Descargas Parciales Oficial

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión

ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN ................................................................. ........................................................................................................................ ....................................................... 3 1.1.- CONCEPTO GENERAL DE DESCARGAS PARCIALES PA RCIALES ............................................................ 4 1.2. CLASES DE DESCARGAS PARCIALES P ARCIALES ......................................................................... .................................................................................... ........... 6 1.2.1.-DESCARGAS PARCIALES CORONA. .............................................................................. 6 1.2.2.-DESCARGAS PARCIALES SUPERFICIAL. ........................................................................ ........................................................................ 7 1.2.3.-DESCARGAS PARCIALES PAR CIALES INTERNA. .............................................................................. 8 1.3.- ANÁLISIS DE LA FORMA DE ONDA DE LAS DESCARGAS PARCIALES PARA EVALUACIÓN DE LA DEGRADACIÓN ............................................................................... ................................................................................................................ ................................. 9 1.3.1. DESCARGAS ASOCIADAS A CONDICIONES DE SOBRE TENSIÓN. ............................... 10 1.3.2. DESCARGAS PARCIALES ASOCIADAS A LA DEGRADACIÓN. ....................................... 11 1.4. NOCIVIDAD DE LAS DESCARGAS PARCIALES PA RCIALES .................................................................... .................................................................... 12 1.5. AUTO EXTINCIÓN DE UNA DESCARGA PARCIAL ............................................................... 13 1.6. PERTURBACIÓN ELÉCTRICA PRODUCIDA POR LAS LA S DESCARGAS PARCIALES .................... 13 1.7. OTROS EFECTOS ............................................................................................................... ............................................................................................................... 13 2. MÉTODOS DE DETECCIÓN ............................................................ ....................................................................................................... ........................................... 14 2.1. MÉTODOS ELÉCTRICOS.......................................................... ..................................................................................................... ........................................... 14 2.2. MÉTODOS NO ELÉCTRICOS .............................................................................................. .............................................................................................. 14 2.2.1. MÉTODO QUÍMICO. .................................................................................................. .................................................................................................. 15 2.2.2. MÉTODO ACÚSTICO. ................................................................................................. ................................................................................................. 15 2.2.3. MÉTODO ÓPTICO. ..................................................................................................... ..................................................................................................... 16 2.3. SELECCIÓN DEL MÉTODO DE MEDICIÓN.................................................................... .......................................................................... ...... 16 2.3.1 JUSTIFICACIÓN DEL MÉTODO................................................................. ..................................................................................... .................... 16 2.3.2.- DIAGRAMA DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN AISLAMIENTO A ISLAMIENTO SIMPLE. ............... 17 3.-MEDIDA Y DETECCIÓN DE LA DESCARGA PARCIAL ................................................................. 18 4.- DESCARGAS PARCIALES EN MAQUINAS ELÉCTRICAS ............................................................. 20 4.1.-LA NECESIDAD REAL DE MEDIR DESCARGAS PARCIALES: PA RCIALES: ................................................ 21 4.2.-EL DIAGNOSTICO DE ESTADO: SUS ETAPAS ..................................................................... 21 4.2.1.-PRIMERA ETAPA: LA DETECCION .............................................................................. 22 4.2.2.-SEGUNDA ETAPA: LA INTERPRETACION........................................................... .................................................................... ......... 22 4.2.3.-TERCERA ETAPA: EL DIAGNOSTICO ........................................................................... ........................................................................... 22 4.2.4.-LA VISUALIZACION: ................................................................................................... ................................................................................................... 24

1

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión 4.3.-LAS CONCLUSIONES DE UN DIAGNOSTICO: ..................................................................... ..................................................................... 25 5.- APLICACIÓN PRÁCTICA ................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 28 6.-RESUMEN ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 29 7.-NORMAS INTERNACIONALES .................................................................................................. .................................................................................................. 29 8.- BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................. ........................................................................................................................ .......................................... 30

2

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión 4.3.-LAS CONCLUSIONES DE UN DIAGNOSTICO: ..................................................................... ..................................................................... 25 5.- APLICACIÓN PRÁCTICA ................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 28 6.-RESUMEN ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 29 7.-NORMAS INTERNACIONALES .................................................................................................. .................................................................................................. 29 8.- BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................. ........................................................................................................................ .......................................... 30

2


1.- INTRODUCCIÓN Las descargas parciales constituyen un fenómeno asociado a los aislamientos en general. Estas descargas aparecen en micro cavidades e impurezas en el aislamiento propiamente, causando gran deterioro en éste y reduciendo su vida útil del aislamiento. La experiencia en la operación de equipos eléctricos ha mostrado que las descargas parciales acortan el tiempo de vida de los sistemas de aislamiento y causan una serie de interferencias con las medidas, control y comunicaciones eléctricas. eléctricas. Por lo tanto las descargas parciales pueden llegar a ser la causa de serias pérdidas económicas al producir reparaciones y cambios prematuros en los equipos eléctricos, pérdidas de eficiencia y seguridad en la operación de los sistemas de comunicación y por último la interrupción del servicio de suministro de energía. Las pérdidas económicas de esta naturaleza pueden ser prevenidas mediante pruebas a los sistemas eléctricos y sus equipos en el momento apropiado, y así asegurarse que las descargas parciales no producirán efectos adversos al operar los equipos y sistemas, bajo las condiciones de servicio para las cuales fueron especificadas. El término descarga parcial (PD) hace referencia a una ruptura dieléctrica localizada en una pequeña región de un sistema sólido o líquido de aislamiento eléctrico sometido a condiciones de estrés de alta tensión que no puentea el espacio entre dos conductores. Una descarga de tipo PD puede dañar el material de aislamiento circundante por la erosión del aislamiento. Además, los gases corrosivos emitidos por una fuente de descargas de tipo PD pueden producir daños adicionales al aislamiento circundante y a las piezas metálicas, estableciendo zonas adicionales sujetas a descargas de tipo PD. A la larga, el medio aislante puede fallar produciendo llama, y esta, a su vez, daños en los aparatos eléctricos, interrupciones del suministro eléctrico, incendios y explosiones. La base teórica fue tomada de diferentes fuentes de investigación como lo son la norma internacional IEC 60270, en la cual se hace un estudio científico y técnico para analizar los tipos de medición y detección de descargas parciales, además de esta norma encontramos otras fuentes de investigación

