EN LÍNEAS ELÉCTRICAS OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de medida de descargas parciales en lineas eléctricas que combina el uso de dos sensores diferentes para determinar la dirección de desplazamiento de los pulsos de descarga que se producen en una linea eléctrica, de forma que pueda determinar la zona de la que proviene la descarga eléctrica para facilitar el mantenimiento y reparación de la misma.

La invención es de aplicación en las redes de distribución de energía eléctrica de alta y media tensión y más particularmente en líneas conectadas a máquinas eléctricas como motores generadores o transformadores, para determinar si los pulsos de descarga provienen de la línea o de la máquina eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los últimos años, las redes de distribución de energía eléctrica de media tensión han conocido una gran expansión con el crecimiento sostenido de la economía y por la expansión de las zonas urbanas, residenciales e industriales .

La mayoría de las redes eléctricas de distribución construidas en los últimos años se han realizado con cable subterráneo, ya que este tipo de instalación aporta numerosos beneficios en cuanto a descargas atmosféricas y en cuanto a integración en el entorno. No obstante, el soterramiento de dichas líneas aporta inconvenientes en cuanto a mantenimiento se refiere, ya que en los cables soterrados se producen descargas parciales, por ejemplo por microrroturas que generan descargas eléctricas internas que deterioran el cable. En la actualidad existen sistemas que permiten detectar descargas parciales en la linea eléctrica, mediante el empleo de un sensor acoplado por campo magnético al cable o bien mediante un sensor acoplado por campo eléctrico al cable, de manera que en ambos casos los sensores tienen un gran ancho de banda y propiedades que permiten detectar pulsos con tiempos de subida del orden de nanosegundos y gran contenido frecuencial.

En cualquiera de los dos casos comentados se detecta la producción de las descargas parciales pero no permiten determinar la dirección de propagación de los pulsos, y en consecuencia no se puede establecer la zona en la que se produce la descarga. Además en estos casos es necesario realizar la desenergización del cable a analizar para efectuar las medidas comentadas. En ambos casos el sensor se encuentra dispuesto en el interior de una celda de registro de la linea eléctrica, de manera que para efectuar la medida es necesario acceder al interior de la celda y desenergizar la linea.

En este sentido también es conocido el empleo de procedimientos para localizar las descargas parciales según la atenuación que presenta el pulso de corriente al desplazarse y reflejarse por la linea, lo que se conoce como método de reflectrometria TDR. Este procedimiento es complicado y costoso. No es conocido ningún método que permita localizar de manera sencilla y económica el punto en el que se producen las descargas eléctricas a partir de la dirección de propagación de los pulsos producidos por la descarga .

Por tanto en la actualidad no existe ningún sistema de medición "in situ", de bajo coste y fácil montaje, que permita monitorizar la actividad de descargas parciales en la linea sin necesidad de desenergizar el cable a analizar. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo sistema de medida de descargas parciales en lineas eléctricas que presenta la novedad de que se basa en el empleo de un sensor inductivo, que está acoplado al cable a medir mediante campo magnético y un sensor capacitivo, que está acoplado al cable a medir mediante campo eléctrico, de modo que ambos se conectan a un equipo de medida que comprende medios de detección de la polaridad del pulso captado por el sensor inductivo, medios de detección de la polaridad pulso captado por el sensor capacitivo y medios de determinación de la dirección de desplazamiento de los pulsos de descarga a partir de las polaridades detectables.

Para ello el equipo de medida comprende medios de almacenamiento de una tabla obtenida experimentalmente, que indica la dirección de la que proviene la descarga parcial en función de las polaridades detectadas a partir del sensor inductivo y capacitivo, de manera que tras la detección de la polaridad de la descarga parcial en el sensor inductivo y en el sensor capacitivo, los medios de determinación de la polaridad acceden a la tabla y determinan la dirección en la que se ha producido la descarga parcial (a la derecha o izquierda del punto de medida) .

En una realización de la invención los sensores inductivo y capacitivo se encuentran instalados en el interior de la celda de registro de la linea eléctrica, de manera que el sensor inductivo está instalado en el cable de tierra de la terminación acodada que convencionalmente se utiliza para efectuar la conexión del cable al seccionador de celda, y el sensor capacitivo se encuentra instalado en un tapón trasero previsto en dicha terminación acodada. Para el caso en que la línea eléctrica sea apantallada, como el caso de los cables coaxiales, el sensor inductivo se instala abrazando la pantalla del cable .

