Los sensores en sistemas de diagnóstico de equipos eléctricos y su papel en las Redes Inteligentes

Instituto de Investigaciones Eléctricas AIUME

Los sensores en sistemas de diagnóstico de

AIUME

Los sensores en sistemas de diagnóstico de equipos eléctricos y su papel en las Redes 

InteligentesInteligentes

Dr. José Tomás Ramírez NiñoInstituto de Investigaciones Eléctricas

Gerencia de Equipos EléctricosGerencia de Equipos EléctricosAv. Reforma 113, Cuernavaca, Morelos México

Teléfono (777) 362-38-11e-mail: jtrn@iie.org.mx

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13/Junio/2011

ContenidoContenidoContenidoContenido SensoresSensores

Sensores en el contexto de las Redes InteligentesSensores en el contexto de las Redes Inteligentes Sensores en el contexto de las Redes InteligentesSensores en el contexto de las Redes Inteligentes Características técnicaCaracterísticas técnica Tipos de sensoresTipos de sensores

MonitoreoMonitoreo Sensores, medición y monitoreoSensores, medición y monitoreo Beneficios del monitoreoBeneficios del monitoreo Beneficios del monitoreoBeneficios del monitoreo Sistema eléctrico y el monitoreo de equipoSistema eléctrico y el monitoreo de equipo

Sistemas de monitoreo y disgnóstico del IIESistemas de monitoreo y disgnóstico del IIE Sistema de monitoreo de generadoresSistema de monitoreo de generadores Esfuerzo actual en Investigación y DesarrolloEsfuerzo actual en Investigación y Desarrollo

R d I t li tR d I t li tRedes InteligentesRedes InteligentesUna Red Eléctrica Inteligente (REI) o SmartUna Red Eléctrica Inteligente (REI) o SmartUna Red Eléctrica Inteligente (REI) o Smart Una Red Eléctrica Inteligente (REI) o Smart

Grid, como se conoce en el ámbito internacional, Grid, como se conoce en el ámbito internacional, se refiere a una visión estratégica tecnológica se refiere a una visión estratégica tecnológica para la modernización de los sistemas de para la modernización de los sistemas de

i i t d í lé t i i l d li i t d í lé t i i l d lsuministro de energía eléctrica, incluyendo el suministro de energía eléctrica, incluyendo el monitoreomonitoreo, protección y optimización automática , protección y optimización automática de la operación de los elementos de la operación de los elementos interconectados Desde los centros deinterconectados Desde los centros deinterconectados. Desde los centros de interconectados. Desde los centros de generación, generación distribuida, líneas de generación, generación distribuida, líneas de transmisión y sistemas de distribución, a los transmisión y sistemas de distribución, a los usuarios industriales, sistemas deusuarios industriales, sistemas deusuarios industriales, sistemas de usuarios industriales, sistemas de almacenamiento de energía y consumidores almacenamiento de energía y consumidores finales y sus sistemas de calefacción, vehículos finales y sus sistemas de calefacción, vehículos eléctricos, electrodomésticos y otros dispositivos eléctricos, electrodomésticos y otros dispositivos d l hd l hdel hogar.del hogar.

SensoresSensores Un sensor es un dispositivo capaz deUn sensor es un dispositivo capaz de Un sensor es un dispositivo capaz de Un sensor es un dispositivo capaz de

detectar magnitudes físicas, llamadas detectar magnitudes físicas, llamadas variables de instrumentación yvariables de instrumentación yvariables de instrumentación, y variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden servariables de instrumentación pueden servariables de instrumentación pueden ser variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica distancia aceleraciónlumínica distancia aceleraciónlumínica, distancia, aceleración, lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza torsión humedad pH etcfuerza torsión humedad pH etcfuerza, torsión, humedad, pH, etc.fuerza, torsión, humedad, pH, etc.

í é dí é dCaracterísticas técnicas de un sensorCaracterísticas técnicas de un sensor Rango de medidaRango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede : dominio en la magnitud medida en el que puede

aplicarse el sensor.aplicarse el sensor. Precisión:Precisión: es el error de medida máximo esperado.es el error de medida máximo esperado. OffsetOffset o desviación de cero: o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la valor de la variable de salida cuando la

variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de

f i d fi i lf i d fi i l ff tff treferencia para definir el referencia para definir el offsetoffset.. LinealidadLinealidad.. Sensibilidad de un sensor:Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de relación entre la variación de la magnitud de

salida y la variación de la magnitud de entrada.salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución:Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede mínima variación de la magnitud de entrada que puede

apreciarse a la salida.apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto

varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir l d l d d dl d l d d dlas variaciones de la magnitud de entrada.las variaciones de la magnitud de entrada.

