ES2288617T3 - Metodo y aparato para detectar desgaste en componentes de equipos electricos de alta tension. - Google Patents
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Abstract
Un método para detectar desgaste en un componente (202) de un dispositivo eléctrico, que comprende: hacer funcionar un componente (202) de un dispositivo eléctrico, erosionando (104) con ello el componente (202) y exponiendo un material trazador (204) incrustado a una profundidad predeterminada en el componente (202) a un arco eléctrico (206), ocasionando con ello que una radiación electromagnética sea emitida desde el material trazador (204), y detectar (106) la radiación electromagnética emitida por el material trazador (204).
Description
Método y aparato para detectar desgaste en
componentes de equipos eléctricos de alta tensión.
La invención concierne a equipos eléctricos de
alta tensión. Más específicamente, la invención está dirigida a
detectar desgaste en componentes de equipos eléctricos de alta
tensión que están expuestos regularmente a la acción de arcos
eléctricos.
Para interrumpir la corriente se usan
conmutadores en carga, reguladores de tensión, interruptores y
disyuntores de circuito. Las superficies de algunos de sus
componentes son erosionadas debido a estar regularmente expuestas a
la acción de arcos eléctricos y a fricción mecánica durante el curso
de su funcionamiento normal. Si se deja que estos componentes se
desgasten hasta el punto que su integridad eléctrica y mecánica se
ve comprometida, puede surgir un fallo en el equipo. Los
componentes más susceptibles a la erosión son los contactos
metálicos de generación de arco y las boquillas de TEFLON en
interruptores de circuito de gas hexafluoruro de azufre
(SF_{6}).
Es deseable saber cuando los componentes de un
equipo eléctrico se han desgastado peligrosamente sin poner el
equipo fuera de servicio para realizar una inspección interna. Para
conseguirlo se han usado varias aproximaciones. Una aproximación,
según da a conocer la patente
US-A-4532499, es instalar hilos de
fibra óptica al interior de los contactos eléctricos del equipo
eléctrico. A medida que el contacto se desgasta, los hilos de fibra
óptica son expuestos a la luz emitida desde los arcos eléctricos, la
cual puede ser detectada por un fotodiodo u otro sensor colocado en
los extremos opuestos de los hilos de fibra óptica. Sin embargo,
instalar hilos de fibra óptica en contactos eléctricos es caro y
los hilos de fibra óptica están sometidos a roturas como resultado
de la tensión mecánica. Otra aproximación incrusta materiales
trazadores a profundidades predeterminadas en los contactos
eléctricos o por debajo de una boquilla de TEFLON de un interruptor
de circuito de SF_{6}. Cuando los contactos eléctricos se
desgastan hasta el punto que los materiales trazadores son
expuestos, los materiales trazadores son liberados al interior del
medio aislante, o si no son descompuestos por el arco eléctrico.
Con el fin de determinar si el desgaste ha proseguido más allá de un
nivel seguro, el medio aislante debe ser retirado y analizado
periódicamente para establecer la presencia de los elementos
trazadores o los productos procedentes de su descomposición. Esta
aproximación no es adecuada para una monitorización continuada del
equipo eléctrico.
La patente
US-A-5453591 describe el uso de un
material vaporizable, por ejemplo, una silicona, que está enterrado
detrás de la superficie de una boquilla de TEFLON de un interruptor
de hexafluoruro de azufre de un circuito de potencia en un área de
la boquilla que está expuesta a abrasión y desgaste debido a
productos de arco. Aluminio o titanio, o algún otro material
vaporizable, está enterrado detrás de la superficie del contacto
del interruptor de circuito que está expuesto a abrasión o desgaste.
Cuando las capas enterradas son expuestas debido a la abrasión de
sus superficies cubrientes, estos materiales se vaporizan y su
presencia es detectada por unos sensores dentro del interruptor de
circuito. Esto permite algún grado predeterminado de desgaste de
las superficies de la boquilla y el contacto, y otras superficies
dentro del interruptor de circuito.