La invención permite realizar las medidas comentadas desde el exterior de la celda, para lo que tanto el sensor inductivo como el capacitivo están conectados a sendos cables que finalizan en el exterior de la celda mediante pasamuros, a los que se conecta el equipo de medida desde el exterior de la celda. Esta característica permite además realizar la medida sin efectuar la desenergización de la línea .

El sensor capacitivo comprende una pantalla metálica, que como fue anteriormente comentado, está instalada en el tapón trasero de la terminación acodada, y que además está conectada a tierra. En la pantalla metálica se incluye un conector no aislado de la misma, mediante el cual se efectúa la conexión al cable que va hasta el pasamuros. En este cable se intercala un explosor protector de sobretensiones.

Además el conector no aislado, se encuentra acoplado a una tuerca que convencionalmente se utiliza como punto de medida mediante una rosca de acoplamiento. Además el conector no aislado se conecta a la rosca a través de una resistencia dispuesta en paralelo con el acoplamiento directo anterior. Esta configuración permite efectuar el acoplamiento mediante campo eléctrico del sensor capacitivo para obtener el pulso generado por una descarga eléctrica producida en el cable.

Dado que las líneas eléctricas están constituidas por tres cables, cada uno para la conducción de las diferente fases que la constituyen, se prevé que el sensor inductivo y capacitivo se dispongan acoplados en los cables de las tres fases que constituyen la línea eléctrica, de forma que se pueda realizar la medida en los tres cables que constituyen la línea eléctrica, pero obviamente se puede realizar la medida en un único cable si así se requiriera.

Dado que la invención permite efectuar la medida de la dirección de desplazamiento de los pulsos producidos por descargas eléctricas, si se efectúa la conexión de dos equipos de medida a celdas contiguas, que capturan con precisión de nanosegundos la hora en que se ha captado cada pulso en cada celda, se permite detectar el punto en el que se ha producido la descarga, para lo que el equipo de medida se conecta a medios de comparación de los datos registrados en cada equipo de medida en los que a partir de la velocidad de propagación de los pulsos, velocidad que es conocida convencionalmente, y de la dirección de propagación determinada por cada uno de los equipos en cada celda, detectan el punto de origen de la descarga.

Los medios de determinación de la dirección de desplazamiento de los pulsos de descarga, comprenden un módulo que al recibir una señal de uno solo de los sensores, lo interpreta como pulsos producidos por ruido, de manera que se realiza el filtrado de los mismos, discriminando el ruido respecto de las descargas parciales.

En otra realización de la invención el sensor inductivo y el sensor capacitivo están previstos en el interior de un dispositivo pasatapa (bushing) de los previstos para conectar una máquina eléctrica a la línea eléctrica. En este caso ambos sensores están instalados en el conductor y conectados a sendos conectores coaxiales que están fijados en las paredes del dispositivo pasatapa, de forma que a través de dichos conectores coaxiales se efectúa la conexión con el equipo de medida lo que permite distinguir entre los pulsos que vienen del interior de la máquina eléctrica y los que vienen por las líneas eléctricas a las cuales están conectadas las máquinas eléctricas .

En este caso el sensor inductivo y capacitivo tambiéns e instala en las tres fases que constituyen las líneas eléctricas conectadas a la máquina eléctrica, de forma que se puede monitorizar todos los puntos por los que puedan entrar o salir los pulsos.

Las máquinas eléctricas que normalmente se conectan a la red eléctrica son transformadores, motores o generadores permitiendo discriminar entre los pulsos de descarga parciales que provienen del interior de la máquina eléctrica o de la propia linea a la que están conectados, al tiempo que permite detectar los pulsos de ruido producidos discriminándolos frente a los pulsos de descarga parciales .

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva, y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Muestra una vista esquemática de una celda de registro de la linea eléctrica en la que se disponen dos sensores de acuerdo con la invención.

Figura 2.- Muestra una vista en detalle de la terminación acodada de la celda mediante la cual se efectúa la conexión de los cables de cada una de las fases a los seccionadores que convencionalmente se incorporan en las celdas y que constituyen elementos de seguridad.

Figura 3.- Muestra una vista exterior de la celda en la que se aprecia la disposición de seis pasamuros de medida, uno para cada sensor de cada fase que constituyen la linea eléctrica.

Figura 4.- Muestra una representación esquemática de la aplicación de la invención para determinar el punto en el que se produce la descarga eléctrica, mediante la medida de las señales proporcionadas por dos sensores en dos celdas consecutivas. Figura 5.- Muestra la representación del circuito equivalente de lo representado de la figura 1, para un caso en que el pulso de descarga parcial se haya producido a la derecha del punto de medida.