3


1.1.- CONCEPTO GENERAL DE DESCARGAS PARCIALES Durante el proceso de fabricación de un aislante, puede producirse que queden pequeñas cantidades de gas o impurezas, aprisionadas en el interior del material, formando cavidades de formas y dimensiones muy diferentes. Por otra parte, al montar un aislante alrededor de piezas conductoras, equipos eléctricos, por descuido, imperfecciones, dificultades constructivas, pueden quedar cavidades entre el dieléctrico sólido y conductores o entre diferentes capas del aislamiento. También al usar aislantes plásticos los que se moldean directamente en equipos eléctricos, en el proceso de fraguado, pueden quedar burbujas gaseosas en su interior. El uso y esfuerzos del material aislante ya sea por factores externos de los conductores se ejercen fuerzas mecánicas o incluso bajo la acción de contracciones térmicas tales, que dan origen a cavidades de tamaño y formas diversas. Los fenómenos de origen eléctrico que se producen en estas cavidades (burbujas o espacios con gas) son fundamentalmente los mismos. Cuando el material aislante es sometido a una diferencia de potencial y debido a la presencia de un campo eléctrico el cual tiende a concentrarse en los espacios de aire o impurezas de los aislamientos, se produce la ionización del gas o el material presente en éstas, dando origen a una descarga eléctrica. La ionización es un proceso físico, el cual se inicia cuando un electrón libre o un ion negativo llega a un espacio lleno de algún material ionizable, por ejemplo gas donde exista un campo eléctrico. Si un electrón tiene la suficiente libertad para moverse en el gas, éste adquirirá una gran energía dinámica tal que en la colisión del electrón y una molécula neutra se liberará un electrón de ésta por el impacto. Así cada vez que esto suceda se liberará un nuevo electrón capaz de producir el mismo efecto, logrando de esta forma que el número de electrones libres aumente, produciendo así el efecto avalancha, tal como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Avalancha inicial para la formación de una descarga parcial.

4

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión Estos electrones, cargados negativamente, se moverán rápidamente en la dirección del electrodo cargado positivamente, el cual junto con el electrodo negativo producen el campo eléctrico en el gas ionizable. Las moléculas que pierdan un electrón permanecerán cargadas positivamente y se moverán más lentamente que los electrones, en la dirección opuesta, es decir, hacia el electrodo negativo. El movimiento de los iones está gobernado por la fuerza que ejerce el campo eléctrico entre las cargas libres y la masa de cada ion. La nube de iones positivos representa una carga de espacio la cual reduce la rigidez del campo eléctrico en la región donde los electrones son liberados por las colisiones, éste y otros efectos desaceleran el proceso de ionización. Cuando la intensidad del campo alcanza un valor menor al cual se inicio la ionización, no se generan más electrones por avalancha. La carga de espacio formada por iones positivos en la vecindad del electrodo negativo y la de los iones negativos y electrones, en la vecindad del electrodo positivo disminuye por la influencia de varios efectos. El material de los límites de la región donde la ionización ocurre, además de la distribución del campo eléctrico y la polaridad de los electrodos, influyen en la velocidad a la cual la carga se recombinada. A medida que la carga de espacio desaparece, la intensidad del campo eléctrico en la región en cuestión aumenta, cuando éste alcanza el valor al cual la ionización fue iniciada la primera vez o ligeramente mayor, la avalancha de electrones comienza y el proceso de ionización se vuelve a repetir. Las tensiones de inicio de estas descargas eléctricas son relativamente bajas debido principalmente a que el campo eléctrico tiende a concentrase en las cavidades, y que la rigidez dieléctrica del gas es menor que la rigidez dieléctrica del sólido. Este fenómeno puede ocurrir en cualquier gas y en consecuencia, en cualquier material aislante sólido con fisuras o cavidades, líquido con burbujas y también en aislamientos sólidos. Si se coloca un metal en una zona cercana a la avalancha, las cargas eléctricas se inducirán capacitivamente en este metal o electrodo. Cuando este electrodo se conecta a una línea de transmisión, la forma de onda que puede registrarse en esta línea, corresponderá a la del movimiento de los iones y electrones de la avalancha. Estas descargas eléctricas afectan sólo a la zona en que se producen, es decir no comprometen todo el aislamiento, de allí su nombre genérico de descargas parciales (DPs). Se podría definir entonces DPs como pequeñas descargas eléctricas que se producen en el seno de cavidades con gas presente en un medio aislante sólido o líquido.

5


1.2. CLASES DE DESCARGAS PARCIALES La norma IEC 60270 define las descargas parciales como “descargas localizadas de electricidad que sólo puentean parcialmente el aislante entre conductores”. Esta

amplia definición incluye desde descargas de tipo PD relativamente inofensivas hasta otras que son difíciles de detectar en campo y pueden ser muy destructivas. Es útil, por tanto, dividir las descargas parciales en tres categorías. Atendiendo a la definición de descargas parciales como un proceso de ruptura dieléctrica, en el cual el arco que se forma entre dos electrodos es de carácter parcial y transitorio, con un tiempo de duración muy corto y de un bajo contenido energético. Las descargas parciales se pueden caracterizar en tres tipos dependiendo de las propiedades del medio existente entre los electrodos. En general se distinguen tres tipos de descargas parciales.   