De acuerdo con ello, un objeto de la presente
invención es detectar un desgaste excesivo en componentes de
equipos eléctricos por medio de monitorizarlos continuamente.
En las reivindicaciones independientes están
definidos varios aspectos de la presente invención. En las
reivindicaciones dependientes están definidas algunas
características preferidas.
Estos y otros objetos y características de la
presente invención aparecerán a partir de la siguiente descripción
en la cual los ejemplos de realización preferidos están
especificados en detalle en conjunción con los dibujos que la
acompañan.
La Fig. 1 es un diagrama de flujo de un método
para detectar desgaste en un componente de un dispositivo eléctrico
de acuerdo con un ejemplo de realización de la invención;
la Fig. 2 es un esquema de un aparato para
detectar desgaste en un componente de un dispositivo eléctrico de
acuerdo con un ejemplo de realización de la invención;
la Fig. 3 es un esquema del aparato de la Fig. 2
en un momento posterior, después de que el componente se haya
desgastado hasta exponer un material trazador;
la Fig. 4 es un esquema de un aparato para
detectar dos cantidades de desgaste en un componente de un
dispositivo eléctrico de acuerdo con un ejemplo de realización
alternativo de la invención;
la Fig. 5 es un esquema de un aparato para
detectar desgaste en un componente de un dispositivo eléctrico de
acuerdo con un ejemplo de realización alternativo de la
invención;
la Fig. 6 es un diagrama que muestra una vista
en sección transversal de un componente de un conmutador en carga
de acuerdo con un ejemplo de realización de la invención;
la Fig. 7 es un diagrama que muestra una vista
con partes parcialmente cortadas y eliminadas de unos componentes
de un interruptor de circuito de acuerdo con un ejemplo de
realización de la invención;
la Fig. 8 es un diagrama que muestra una vista
con partes parcialmente cortadas y eliminadas de un conjunto de
contacto fijo de un interruptor de circuito de acuerdo con un
ejemplo de realización de la invención; y
la Fig. 9 es un diagrama que muestra una vista
con partes parcialmente cortadas y eliminadas del conjunto de
contacto móvil de un interruptor de circuito de acuerdo con un
ejemplo de realización de la invención
La estructura y la función de los ejemplos de
realización preferidos se puede comprender mejor con referencia a
los dibujos adjuntos. El lector notará que las mismas designaciones
de referencia aparecen en múltiples lugares. Cuando este es el
caso, los números hacen referencia a la misma estructura o a una
correspondiente en estos lugares. La Fig. 1 muestra un diagrama de
flujo 100 para detectar desgaste en un componente de un dispositivo
eléctrico de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente
invención. En el paso 102, el componente, el cual contiene un
material trazador incrustado en el mismo a una profundidad
predeterminada, está expuesto a un arco eléctrico. En el paso 104,
el componente se desgasta como resultado de su exposición al arco
eléctrico o por otras causas, tales como una fricción mecánica. Por
último, el componente es monitorizado continuamente en busca de
radiación electromagnética procedente del material trazador en el
paso 106; el material trazador emite radiación electromagnética
cuando el componente está suficientemente desgastado como para que
el propio material trazador incrustado sea expuesto al arco
eléctrico. El material trazador es incrustado en el componente
preferiblemente durante la fabricación del componente, aunque el
material trazador también puede ser incrustado en componentes
existentes después de que hayan sido fabricados.
