200), y;
- un módulo de comparación (105) de la resistencia, R, calculada del devanado (200) a una temperatura (T), con una característica resistencia-temperatura (R-T) del mismo devanado (200) en condiciones sanas, donde el módulo de comparación (105) está conectado al al menos un módulo de cálculo de una resistencia (103) y al al menos un sensor de temperatura (104), donde el módulo de comparación (105) está configurado para comparar la resistencia, R, calculada a una temperatura (T) del devanado (200) en condiciones de operación, con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo devanado (200) en condiciones sanas;
donde si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
Rref-AR S R S Rref+AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que el devanado (200), en condiciones de operación, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables, y;
donde si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
o que:
R < Rref-AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que el devanado (200), en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables;
donde Rref es la resistencia del devanado (200) en condiciones sanas, a la misma temperatura (T) de operación, y donde AR es un margen de tolerancia previamente establecido.
2. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado por que si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+ AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que existe un punto caliente o una mala conexión en el devanado (200).
3. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que si el módulo de comparación (105) verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R < Rref+AR
entonces el módulo de comparación (105) determina que existe un cortocircuito entre espiras del devanado (200) o una doble falta a tierra en dos puntos del devanado (200).
4. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que está configurado para emitir una señal (106) de funcionamiento inaceptable o no seguro, en caso de que el módulo de comparación (105) determine que el devanado (200), en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
5. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende:
- una pluralidad de medidores de tensión (101), donde cada medidor de tensión (101) está configurado para medir una tensión (Vi) continua en un determinado tramo (i) el devanado (200);
- una pluralidad de módulos de cálculo de una resistencia (103) conectados, respectivamente, con cada medidor de tensión (101), y conectados con el medidor de corriente (102), donde cada módulo de cálculo de una resistencia (103) está configurado para calcular una resistencia, Ri, de cada tramo (i) del devanado (200)
a partir de las medidas de tensión (V i) en cada tramo (i) del devanado (200) y a partir de la medida de corriente eléctrica (I) que circula por el devanado (200);
donde el módulo de comparación (105) está conectado a cada módulo de cálculo de una resistencia (103) y al al menos un sensor de temperatura (104), y;
donde el módulo de comparación (105) está configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado (200) en condiciones de operación, con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo tramo (i) de devanado (200) en condiciones sanas.
6. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 5, caracterizado por que el módulo de comparación (105) está configurado para comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado (200) en condiciones de operación, con una característica resistencia-temperatura (R i-T) específica de cada tramo “i” del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
7. Sistema (100) de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado por que comprende una pluralidad de sensores de temperatura (104), donde cada sensor de temperatura (104) está configurado para medir una temperatura (Ti) en un determinado tramo (i) el devanado (200).
8. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica que comprende aplicar una tensión (V) continua al devanado (200) haciendo circular una corriente eléctrica (I) continua por el devanado (200), caracterizado por que el método adicionalmente comprende:
- realizar una medida de la tensión (V) en el devanado (200);
- realizar una medida de la corriente eléctrica (I) que circula por el devanado (200);
- calcular la resistencia, R, del devanado (200), mediante el cociente entre la tensión (V) y la corriente eléctrica (I) en el devanado (200);
- realizar una medida de la temperatura (T) en el devanado (200), y;
- comparar la resistencia, R, calculada del devanado (200) a una temperatura (T), con una resistencia de referencia (R ref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo devanado (200) en condiciones sanas, donde dicha resistencia de referencia (Rref) a la temperatura (T) está indicada en una característica resistencia-temperatura (R-T), previamente obtenida, del mismo devanado (200) en condiciones sanas;
donde si a resultas de dicha comparación se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
Rref-AR S R S Rref+AR
entonces se determina que el devanado (200), en condiciones de operación, se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables, y;
donde si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
o que:
R < Rref-AR
entonces se determina que el devanado (200), en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables;
donde Rref es la resistencia del devanado (200) en condiciones sanas, a la misma temperatura (T) de operación, y donde AR es un margen de tolerancia previamente establecido.
9. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 8, caracterizado por que si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R > Rref+AR
entonces se determina que existe un punto caliente o una mala conexión en el devanado (200).
10. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por que si se verifica que la resistencia, R, calculada para el devanado (200) en condiciones de operación, a una temperatura (T), cumple que:
R < Rref+AR
entonces se determina que existe un cortocircuito entre espiras del devanado (200) o una doble falta a tierra en dos puntos del devanado (200).
11. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que comprende emitir una señal (106) de funcionamiento inaceptable o no seguro, en caso de que se determine que el devanado (200), en condiciones de operación, no se encuentra en condiciones de funcionamiento y seguridad aceptables.
12. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que comprende:
- realizar una medida de la tensión (V i) en cada uno de una pluralidad de tramos (i) del devanado (200);
- calcular la resistencia, Ri, de cada tramo (i) del devanado (200), mediante el cociente entre la tensión (V i) y la corriente eléctrica (I) en el devanado (200), y;
- comparar la resistencia, Ri, calculada para cada tramo (i) del devanado (200) a una temperatura (T), con una resistencia de referencia (Rref) a la misma temperatura (T) que tendría ese mismo tramo (i) del devanado (200) en condiciones sanas.
13. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 12, caracterizado por que comprende comparar la resistencia, Ri, calculada a una temperatura (T) de cada tramo (i) del devanado (200) en condiciones de operación, con una característica resistencia-temperatura (R i-T) específica de cada tramo “i” del mismo devanado (200) en condiciones sanas.
14. Método de supervisión de un devanado (200) de una máquina eléctrica según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado por que comprende realizar una medida de la temperatura (T i) en cada tramo (i) del devanado (200).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES202231100A ES2936386A1 (es) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | Sistema y método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica |
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| ES202231100A ES2936386A1 (es) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | Sistema y método de supervisión de un devanado de una máquina eléctrica |
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|---|---|
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| US20210033674A1 (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Field winding interlayer short-circuit detection apparatus and field winding interlayer short-circuit detection method |
-
2022
- 2022-12-22 ES ES202231100A patent/ES2936386A1/es active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210033674A1 (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Field winding interlayer short-circuit detection apparatus and field winding interlayer short-circuit detection method |
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| MOHAMMED ANEES ET AL. Stator Winding Fault Thermal Signature Monitoring and Analysis by In Situ FBG Sensors. IEEE Transactions on industrial electronics, 20191001 IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA. , 01/10/2019, Vol. 66, Páginas 8082 - 8092 [en línea][recuperado el 28/02/2022]. ISSN 0278-0046, (DOI: doi:10.1109/TIE.2018.2883260) fig. 3; (pág. 8, párr. 1); (pág. 4, párr. 5)) * |
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