Figura 6.- Muestra la representación del circuito equivalente de lo representado de la figura 1, para un caso en que el pulso de descarga parcial se haya producido a la izquierda del punto de medida.

Figura 7.- Muestra la tabla obtenida experimentalmente que se almacena en el equipo de medida para determinar la dirección de la descarga parcial a partir de las polaridades obtenidas en los sensores inductivo y capacitivo .

Figura 8.- Muestra un ejemplo de realización de la invención para su aplicación en máquinas eléctricas alimentadas por una linea eléctrica, de modo que permite detectar si los pulsos de descarga provienen de la propia máquina eléctrica o de la linea que la alimenta.

Figura 9.- Muestra una particularización de la conexión del sensor inductivo y capacitivo sobre un cable de la linea eléctrica que se aloja en un dispositivo pasatapa de los empleados para efectuar la conexión de la linea eléctrica a máquinas eléctricas.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA. DE REALIZACIÓN PREFERIDA

A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.

Es conocido que las lineas eléctricas soterradas comprendan unas celdas de registro 1 en las que los cables 2 que constituyen cada una de las fases de la linea eléctrica, se conectan a un seccionador (no representado) a través de una terminación acodada 3.

Para realizar la medida de las descargas eléctricas que se pueden producir en los cables 2, la invención prevé la incorporación de un sensor inductivo 4 y un sensor capacitivo 5. El sensor inductivo está acoplado al cable 2 mediante campo magnético, en tanto que el sensor capacitivo 5 está acoplado al cable 2 mediante campo eléctrico. Estos acoplamientos no se describen en mayor detalle por ser conocidos en el estado de la técnica.

El sensor inductivo 4 está construido mediante un núcleo toroidal de alta frecuencia que se instala en la trenza de tierra 6 de las terminaciones de celda 1 u otro punto apropiado.

En el caso que la linea eléctrica sea apantallada, como es el caso de los cables coaxiales, el sensor inductivo 4 se instala abrazando la pantalla del cable, lo cual se ha representado en la figura 5 mediante linea de trazos. La figura 5 será explicada con posterioridad.

El sensor capacitivo 5 se instala en el tapón trasero 7, y consta de una pantalla metálica 8 conectada a tierra, en la que se encuentra dispuesto un conector 9 no aislado de dicha pantalla metálica 8, de forma que dicho conector 9 se acopla a la tuerca 10, que está convencionalmente en el tapón trasero 7. Este acoplamiento se efectúa mediante una rosca 11 que está unida directamente al conector 9 y mediante una resistencia 12 conectada en paralelo.

Tanto el conector 9 del sensor capacitivo 5 como el núcleo toroidal del sensor inductivo 4 se encuentran conectados a sendos pasamuros 13 dispuestos en la puerta 14 de la celda 1 mediante cables coaxiales de alta frecuencia 15, 16. Por consiguiente los pasamuros 13 son de tipo coaxial .

En el cable coaxial 15 se intercala un explosor 17 de protección de sobretensiones para proteger al equipo de medida 18 que se utiliza para realizar la medida proporcionada por los diferentes sensores 4 y 5.

El equipo de medida 18 se conecta a cada uno de los sensores 4 y 5 de cada uno de los cables 2 que constituyen las fases de la linea eléctrica, a través de los pasamuros 13, al objeto de poder realizar las medidas. Esta facilidad de conexión permite realizar una medida on-line de descarga parciales de un tramo de cables sin necesidad de desenergizar los cables para conectar los sensores 4 y 5.

El equipo de medida 18 está dotado de medios de detección de la polaridad del pulso captado por el sensor inductivo 4 y por el sensor capacitivo 5. Además el equipo de medida 18 comprende medios de determinación de la dirección de desplazamiento de los pulsos de descarga a partir de la polaridad del pulso detectado a partir del sensor inductivo 4 y del sensor capacitivo 5, estableciendo si el pulso viene por la izquierda o por la derecha del punto de medida. Para ello el equipo de medida además está dotado de medios de almacenamiento de una tabla obtenida experimentalmente, que indica la dirección de la que proviene la descarga parcial en función de las polaridades detectadas en el sensor inductivo y capacitivo, de manera que tras la detección de la polaridad de la descarga parcial en los sensores inductivo y capacitivo, se accede a la tabla y se detecta la dirección en que se ha producido la descarga parcial, es decir si la descarga parcial proviene de la derecha o de la izquierda del punto de medida. Esta tabla se muestra en la figura 7 en la que también figura la polaridad del pulso de la descarga parcial, previamente obtenido de forma experimental, a partir de la polaridad de la descarga parcial en el sensor inductivo y de la polaridad de la descarga parcial en el sensor capacitivo.