Corona. Internas. Superficiales.

1.2.1.-DESCARGAS PARCIALES CORONA. La descarga en corona es la descarga que se produce en el aire o el gas que rodea un conductor. Tiene lugar cuando el campo eléctrico localizado excede la tensión de ruptura del aire o el gas circundante. Esto ocurre típicamente en las puntas o en los bordes afilados de los conductores. En particular, es muy común en equipos de exteriores. La descarga en corona puede considerarse relativamente inofensiva en equipos de exteriores, ya que los gases corrosivos son eliminados o transportados lejos por los efectos meteorológicos. Sin embargo, si la descarga en corona tiene lugar en un entorno cerrado, los gases corrosivos no tienen salida y pueden producir daños adicionales. La descarga en corona en equipos de exteriores es, a menudo, difícil de eliminar; por otra parte, el diseño de ciertos equipos favorece intrínsecamente este tipo de descargas. Se considera una práctica recomendada, no obstante, eliminar las fuentes de descarga en corona siempre que ello sea posible, durante el mantenimiento habitual, ya que pueden enmascarar problemas más serios.

6


Figura 1.1, descarga parcial tipo corona.

1.2.2.-DESCARGAS PARCIALES SUPERFICIAL. La descarga superficial es la que se produce en la superficie de un aislador; su resultado más típico es la generación de pistas de conducción en la superficie del aislador y la reducción de su eficacia. Está estrechamente asociada a la contaminación y la humedad, y es una forma de descarga parcial relativamente común. Las descargas parciales superficiales se producen en la superficie de contacto de dos materiales aislantes diferentes.

Figura 1.1.1, Carro de interruptor mostrando los daños causados por una descarga superficial La descarga superficial es particularmente dañina en aislantes encapsulados en resina o poliméricos. Si no se detectan y reparan, los puntos de descarga crecen y pueden llegar a arder. Es también posible que se formen grietas en el esmalte de los aisladores de porcelana y la cerámica que contienen resulte dañada. Si la causa de la descarga superficial es la contaminación y aquella se detecta a tiempo, a veces es posible limpiar los aisladores de vidrio o porcelana antes de que se produzcan daños a largo plazo.

7


Figura 1.2, descarga parcial tipo superficial.

1.2.3.-DESCARGAS PARCIALES INTERNA. La descarga interna es un tipo de descarga que se produce en el interior del material o líquido aislante y está asociada a pequeñas cavidades huecas, a menudo microscópicas en un principio, existentes en el interior del aislador sólido o líquido. Es una forma relativamente poco frecuente de descarga parcial.

Figura 1.2.1, Transformador de corriente seccionado para mostrar los daños producidos por una descarga interna

La descarga interna es la más difícil de diagnosticar en campo, ya que el problema no presenta síntomas visibles o audibles. Sin embargo, si no se repara y llega a producirse llama, no existirá una vía de escape para la liberación de la energía calorífica, de rápida emisión, y el aislador podría explotar.

Las descargas parciales superficiales se producen en la superficie de contacto de dos materiales aislantes diferentes.

8


Figura 1.3, descarga parcial tipo interna.

Descargas internas ocurren en cavidades, en general gaseosas, al interior de un dieléctrico sólido. Estas pueden presentarse de varias formas. 

 

En el exterior, es decir la cavidad se produce entre los revestimientos de dos conductores paralelos. En el interior del dieléctrico, se presentan como una pequeña cavidad de aire. Entre el conductor y aislante, generalmente se produce porque el aislamiento se despega.

Descargas superficiales ocurren en gas, ocasionalmente en líquido, en la superficie de un dieléctrico o interfase entre dos dieléctricos. Descargas corona, son bastante diferentes de las ya mencionadas. Las descargas corona ocurren en las superficies metálicas aguzadas o que tienen un pequeño radio de curvatura, en las cuales el campo eléctrico supera la rigidez dieléctrica del gas (en general aire). La descarga limitada a la zona de alto campo se extingue en el medio circundante lo que no origina una falla franca. Por lo recién expuesto, hay autores que prefieren omitir a las descargas corona de la familia de las descargas parciales, en general pasan a ser fuente de interferencia en la medición de descargas parciales.

1.3.- ANÁLISIS DE LA FORMA DE ONDA DE LAS DESCARGAS PARCIALES PARA EVALUACIÓN DE LA DEGRADACIÓN Los primeros intentos por resolver en tiempo la forma de onda de una descarga parcial se iniciaron al final de la década de los 60´s. Sin embargo, estos intentos no se extendieron masivamente hasta los 80´s, cuando aparecieron digitalizadores de 1GHz a bajo costo. Los primeros estudios revelaron que la forma de onda de una descarga parcial tiene un frente de muy altas frecuencias, por lo que los circuitos de detección se basaron en arreglos coaxiales con impedancias lineales de hasta 1 GHz.

9

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión Las formas de onda de la corriente inducida por una descarga parcial pueden clasificarse en dos tipos, descargas rápidas y lentas (figuras 2 y 3).

1.3.1. DESCARGAS ASOCIADAS A CONDICIONES DE SOBRE TENSIÓN. Estas descargas corresponden al de tipo rápido, las cuales tienen un frente del orden de 2 ns, pero puede alcanzar tiempos menores de 700 ps. En estos tiempos, la corriente puede alcanzar niveles de amperios, por lo que se genera una onda electromagnética que se difunde en el espacio circundante de la zona de descarga.