Las Figs. 2 y 3 son esquemas de un aparato 200
para detectar desgaste en un componente 202 de un dispositivo
eléctrico de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente
invención. La Fig. 2 ilustra el aparato 200 en un momento inicial,
y la Fig. 3 ilustra el aparato en un momento posterior. Tal como se
muestra en la Fig. 2, un componente 202 de un dispositivo eléctrico
(no mostrado) tiene un material trazador 204 incrustado en el mismo
a una profundidad predeterminada. El componente 202 es expuesto a un
arco eléctrico 206 que está generado por un elemento de generación
de arco eléctrico 208. La alta temperatura del arco eléctrico 206
ocasiona que la porción del componente 202 que está expuesta al
arco eléctrico 206 emita una radiación electromagnética 207 que es
monitorizada continuamente por un detector electromagnético, el cual
puede ser un fotodiodo 210 o cualquier otro detector de radiación
electromagnética adecuado (tal como un espectrofotómetro). En el
ejemplo de realización mostrado en la Fig. 2, un filtro de banda
estrecha 121 está colocado entre el fotodiodo 210 y el componente
202 del dispositivo eléctrico, de manera que se permite que el
fotodiodo 210 detecte la radiación electromagnética con una
longitud de onda en la banda estrecha que puede pasar a través del
filtro de banda estrecha 212. Tal como se muestra en la Fig. 2, la
radiación electromagnética 207 no ha sido transmitida a través del
filtro de banda estrecha 212 porque la radiación electromagnética
207 no ha sido emitida por el material trazador 204. El detector
electromagnético es capaz de monitorizar continuamente el componente
202 del dispositivo eléctrico durante el funcionamiento del
dispositivo eléctrico.
La Fig. 3 es un esquema del aparato 200 de la
Fig. 2, pero en un momento posterior, después de que el componente
202 se haya desgastado. En contraste con la Fig. 2, la Fig. 3
muestra el material trazador 204 en la superficie del componente
202, en vez de incrustado en el componente a una profundidad
predeterminada. En el momento posterior ilustrado en la Fig. 3, la
superficie del componente 202 ha sido eliminada por desgaste como
resultado de su exposición al arco eléctrico 206 o a otras causas,
tales como una fricción mecánica, de manera que el material
trazador 204 está expuesto al arco eléctrico 206. La alta
temperatura del arco eléctrico 206 ocasiona que el material
trazador 204 emita radiación electromagnética 209. El material
trazador 204 está seleccionado de manera que cuando el mismo es
expuesto al arco eléctrico 206 emite una radiación electromagnética
209 que es distinta de la radiación electromagnética 207 (Fig. 2)
emitida por otra cualquiera de las partes del componente que están
expuestas al arco eléctrico. Por ejemplo, el litio, que emite una
luz roja correspondiente a una longitud de onda de aproximadamente
670,7 nm, puede ser un material trazador adecuado en algunas
aplicaciones. Es deseable que el material trazador 204 sea estable
químicamente y térmicamente bajo las condiciones de funcionamiento
del componente. También puede ser deseable que el material trazador
204 no afecte a las propiedades dieléctricas de cualquier medio
fluido existente en el dispositivo eléctrico en el cual va a ser
usado. Entre los materiales que pueden ser adecuados para ser
usados como material trazador de acuerdo con esta invención se
encuentran el litio, el cobalto, el niobio y metales de las tierras
raras tales como el itrio. Tal como se muestra en la Fig. 3, la
radiación electromagnética 209 ha sido transmitida a través del
filtro de banda estrecha 212 debido a que la radiación
electromagnética 209 ha sido emitida por el material trazador
204.
En el ejemplo de realización mostrado en las
Figs. 2 y 3, la radiación electromagnética emitida por el material
trazador 204 cuando es expuesto al arco eléctrico 206 es detectada
por un fotodiodo 210 después de que la radiación electromagnética
haya pasado a través del filtro de banda estrecha 212. El filtro de
banda estrecha elimina la radiación electromagnética con una
longitud de onda fuera de la banda estrecha que es transmitida por
el filtro de banda estrecha 212. El filtro de banda estrecha 212
está seleccionado de manera que el mismo transmite la radiación
electromagnética que es emitida por el material trazador cuando éste
es expuesto al arco eléctrico, pero no la radiación
electromagnética emitida por otras partes del componente 202.