Derivas:Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación desgaste etc ) del sensorenvejecimiento (oxidación desgaste etc ) del sensorenvejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Diversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensores

AcelerómetroCCD

Sensores ópticos

Diversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensores

Sensores de corriente

GPS

Sensores ultrasónicos Sensores de presión

Diversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensoresDiversidad de sensores

Sensores de presión

Sensores de temperaturaSensores de temperatura

Sensores de acusticosSensores de acusticos Sensores mecánicos

Tipo de sensores:• Activos o Pasivos• Analógicos o Digitales• Inteligente o No inteligente

Tipo de alimentación deseable:Tipo de alimentación deseable: SolarSolar VibraciónVibración Campos magnéticos y eléctricosCampos magnéticos y eléctricos TérmicosTérmicos Radio frecuenciaRadio frecuencia

Equipo primario de subestacionesEquipo primario de subestacionesq p pq p p

Sensado medición y monitoreoSensado medición y monitoreoSensado, medición y monitoreoSensado, medición y monitoreo Los datos proporcionados por los sensores hay que Los datos proporcionados por los sensores hay que

t ansfo ma los ent ansfo ma los en info mación útilinfo mación útil q e pe mitaq e pe mitatransformarlos en transformarlos en información útilinformación útil que permita que permita establecer el estado operativo de los equipos y sistemas establecer el estado operativo de los equipos y sistemas eléctricos.eléctricos.

A diferencia de las señales empleadas para protecciones, A diferencia de las señales empleadas para protecciones, con las cuales hay que tomar acciones inmediatas para con las cuales hay que tomar acciones inmediatas para evitar daños en el equipo, la información en los sistemas evitar daños en el equipo, la información en los sistemas de monitoreo tiene como función principal el de monitoreo tiene como función principal el diagnosticardiagnosticar fallas en evolución.fallas en evolución.

Permite programar su mantenimiento (MantenimientoPermite programar su mantenimiento (MantenimientoPermite programar su mantenimiento (Mantenimiento Permite programar su mantenimiento (Mantenimiento Predictivo) en función de los resultados del análisis de Predictivo) en función de los resultados del análisis de las variables monitoreadas.las variables monitoreadas.

En general el monitoreo permite la administración deEn general el monitoreo permite la administración de En general el monitoreo permite la administración de En general el monitoreo permite la administración de activos activos

Beneficios de los Sistemas de MonitoreoBeneficios de los Sistemas de Monitoreo

Continuidad en el servicioContinuidad en el servicio Detección de anormalidadesDetección de anormalidades Permite tomar acciones de mantenimiento Permite tomar acciones de mantenimiento

preventivopreventivo Administración de activosAdministración de activos Incrementa la utilización de la infraestructuraIncrementa la utilización de la infraestructura Diagnóstico forense de fallasDiagnóstico forense de fallas Análisis probabilístico de riesgo de contingenciasAnálisis probabilístico de riesgo de contingenciasAnálisis probabilístico de riesgo de contingenciasAnálisis probabilístico de riesgo de contingencias

Sistema eléctrico y el monitoreo de equipoSistema eléctrico y el monitoreo de equipo

GeneraciónGeneración Equipo de subestaciones de transmisiónEquipo de subestaciones de transmisión Red de Líneas de transmisiónRed de Líneas de transmisión Red de Líneas de transmisiónRed de Líneas de transmisión Equipo de subestaciones de distribuciónEquipo de subestaciones de distribución

R d d Di t ib ióR d d Di t ib ió Red de DistribuciónRed de Distribución

Alimentación industrial y domesticaAlimentación industrial y domestica

Sistemas de monitoreo y disgnóstico del IIESistemas de monitoreo y disgnóstico del IIEy gy g Sistema de Monitoreo de Generadores en Línea “AnGeL”. Sistema de Monitoreo de Generadores en Línea “AnGeL”.

Monitoreo de Turbogeneradores y generadores Hidroeléctricos. Monitoreo de Turbogeneradores y generadores Hidroeléctricos. Sensores eléctricos y magnéticos. Gerencia de Equipos Eléctricos. Sensores eléctricos y magnéticos. Gerencia de Equipos Eléctricos.

á áá á Sistema Computarizado para el Análisis Dinámico” SICAD, Sistema Computarizado para el Análisis Dinámico” SICAD, supervisa el comportamiento mecánico de turbinas y generadores supervisa el comportamiento mecánico de turbinas y generadores eléctricos, sensores de aceleración y velocidad. La Gerencia de eléctricos, sensores de aceleración y velocidad. La Gerencia de Turbo Maquinaria. Turbo Maquinaria. qq

Sistema de Monitoreo de Contaminación en Líneas de Transmisión Sistema de Monitoreo de Contaminación en Líneas de Transmisión y Subestaciones, sensores eléctricos. Gerencia de Transmisión y y Subestaciones, sensores eléctricos. Gerencia de Transmisión y Distribución. Distribución.