Figura 2. Forma de onda de la corriente inducida por una descarga parcial rápida asociada a una sobre tensión en un aislamiento.

El origen de la forma de onda de la descarga se encuentra asociado con condiciones de sobre tensión dentro de la cavidad donde se presenta la descarga. Estas condiciones de sobre tensión se originan cuando la tensión presente en la cavidad es suficiente para provocar la descarga en el interior del aislamiento. La forma de onda de una descarga rápida contiene información sobre el tiempo entre el momento en que se alcanzó el gradiente de ruptura en el gas dentro de la cavidad y el momento en que apareció el primer electrón libre. Esta información es relevante para definir la energía con que se bombardea la superficie y es sin lugar a dudas, el tipo de descarga que mayor daño puede ocasionar en el aislamiento. Sirve también para la localización de esta descarga, pues la gran cantidad de energía liberada en corto tiempo es mucho mayor que la que se encuentra en el medio ambiente como interferencias y que es causada por las transmisiones de radio y telefonía inalámbrica.

10


1.3.2. DESCARGAS PARCIALES ASOCIADAS A LA DEGRADACIÓN. Las formas de onda inducidas de la señal de tensión o corriente por las descargas parciales en muestras que presentan degradación severa, se observan formas de onda del tipo lento, cuya duración se prolonga (figura 3) dos órdenes de magnitud más que en las ondas rápidas.

Figura 3. Forma de onda típica de la corriente inducida en el por una DP lenta asociada a una fuerte degradación en el aislamiento. Es necesario resaltar que la escala de tiempos es 10 veces más lenta que la correspondiente a la descarga rápida. Esta descarga lenta está relacionada con la formación de avalanchas sucesivas, generadas por una abundante cantidad de electrones libres provenientes de carga atrapada en la superficie degradada del aislamiento. Bajo estas condiciones, no se alcanzan niveles significativos de sobre tensión entre cada descarga y la duración de la descarga se extiende mientras la conducción de la superficie degradada permita la difusión de cada descarga anterior. Esta aseveración se confirmó al detectar zonas de inyección de cargas en la superficie, presentadas como áreas luminosas al barrido de un microscopio electrónico. Esto indica que los electrones necesarios para observar la imagen promueven la liberación de más carga inyectada, que se manifiesta como zonas luminosas. Esto significa que la zona de mayor degradación tiene menor resistividad superficial y volumétrica, por lo que promueve la difusión de carga dentro del volumen del aislamiento y con ello la degradación no sólo es superficial sino que avanza hacia los electrodos hasta provocar una falla

11


1.4. NOCIVIDAD DE LAS DESCARGAS PARCIALES La degradación de un aislante sólido por las descargas parciales es el resultado de un conjunto complejo de fenómenos. 

 



Elevación de la temperatura del gas encerrado proveniente de los choques elásticos entre electrones y moléculas gaseosas. Bombardeo iónico y electrónico de las paredes de la cavidad provocando su erosión. Acción de rayos ultravioleta producidas por átomos excitados y por la recombinación de portadores. Descarga química progresiva del material con producción de gases, particularmente hidrógeno.

La importancia de estos diversos fenómenos, varía ciertamente con el material dieléctrico considerado y las condiciones en las cuales él es utilizado, pero las experiencias han demostrado que en un ambiente gaseoso químicamente inerte la degradación de un aislante obedece a un mismo tipo de evolución que comprende tres fases sucesivas: I.

II.

III.

Inicialmente el proceso de ataque se limita a una erosión lenta, las cavidades se agrandan y pueden entrar en contacto con otra, debilitando localmente el muro del aislante. La segunda etapa puede aparecer en los puntos débiles de la cavidad a partir de las cuales las descargas se propagan al interior del dieléctrico sano formando caminos conductores. Por fin, cuando el campo eléctrico en la extremidad de una de las ramificaciones alcanza al gradiente disruptivo intrínseco del aislante se observa un desgaste rápido del material en esa dirección, y cuando esta progresión de daño se produce también hacia al electrodo opuesto, la perforación completa del aislante produce una descarga total de una pieza conductora a otra (figura 4).

12


Figura 4. Formación de árboles a partir de una cavidad.

1.5. AUTO EXTINCIÓN DE UNA DESCARGA PARCIAL Hay evidencia de que en ocasiones las descargas parciales tras un periodo de existencia se extinguen. Esto resulta muy ventajoso en la práctica, pero plantea dificultades en los estudios sobre el fenómeno. La explicación más aceptable a la fecha apela a los depósitos semiconductores que las propias descargas parciales dejan en las paredes de la cavidad, los cuales cortocircuitan la capacidad respectiva de la cavidad, reduciendo la tensión aplicada a ella a valores inferiores al disruptivo. También se ha probado que la autoextinción es tanto más probable cuanto menor es el espesor de la cavidad.

1.6. PERTURBACIÓN ELÉCTRICA PRODUCIDA POR LAS DESCARGAS PARCIALES La transferencia de carga en la región donde se produce la ionización es acompañada por la correspondiente transferencia de carga en el circuito externo y la fuente de poder asociada. Por lo tanto, como resultado de esta transferencia de carga, momentánea, de corta duración, regular o aleatoria, se producen pulsos de corriente, los cuales se propagan a través del circuito externo, estos pulsos de corriente son de corta duración ya que son el resultado del movimiento extremadamente rápido de portadores de carga.

1.7. OTROS EFECTOS La descripción del proceso de ionización muestra que hay transferencia de carga en la región donde se produce la ionización. Esto significa que hay circulación de corriente en esta región y cierta potencia disipada. Como la corriente circula en un espacio restringido, la densidad de corriente local es extremadamente alta, lo que produce en la región un intenso calor. Esto provoca un fuerte incremento de presión en la cavidad,

13

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión este efecto puede ser comparado con el de una explosión en miniatura. Así el material que rodea esta zona es comprimido, generándose una onda de pulsos sónica y ultrasónica que se propaga a través del medio.