En la figura 5 se muestra la representación del circuito equivalente al presentado en la figura 1, para el caso en el que el pulso de descarga parcial 20 se ha producido a la derecha del punto de medida, de forma que en este caso dicho pulso es positivo, lo que determina que la polaridad del pulso detectado en el sensor inductivo 4 sea positiva y la polaridad detectada en el sensor capacitivo también es positiva, tal y como se muestra en la tabla de la figura 7, de manera que en este caso el equipo de medida detecta que el pulso de descarga parcial 20 procede de la derecha .

En la figura 6 se muestra el caso en el que el pulso de descarga parcial 20 es de polaridad negativa, en cuyo caso la polaridad detectada por el sensor capacitivo es negativa y la polaridad detectada por el sensor inductivo es positiva, lo que indica que el pulso parcial de descarga 20 se ha producido a la izquierda del punto de medida. El resto de casos posibles de pulsos de descarga parcial que se pueden producir no se describe por ser obvio para el experto medio en la materia a partir de la tabla representada en la figura 7.

Cabe señalar que en los cables 2 de las lineas eléctricas también se producen pulsos de ruido que generalmente se acoplan con la red de tierra y mallas de los cables 2, en cuyo caso se dará la circunstancia de que uno de los dos sensores capacitivo 5 e inductivo 4 no detectará el pulso de ruido, con lo que el equipo de medida 18 sabe que se ha producido una descarga eléctrica cuando en los dos sensores se detectan pulsos, con lo que discrimina los pulsos de ruido respecto de los generados por descargas parciales.

Además mediante la invención, y empleando dos equipos de medida 18 para realizar medidas en celdas contiguas 1 que capturen con precisión de nanosegundos el tiempo en que ha llegado cada pulso detectado a la celda 1, permite localizar el punto de origen de la descarga por comparación de los datos registrados en cada equipo de medida 18, para lo que éstos se conectan a medios de comparación de los datos registrados en cada equipo de medida 18. Un equipo de medida detectará que un pulso viene de la izquierda y el otro que viene de la derecha. Con la diferencia de tiempos de los registros, suponiendo una determinada velocidad de propagación que es conocida, y comprobando la dirección de los pulsos en ambos equipos de medida 18, se determina la posición del origen 19 o de la descarga parcial.

En las figuras 8 y 9 se muestra otro posible ejemplo de realización de la invención que se aplica en las máquinas eléctricas 21 que están conectadas a una linea eléctrica de forma que se pueda determina si al producirse una descarga parcial ésta procede de la máquina eléctrica o de la propia linea a la que se encuentra conectada. Las máquinas eléctricas 21 pueden ser motores, generadores o transformadores.

En este caso el principio de funcionamiento es exactamente el mismo al descrito para el ejemplo anterior, para lo que los sensores inductivos 4 se disponen alrededor del cable 2 y en cada una de las fases de la linea eléctrica y se conectan al equipo de medida 18.

Además el sensor capacitivo 5 está constituido por un condensador y una resistencia entre las cuales se realiza la toma para la conexión con el equipo de medida 18.

En este punto, cabe señalar que en el estado de la técnica es conocido el empleo de dispositivos pasatapa 22 mediante los cuales se efectúa la conexión de una máquina 21 a los cables 2 de una linea eléctrica, por lo que lo más deseable es montar el sensor inductivo 4 y capacitivo 5 en el interior de dicho dispositivo pasatapa 22, el cual está dotado de un chasis metálico 23 dotado de orificios a través de los cuales discurren los cables 2 de la linea eléctrica y que se alojan en el interior del pasatapa 22 mediante un elemento aislante 25 que mantiene el correcto aislamiento de los cables 2.

El sensor inductivo 4 se monta alrededor del cable 2 y se conecta a un conector coaxial 24 que se soporta en las paredes laterales del pasatapa 22, de forma que dicho conector coaxial 24 constituye el medio de conexión al equipo de medida 18, de forma que se pueda efectuar el sensado de los pulsos desde el exterior del dispositivo pasatapa 22. Además el cable 2 está conectado a un condensador que a través de una resistencia se conecta al chasis metálico 22, cuyo punto de unión del condensador y resistencia se conecta a un conector coaxial 24, igual al anterior, que también se encuentra soportado en las paredes laterales del dispositivo pasatapa 22, para permitir realizar el sensado por acoplamiento eléctrico mediante un equipo de medida 18 conectado al conector coaxial 24.