Sistema de Adquisición y Monitoreo SAM monitoreo de losSistema de Adquisición y Monitoreo SAM monitoreo de los Sistema de Adquisición y Monitoreo SAM, monitoreo de los Sistema de Adquisición y Monitoreo SAM, monitoreo de los sistemas de control en máquinas eléctricas rotatorias, sensores sistemas de control en máquinas eléctricas rotatorias, sensores eléctricos. Gerencia de Control en Instrumentación.eléctricos. Gerencia de Control en Instrumentación.

Sistema de supervisión del sistema de enfriamiento en centrales Sistema de supervisión del sistema de enfriamiento en centrales de generación SISDTEde generación SISDTE SE sensores de temperatura flujoSE sensores de temperatura flujode generación SISDTEde generación SISDTE--SE, sensores de temperatura, flujo, SE, sensores de temperatura, flujo, potencia, humedad, presión de vacío. Gerencia de Procesos potencia, humedad, presión de vacío. Gerencia de Procesos Térmicos .Térmicos .

Sistema de monitoreo remoto de protecciones de generadores y Sistema de monitoreo remoto de protecciones de generadores y lí d i ió l lé i b i dlí d i ió l lé i b i dlíneas de transmisión en centrales eléctricas y subestaciones de líneas de transmisión en centrales eléctricas y subestaciones de transmisión. Gerencia de Supervisión de Procesos. transmisión. Gerencia de Supervisión de Procesos.

Líneas de transmisiónLíneas de transmisiónLíneas de transmisiónLíneas de transmisión

Red de Comunicacion EtrernetRed de Comunicacion Etrernet

WAN

Web Server LAN

G1 G2 G3 G4

Descargas Parciales y Corriente de NeutroDescargas Parciales y Corriente de Neutro

Stator

ФA

PD (A) sensor

Grounding transformer

Cb

Ca Stator

windings

ФB

Neuter grounding

PD (B) sensor

Cc

ФC

eu e g ou d gsensor

PD (C) sensor

Corriente de NeutroCorriente de Neutro

Descargas parcialesDescargas parcialesDescargas parcialesDescargas parciales

Co ientes de FlechaCo ientes de FlechaCorrientes de FlechaCorrientes de Flecha Shaft

Generator Turbine

Grounding brush

BearingsBearingsCurrent sensor

Bobina exploradoraBobina exploradoraBobina exploradoraBobina exploradora

D d d l t Ej d t

Bobina exploradora

Devanado del rotor

A1a A1b

Eje en cuadratura

Polo A

Polo B

B1b B1aEje directo

Bobina e plo ado aBobina e plo ado aBobina exploradoraBobina exploradora

Voltage inducedby one winding

Pole A Pole B

One turn

Bobina e plo ado aBobina e plo ado aBobina exploradoraBobina exploradora

El análisis de simetría permite localizar corto circuitos en El análisis de simetría permite localizar corto circuitos en rotores en turbogeneradores rotores en turbogeneradores S3S2S1

(A2) (A1) (A2) (A1) (A1)(A2)

(B2) (B1)(B1) (B2) (B1)(B2)

(a) (b) (c)

(B2) (B1)(B1) (B2) (B1)(B2)

d d l d dd d l d dExcentricidad y ovalidad en Excentricidad y ovalidad en HidrogeneradoresHidrogeneradores

Programas de adquisición y análisisProgramas de adquisición y análisisg q yg q y

Análisis de TendenciasAnálisis de TendenciasAnálisis de TendenciasAnálisis de Tendencias

Esfuerzo actual en Investgación yEsfuerzo actual en Investgación yEsfuerzo actual en Investgación y Esfuerzo actual en Investgación y DesarrolloDesarrollo

Desarrollo de nuevos sensoresDesarrollo de nuevos sensores Aplicación de SensoresAplicación de Sensores

M j t b fi iM j t b fi i Mejorar su costo beneficioMejorar su costo beneficio Mejorar la confiabilidadMejorar la confiabilidad Comunicaciones y recolección de datosComunicaciones y recolección de datos Comunicaciones y recolección de datosComunicaciones y recolección de datos Alimentación de sensores (Power Harvesting) Alimentación de sensores (Power Harvesting) Algoritmos de tección de fallas y visualización de Algoritmos de tección de fallas y visualización de g yg y

informacióninformación Estándares y normas orientadas a la interEstándares y normas orientadas a la inter--

operatividadoperatividadoperatividadoperatividad

Muchas GraciasMuchas Gracias