2. MÉTODOS DE DETECCIÓN Existen métodos eléctricos y no eléctricos para detectar descargas parciales en aislamientos. A continuación se describen estas técnicas.

2.1. MÉTODOS ELÉCTRICOS Respecto a los métodos eléctricos utilizados para detectar descargas parciales en aislamiento, existen estándares que norman los procedimientos y equipos a utilizar en la prueba de descargas parciales. Según la publicación ICEA T-24-380 (Insulated Cable Engineering Association) el equipamiento de prueba debe incluir una fuente de alta tensión, voltímetro para alta tensión, un circuito de medición y un calibrador de descarga. Con respecto a las mediciones, la verdadera transferencia de carga asociada a las descargas parciales en un aislamiento, no puede ser medida, solo se puede medir la ‘’carga aparente’’. Recientemente se han desarrollado técnicas de detección basada en la aplicación de tensión de prueba a muy baja frecuencia (0.1 Hz) combinadas con algunas características de la forma de onda de la tensión de frecuencia industrial. Estas técnicas reducen aún más la potencia requerida durante la prueba de descargas parciales, lo anterior trae como consecuencia inmediata la disminución del peso y tamaño del equipo de pruebas lo que hace posible que este sea portátil. Estos métodos combinados con técnicas de reflectometría permiten localizar las fallas ocasionadas por descargas parciales. Entre las limitaciones de los métodos eléctricos para detectar descargas parciales, la más importante es que disminuye la sensibilidad de la prueba para aislamientos de mayor clase de tensión, esto es debido a las características constructivas del tipo de aislamiento, lo que hace que a través de estos las señales de alta frecuencia sufran fuerte atenuación.

2.2. MÉTODOS NO ELÉCTRICOS Los métodos no eléctricos para detectar descargas parciales son menos populares que las técnicas eléctricas por las siguientes razones: 



En muchos casos los métodos no eléctricos tienen menor sensibilidad que los métodos eléctricos. Los métodos no eléctricos son generalmente de carácter destructivo, pues se llevan a cabo tomando muestras de cables seleccionadas aleatoriamente.

14

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión 

La aplicación de métodos no eléctricos en la detección de descargas parciales en cables resulta una tarea tediosa y laboriosa y en algunos casos no son aplicables en el ámbito industrial.

Entre este tipo de técnicas para detección de descargas parciales en aislamientos se encuentran el estudio microscópico del aislamiento, la utilización de dispositivos electro-ópticos y rayos X.

2.2.1. MÉTODO QUÍMICO. Los métodos químicos aprovechan la información entregada por los gases que aparecen en el aceite del transformador, no obstante, estas técnicas no permiten detectar la presencia de descargas incipientes en el aislamiento del transformador debido a que se produce un gran retardo entre el inicio de la fuente de descargas parciales y la evolución de gas suficiente que delate la presencia de estas, otro gran defecto de estos métodos es que no entregan una ubicación precisa de la falla, sino tan solo, la circunscriben a una zona la cual puede ser bastante grande (por ejemplo todo el devanado). Estos productos aumentan durante el funcionamiento prolongado, el análisis químico también puede usarse para estimar la degradación que ha sido causada por descargas parciales. La forma de analizar el método químico es por medio del análisis cromatográfico cuyo propósito de éste, es conocer exactamente las diferentes sustancias que componen los gases disueltos extraídos desde el aceite del transformador. De acuerdo a la naturaleza de los gases disueltos en el aceite aislante, se puede determinar la causa de la anormalidad para prevenir y solucionarla antes que se transforme en falla. Cuando se detectan gases en cantidad suficiente como para suponer la existencia de una falla, es necesario conocer la severidad de ella, lo cual se determina en base a la tasa de crecimiento por día de cada gas en particular o del total de gases combustibles.

2.2.2. MÉTODO ACÚSTICO. Las técnicas acústicas detectan la actividad de descargas parciales por medio de sensores que se instalan en el tanque del transformador. Estos métodos además de medir la magnitud de las descargas pueden entregar la ubicación física de las fuentes de descargas parciales. Pueden usarse detecciones auditivas hechas en un cuarto con nivel del ruido bajo como un medio de descubrir descargas parciales.

15

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión El método acústico, normalmente es realizado con micrófonos u otros transductores acústicos combinados con amplificadores y osciloscopios, también pueden ser usados particularmente para localizar las descargas parciales. Los micrófonos son seleccionados con alta sensibilidad sobre un rango de frecuencia auditivo los cuales sirven para localizar una descarga tipo corona en el aire. Los transductores en combinación con osciloscopios pueden ser usados para localizar descargas en equipos de aceite sumergido como los transformadores; ellos pueden ser colocados en el interior o fuera del tanque.

2.2.3. MÉTODO ÓPTICO. Las observaciones visuales pueden llevarse a cabo en un cuarto oscuro, después de que los ojos tienen que adaptarse a la oscuridad y, si es necesario, con la ayuda binoculares de alto alcance. Alternativamente, un registro fotográfico puede hacerse, pero los tiempos de la exposición bastante largos son usualmente necesarios. Para propósitos especiales, se usan multiplicadores de imagen o intensificadores.