La Fig. 4 es un esquema de un aparato 400 para
detectar un desgaste en un componente 202 de un dispositivo
eléctrico de acuerdo con un ejemplo de realización alternativo de la
presente invención. Tal como se muestra en la Fig. 4, un primer
material trazador 402 está incrustado a una profundidad dentro del
componente 202 y un segundo material trazador 404 está incrustado a
otra profundidad dentro del componente 202. El primer material
trazador 402 y el segundo material trazador 404 están seleccionados
de manera que cuando son expuestos al arco eléctrico 206 emiten
unas radiaciones electromagnéticas que son distintas la una de la
otra así como de la radiación emitida por otra cualquiera de las
partes del componente que están expuestas al arco eléctrico. Un
espectrofotómetro 406 analiza la radiación electromagnética
procedente del componente 202 para determinar si la superficie del
componente 202 se ha desgastado hasta exponer ya sea el primer
material trazador 402 o el segundo material trazador 404.
Alternativamente pueden usarse dos fotodiodos con diferentes filtros
de banda estrecha para monitorizar la radiación electromagnética
procedente del primer material trazador 402 y del segundo material
trazador 404. En el componente 202 pueden estar incrustados
materiales trazadores adicionales (no mostrados) a varias
profundidades y/o en diferentes lugares con el fin de estimar el
alcance y/o la localización del desgaste del componente 202 de
acuerdo con cual de los materiales trazadores es expuesto al arco
eléctrico 206.
La Fig. 5 es un esquema de un aparato 500 para
detectar desgaste en un componente 202 de un dispositivo eléctrico
de acuerdo con ejemplo de realización alternativo de la presente
invención. En el ejemplo de realización mostrado en la Fig. 5, un
elemento de generación de arco eléctrico 208 y un componente 202 que
tiene un material trazador 204 incrustado están situados en una
cámara de equipo 502 y se usa un cable de fibra óptica 504 para
transmitir la radiación electromagnética emitida por el componente
a un detector electromagnético (no mostrado) fuera de la cámara de
equipo 502.
Habiéndose descrito la invención, los siguientes
son unos ejemplos de uso de la presente invención y se presentan
para ilustrar, más que limitar, el alcance de la invención. Los
siguientes ejemplos ilustran un aparato para detectar desgaste en
un conmutador en carga y un interruptor de circuito de acuerdo con
la presente invención. Otros equipos en los que se podría usar esta
invención incluyen reguladores de tensión y interruptores de
circuito de gas SF_{6}.
La Fig. 6 es una vista en sección transversal de
un conjunto conmutador 600 de un conmutador en carga de acuerdo con
un ejemplo de realización de la invención. El conjunto conmutador
600 incluye un conjunto de punta de contacto de generación de arco
602 en un extremo del conjunto conmutador y un muelle de compresión
604 en un extremo opuesto. El conjunto de punta de contacto de
generación de arco 602 puede incluir un contacto de elkonite 606.
Tal como se muestra en la Fig. 6, el material trazador 608 está
incrustado dentro del contacto de elkonite 606. De acuerdo con la
presente invención, el material trazador 608 resultará expuesto a un
arco eléctrico (no mostrado) después de que la superficie del
contacto de elkonite 606 haya sido eliminada por desgaste, y un
detector electromagnético (no mostrado) detectará la radiación
electromagnética distintiva emitida por el material trazador
608.
Las Figs. 7, 8 y 9 son, respectivamente, vistas
vista con partes parcialmente cortadas y eliminadas de un
interruptor de circuito 700, el conjunto de contacto fijo 702 del
interruptor de circuito 700, y el conjunto de contacto móvil 708
del interruptor de circuito 700 de acuerdo con un ejemplo de
realización de la invención. La Fig. 7 muestra un interruptor de
circuito 700 compuesto de un conjunto de contacto fijo 702 con una
clavija de contacto 706, un tanque 704, y un conjunto de contacto
móvil 708.