2.3. SELECCIÓN DEL MÉTODO DE MEDICIÓN El método eléctrico fue desarrollado en este proyecto, debido a que se permite realizar una detección más directa, lo cual fue uno de los parámetros decisivos al momento de efectuar la escogencia del método, una especificación más técnica se dará a continuación:

2.3.1 JUSTIFICACIÓN DEL MÉTODO Cuando en una cavidad del dieléctrico se produce una descarga parcial, una cierta parte de la energía que había en la cavidad se disipa en forma de carga eléctrica «q». Para esos efectos la cavidad puede considerarse un condensador. Al realizarse una carga y descarga de dicho condensador logra detectar una pequeña deformación sobre la señal senosoidal de corriente y tensión, la cual es un reflejo de las descargas parciales sucedidas en el interior del aislamiento. Como no hay un método más directo para la detección de dicha carga y descarga del condensador se realiza la detección a través de un divisor capacitivo, lo cual hace posible llevar una señal de tensión, que es un reflejo de la tensión aplicada y las descargas parciales del objeto bajo prueba, al equipo de detección de descargas parciales. Debido a que al momento de realizar la etapa de detección de los niveles de tensión de descargas parciales son de valores de micro Voltios, se hace necesario realizar una amplificación para poder visualizarla en un osciloscopio.

16

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión La carga aparente «q» de una descarga parcial es la carga que, si se inyectara entre los bornes del objeto a ensayar, cambiaría momentáneamente la tensión entre los mencionados bornes, en la misma medida que cuando se produce una descarga parcial. El valor absoluto «q» de la carga aparente se llama habitualmente amplitud de la descarga. La carga aparente se expresa en Coulomb, normalmente es del orden de pico Coulombs. La carga aparente así definida, no es igual al valor de la carga transferida efectivamente a través de la cavidad en el interior del dieléctrico donde se ha producido la descarga parcial pero se utiliza por ser un valor observable en los bornes del objeto ensayado y que es función del valor de la carga efectiva de la descarga parcial. Se trata por consiguiente de un valor que es posible detectar.

2.3.2.- DIAGRAMA DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN AISLAMIENTO SIMPLE. Asumiendo la presencia de una pequeña falla (cavidad) en un aislamiento sólido o líquido, en el circuito equivalente de la figura 5, C1 representa la capacitancia de la cavidad en el dieléctrico, el capacitor C2 toma en consideración la parte del dieléctrico en serie con la cavidad. La parte libre de falla del objeto en prueba es representado por la capacitancia C3.

Figura 5. Formación de descargas parciales A partir del circuito equivalente, para pequeñas cavidades se puede determinar: Ct= C3 >> C2; C1 >>C2 Donde: Ct: Capacitancia del elemento bajo prueba. Si la tensión sobre la cavidad excede la tensión de falla, el gap de descarga G actúa como un interruptor que descarga el capacitor C1 a través de la resistencia R1. La

17

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión resistencia limita solamente la amplitud de la corriente de descarga i(t). En el caso de pequeñas fallas, la duración de la descarga esta en el rango de los nanosegundos. La corriente local i(t) no puede ser medida. La caída de tensión DU1 en la cavidad, causado por la descarga de corriente i(t), relaciona una carga Dq1. Dq1 = DU1 x C1 La descarga de C1 también causa rápidas transferencias de carga desde los capacitores C2 y C3 según diagrama del circuito equivalente1. La resultante caída de tensión Δ Ut puede ser medida en los terminales a/b del objeto bajo prueba . La magnitud de Δ Ut puede ser determinada comparando la carga almacenada antes y después de los procesos de descarga. Ut

= C2/ (C2+C3)

U1

- C2/ [(C2+C3)

C1] q1

Basados en estimativos empíricos para C1 y C3, los valores para DUt están en el rango de milivoltios hasta voltios, mientras que la magnitud de DU1 está en el rango de los kilovoltios. La caída de tensión DUt no puede ser encontrada con las cantidades DU1 y Dq1 en la localización de la falla, porque las capacitancias C1 y C2 son normalmente desconocidas.

3.-MEDIDA Y DETECCIÓN DE LA DESCARGA PARCIAL Cuando se inicia la descarga parcial, aparecen pulsos transitorios de corriente de alta frecuencia cuya duración oscila entre los pocos nanosegundos y el microsegundo; luego desaparecen y vuelven a aparecer repetidamente. Las corrientes procedentes de descargas de tipo PD son difíciles de medir a causa de su pequeña magnitud y corta duración. El evento puede detectarse como un cambio muy pequeño en la corriente consumida por la muestra sometida a prueba. Uno de los métodos que permiten medir tales corrientes es colocar una pequeña resistencia de medida de corriente en serie con la muestra, y ver en un osciloscopio la tensión generada utilizando un cable coaxial del calibre adecuado. La salida de esta prueba se detecta generalmente como un cambio en la carga, y se expresa en pC. Esta es la base de la metodología descrita en la norma IEC 60270, en ocasiones denominada “medida de carga aparente”.

Las medidas que describe la norma IEC son ideales para medidas de laboratorio, en las que el sistema puesto a prueba se puede alimentar con una fuente de laboratorio limpia, se dispone de accesorios de prueba y el sistema se sitúa en el interior de una jaula de Faraday. Las medidas de campo no pueden realizarse con una jaula de Faraday

18

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión y la fuente de alimentación suele distar mucho de una fuente ideal en tales casos. Son medidas expuestas a ruido y, en consecuencia, menos sensibles.

Existen, no obstante, otros métodos que permiten realizar medidas en campo y, aunque no resultan tan sensibles como las medidas que describe la norma IEC, son notablemente más apropiados. Las medidas en campo deben ser, por necesidad, rápidas, seguras y sencillas si están destinadas a su aplicación por propietarios y operadores de equipos MT y AT.

Las tensiones transitorias a tierra (TEV) son picos de tensión inducidos en la superficie de las piezas metálicas circundantes. Estos se producen porque la descarga parcial crea picos de corriente en el conductor y, por tanto, también en las piezas metálicas conectadas a tierra situadas en las proximidades del conductor. Los pulsos TEV están repletos de componentes de alta frecuencia, como resultado de lo cual el conjunto metálico del sistema conectado a tierra presenta una considerable impedancia a tierra. Es el origen de los picos de tensión. Estos permanecen en la superficie de las piezas metálicas circundantes (hasta una profundidad de 0,5 micras en acero dulce a 100 MHz) y forman lazos de corriente alrededor de la superficie exterior allí donde exista una discontinuidad en la estructura metálica. Existe un efecto secundario por el que las ondas electromagnéticas generadas por la descarga parcial generan también picos TEV en las piezas metálicas circundantes, actuando tales piezas metálicas como una antena. Los picos TEV son fenómenos muy útiles para detectar y medir descargas parciales, ya que pueden detectarse sin efectuar conexiones eléctricas ni retirar ningún panel.

Las medidas ultrasónicas se basan en el hecho de que una descarga parcial emite ondas sonoras. La banda de frecuencia de las emisiones suele centrarse en 40 kHz, pero se extiende hasta el área audible en el caso de descargas extremadamente perjudiciales. Las descargas internas no emiten ultrasonidos. La utilidad de la detección ultrasónica está, por tanto, restringida a descargas superficiales y descargas en corona. La detección del campo electromagnético permite captar las ondas de radio generadas por la descarga parcial. Como ya se ha indicado anteriormente, las ondas de radio pueden generar picos TEV en la estructura metálica circundante. Puede lograrse una mayor sensibilidad de medida, especialmente a mayores tensiones, utilizando antenas UHF integradas o antenas externas montadas en separadores aislantes instalados en la estructura metálica circundante.

19

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión 4.- DESCARGAS PARCIALES EN MAQUINAS ELÉCTRICAS

Por lo general, las correctas mediciones de descargas parciales en maquinas eléctricas como generadores, transformadores, que presentan como resultados, la existencia no de una, sino de múltiples fuentes activas de degradación (lugares / defectos), todas ellas actuando en forma simultánea sobre la aislación de una misma máquina. Cada una de estas fuentes de degradación, serán reconocidas o clasificadas por su propia “figura patrón”; pero en una maquina real, todos estos distintos patrones

individuales - que representan unitariamente a cada defecto que posee, se superpondrán entre sí, y quedarán ocultos tras un patrón resultante, mucho más complejo de identificar, y de más difícil interpretación

Simple identificación de un defecto por medio de su imagen patrón. Figura patrón típico que representa a distintas descargas gaseosas internas en un bobinado.

Figura patrón final que representa a múltiples fallas en una misma máquina; todas ellas superpuestas. Compleja identificación de cada defecto. En descargas parciales, y con el fin de llegar a un correcto diagnóstico de estado, todo profesional dedicado a realizar ensayos sobre grandes y modernas máquinas rotantes, tiene que ser capaz de discernir, clasificar e interpretar, todas y cada una de las distintas señales de “enfermedad” que la misma está presentando, lo cual no es tan simple de conseguir con una sola medición, y menos aún hoy en día, mediante el uso

20

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión de instrumentos con tecnología básica o antigua, como por ejemplo los osciloscopios, y/ o mediante sus similares softwares del tipo PC Scope. Un Principio Básico De La Especialidad, Dice Que: “medir descargas parciales en valores de nano -Coulombs, no es un sinónimo de diagnóstico”.

Al finalizar una medición rutinaria de descargas parciales, el desconocimiento y la “practicidad” urbana, intentan de alguna manera si mplificar las cosas, realizando por lo general tres preguntas básicas: 1º ¿Cuantos nano-Coulombs presentó la maquina? 2º ¿Es eso mucho o poco? 3º ¿Entonces la maquina está bien, o está mal? Por el contrario, muy pocos supervisores o dueños de maquinas, hacen las preguntas correctas y necesarias, al menos para formarse una idea inicial del estado de su máquina, y para constatar si las mediciones efectuadas han sido las correctas y requeridas. 4.1.-LA NECESIDAD REAL DE MEDIR DESCARGAS PARCIALES:

Principio: La mayoría de las fallas en generadores, son de naturaleza eléctrica, aun cuando las causas iníciales de las mismas no lo sean. Por ejemplo, el aflojamiento de cuñas (wedge lossnes), que por ende suele ser un problema de origen mecánico, puede dar lugar a la erosión de las capas semiconductoras en el bobinado del estator (bus bar), causando descargas parciales en las ranuras, y finalmente una falla del tipo fase a tierra, o del tipo fase a fase. Otro ejemplo sería el efecto combinado de las vibraciones y la erosión eléctrica del aislamiento, que pueden dar lugar a una condición en donde la tensión nominal de la máquina, no podrá ser soportada (resistida) por el sistema aislante de las barras, momento en el que se producirá una falla. Pero, en todos los casos, los niveles de descargas parciales también podrán ser medidos en cada momento del proceso de degradación, el cual, en los generadores suele ser de una lenta evolución, y los resultados pueden ser utilizados para planificar el mantenimiento adecuado, o para decidir si es necesario llevar adelante una operación de rebobinado. Este es el valor real que debe aportar un informe de diagnóstico por descargas parciales, y es lo que realmente espera el contratante del mismo, o más aun, el dueño de la máquina. 4.2.-EL DIAGNOSTICO DE ESTADO: SUS ETAPAS Para la emisión de un correcto y “profesional” informe o protocolo de estado de una

máquina rotante, por medio de la aplicación de las modernas técnicas de descargas parciales, se requiere básicamente de tres etapas complementarias: La primera es la detección.