La Fig. 8 muestra un conjunto de contacto fijo
702 de un interruptor de circuito 700 compuesto de una pantalla
protectora 710, un forro multicontacto y un anillo abrazadera 712, y
un sustentáculo de clavija de contacto 714, un soporte aislante
716, una corona de contacto 718, y una clavija de contacto fija 706.
Tal como se muestra en la Fig. 8, un material trazador 720 está
incrustado dentro de la clavija de contacto fija 706. De acuerdo
con la presente invención, el material trazador 720 quedará expuesto
a un arco eléctrico (no mostrado) después de que la superficie de
la clavija de contacto fija 706 se haya eliminado por desgaste, y un
detector electromagnético (no mostrado) detectará la radiación
electromagnética distintiva emitida por el material trazador
720.
La Fig. 9 muestra un conjunto de contacto móvil
708 de un interruptor de circuito 700 compuesto de un contacto
principal 722. Tal como se muestra en la Fig. 9, unos materiales
trazadores 724 y 726 están incrustados dentro del contacto
principal 722. De acuerdo con la presente invención, los materiales
trazadores 724 y 726 quedarán expuestos a un arco eléctrico (no
mostrado) después de que la superficie del contacto principal 722 se
haya eliminado por desgaste, y un detector electromagnético (no
mostrado) detectará la radiación electromagnética distintiva
emitida por los materiales trazadores 724 y 726.
Se han descrito varios ejemplos de realización
de la invención. Las descripciones tienen la intención de ser
ilustrativas de la presente invención. Para un experto en la técnica
será evidente que se pueden introducir modificaciones en la
invención según se ha descrito sin salirse del alcance de las
reivindicaciones expuestas más abajo. Por ejemplo, hay que
comprender que aunque la invención se ha descrito usando un
fotodiodo con un filtro de banda estrecha como un ejemplo de un
detector de radiación electromagnética, cualquier detector de
radiación electromagnética puede ser usado por la presente
invención. Además, hay que comprender que aunque la invención se
haya ilustrado con los ejemplos particulares de un conmutador de
carga y un interruptor de circuito, se contempla que cualquier
componente de equipo eléctrico que esté expuesto a un arco eléctrico
cae dentro del alcance de la invención.
Aunque la anterior descripción y dibujos
representan los ejemplos de realización preferidos de la presente
invención, se comprenderá que en la misma se pueden hacer varias
adiciones, modificaciones y sustituciones sin salirse de la
presente invención según está definida en las reivindicaciones
adjuntas. En particular, quedará claro para aquellos expertos en la
materia que la presente invención puede realizarse en otras formas,
estructuras, disposiciones, proporciones específicas, y con otros
elementos, materiales y componentes. Los ejemplos de realización
aquí expuestos deben ser considerados, por consiguiente, en todos
los aspectos como ilustrativos y no restrictivos, estando el
alcance de la invención indicado por las reivindicaciones adjuntas,
y no limitado por la anterior descripción.
Claims (17)
1. Un método para detectar desgaste en un
componente (202) de un dispositivo eléctrico, que comprende: hacer
funcionar un componente (202) de un dispositivo eléctrico,
erosionando (104) con ello el componente (202) y exponiendo un
material trazador (204) incrustado a una profundidad predeterminada
en el componente (202) a un arco eléctrico (206), ocasionando con
ello que una radiación electromagnética sea emitida desde el
material trazador (204), y detectar (106) la radiación
electromagnética emitida por el material trazador (204).
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la radiación electromagnética es distinta de una radiación
electromagnética emitida por otra cualquiera de las partes del
componente (202) cuando el componente (202) es expuesto al arco
eléctrico (206).
3. El método de la reivindicación 1 ó 2,
comprendiendo monitorizar el componente (202) continuamente para
detectar la radiación electromagnética emitida por el material
trazador (204).
4. El método de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, comprendiendo incrustar el material
trazador (204) en el componente (202) a una profundidad
predeterminada.
5. El método de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la detección de la radiación
electromagnética emitida por el material trazador (204) implica
usar un fotodiodo (210) que tenga un filtro de radiación
electromagnética de banda estrecha.
6. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la detección de la radiación
electromagnética emitida por el material trazador (204) implica
usar un espectrofotómetro (406).
7. El método de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material trazador (204)
está seleccionado del grupo compuesto de litio, cobalto, niobio y
metales de las tierras raras.
8. El método de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material trazador (204)
comprende un primer material trazador (402) que es capaz de emitir
una primera radiación electromagnética y un segundo material
trazador (404) que es capaz de emitir una segunda radiación
electromagnética que es distinta de la primera radiación
electromagnética, donde el primer material trazador (402) está
provisto a una primera profundidad predeterminada en el componente
(202) y el segundo material trazador (404) está provisto a una
segunda profundidad predeterminada en el componente (202), el método
comprendiendo: hacer funcionar y con ello erosionar el componente
(202) y exponer el primer material trazador (402) a un arco
eléctrico (206), ocasionando con ello que la primera radiación
electromagnética sea emitida desde el primer material trazador
(402); continuar haciendo funcionar y con ello erosionar el
componente (202) y exponer el segundo material trazador (404) a un
arco eléctrico (206), ocasionando con ello que la segunda radiación
electromagnética sea emitida; y detectar las primera y segunda
radiaciones electromagnéticas emitidas.
9. El método de la reivindicación 8, en el que
la detección de la primera radiación electromagnética y la
detección de la segunda radiación electromagnética comprende
monitorizar el componente (202) continuamente para detectar la
primera radiación electromagnética emitida por el primer material
trazador (402) y la segunda radiación electromagnética emitida por
el segundo material trazador (404).
10. Un sistema para detectar desgaste en un
dispositivo eléctrico, comprendiendo el aparato: un componente
(202) de un dispositivo que está expuesto a un arco eléctrico (206);
un material trazador (204) incrustado a una profundidad
predeterminada en el componente (202), donde el material trazador
(204) es capaz de emitir radiación electromagnética cuando es
expuesto al arco eléctrico (206) y la radiación electromagnética
emitida por el material trazador (204) es distinta de una radiación
electromagnética emitida por otra cualquiera de las partes del
componente (202) que esté expuesta al arco eléctrico (206) y un
detector electromagnético configurado para monitorizar el
componente (202) en busca de la radiación electromagnética emitida
por el material trazador (204).
11. El sistema de la reivindicación 10, en el
que el material trazador (204) incluye un primer material trazador
(402) incrustado a una primera profundidad predeterminada dentro del
componente (202), donde el primer material trazador (402) emite una
primera radiación electromagnética cuando es expuesto al arco
eléctrico (206), y un segundo material trazador (404) incrustado a
una segunda profundidad predeterminada dentro del componente (202),
donde el segundo material trazador (404) emite una segunda radiación
electromagnética cuando es expuesto al arco eléctrico (206), y el
detector electromagnético está configurado para monitorizar el
componente (202) en busca de las primera y segunda radiaciones
electromagnéticas.
12. El sistema de la reivindicación 11, en el
que el detector electromagnético incluye un primer detector
electromagnético configurado para monitorizar el componente (202) en
busca de la primera radiación electromagnética emitida por el
primer material trazador (402); y un segundo detector
electromagnético configurado para monitorizar el componente (202)
en busca de la segunda radiación electromagnética emitida por el
segundo material trazador (404).
\newpage
13. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que el detector electromagnético
está configurado para monitorizar el componente (202)
continuamente.
14. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 13, en el que el detector electromagnético es
un fotodiodo (210) que tiene un filtro de radiación
electromagnética de banda estrecha.
15. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 14, en el que el detector electromagnético es
un espectrofotómetro (406).
16. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 15, comprendiendo además un cable de fibra
óptica (504) configurado para transmitir la radiación
electromagnética al detector electromagnético.
17. El sistema de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 16, en el que el material trazador (204) está
seleccionado del grupo compuesto de litio, cobalto, niobio y
metales de las tierras raras.
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