21

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión La segunda es la interpretación de las señales obtenidas (figuras patrones en fase resuelta). La tercera es finalmente el diagnóstico de la condición del generador. Ninguna de ellas puede ser obviada – ninguna de ellas puede ser tratada en forma independiente o aislada. Todas ellas requieren de profesionalismo y del uso de tecnología compleja. 4.2.1.-PRIMERA ETAPA: LA DETECCION

La detección de las señales de descargas parciales es relativamente simple, y cualquier interesado, con un conocimiento básico de electrónica podría llegar a hacerla. En resumen, se trataría primero de calibrar el sistema inyectando una señal patrón, y de medir luego el resultado numérico... Sin embargo, un resultado o lectura de la cantidad de descargas, expresado en unidades de nanocoulombs, o peor aún, en unidades de mili-volts, no ofrece ninguna conclusión de diagnóstico., y será solo un valor de referencia. Más allá de los nano-coulombs, lo necesario aquí es la detección del patrón de descargas de una maquina; no se trata de un número, si no de una imagen o figura que contiene toda la información sobre todas la fuente activas de descargas que están afectando a un generador. Cada una de ellas con un grado de influencia, mayor o menor, pero todas ellas atacando al mismo tiempo la estabilidad eléctrica del sistema aislante. Este patrón de descargas, es el llamado patrón en fase resuelta (φ – q – n), con grabación de punto a punto, el cual brinda un panorama general del estado eléctrico de la maquina, pero obviamente expresado en un lenguaje gráfico complejo, que luego debe ser descifrado. Lo importante aquí, es poder conocer si este patrón en fase resuelta, podría llegar a ser obtenido con el sistema de medición de descargas que se está empleando, el cual no siempre es el apropiado. 4.2.2.-SEGUNDA ETAPA: LA INTERPRETACION La interpretación de las señales de descargas parciales, requiere de importantes conocimientos sobre la construcción del generador, el diseño y tipo de aislamiento, las técnicas de propagación y atenuación de las señales, modelos o patrones de estudio y de comparación, y en especial, de un instrumental que permita realizar complejas y completas mediciones, sumado a una buena comprensión de su uso. La etapa de interpretación consiste básicamente en la clasificación e identificación de los problemas que afectan a un generador, para lo cual se debe contar primero con los elementos suficientes para la captura de datos y registros de variables durante las mediciones. En forma redundante, lo importante en esta etapa, es la “interpretación” del patrón en fase resuelta (φ – q – n); dado que en esta figura, están ocultas, enmascaradas y/o superpuestas todas las respuestas, y que por eso es necesario, el descifrarlas primero. 4.2.3.-TERCERA ETAPA: EL DIAGNOSTICO

22

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión El conocimiento sobre la condición exacta de un generador, basado en las mediciones de descargas parciales, se fundamenta en la “tasa de degradación propia” que posee

cada mecanismo de degradación (tipo de defecto), la cantidad de cada uno de ellos (cantidad de cada tipo de defecto), sus niveles máximos aceptables, y en el tiempo acumulado para los que un generador podría llegar a estar expuesto a estos mecanismos, sin afectar o afectando su vida útil. Es por esto que se torna imprescindible el poder determinar todas estas variables. Las técnicas de diagnóstico han avanzado sustancialmente en las últimas décadas, siguiendo el avance de la tecnología de los aislantes y de los instrumentos adquisidores de descargas, pero no obstante aún, un diagnóstico no es algo tan sencillo de confeccionar, a tal punto que los diferentes especialistas no siempre están de acuerdo sobre cuáles son los niveles críticos, normales y aceptables de descargas, pero en lo que sí están todos de acuerdo, es en que mediante la simple medición global en unidades de descargas (nano-coulomb), no es posible emitir un diagnostico “conciente”, sino mas bien, uno del tipo “aproximado y aventurado”.

Los parámetros globales, tales como la amplitud máxima de las descargas (nC), o la corriente total aparente, pueden ser utilizados como indicadores preliminares, pero ellos por si solos, tienen una capacidad limitada para apoyar la identificación y los niveles de las fuentes activas de descargas dentro de una máquina. Cada tipo de descarga parcial (naturaleza /lugar de emisión), tiene su propia “tasa” de

degradación de la maquina que la posee, y su propio nivel crítico. Antes de que uno pueda establecer estos niveles o tasas de degradación, que deben necesariamente incluirse en la tercera etapa del proceso global de diagnóstico, un especialista debe primero tener que distinguir y reconocer, cada tipo de defecto presente en una misma medición, para estudiarlos por separado Esta identificación de todas las fuentes productoras de descargas parciales en una misma máquina, es la principal y necesaria herramienta para la emisión de un protocolo de diagnóstico. Palabras tan frecuentes y ligeramente usadas como: “la experiencia indica”, empleadas

en un informe de diagnóstico, para indicar si un parámetro de "xx nano-coulomb es crítico o aceptable, no tienen cabida ni sustento ante el avance actual de la tecnología, y menos aun, si este parámetro es tomado con un osciloscopio común de mercado. Para tener sustento valedero, las conclusiones de un diagnóstico deben estar basadas en normativas vigentes, al igual que los fallos judiciales lo hacen amparados en las leyes, y no en la supuesta experiencia de quien sabe quién. Por lo tanto, para determinar el procedimiento de diagnóstico de un generador, con un enfoque más sistemático, basado en los parámetros de descargas, y en sus niveles críticos, es necesario realizar un trabajo mayor, mediante la aplicación de varias técnicas de mediciones, entre ellas, la más aceptada y actualizada, es la denominada: mediciones en “Fase Resuelta” (PRPD en inglés), que contiene las variables: φ – q – n. (ángulo de fase – cantidad - conteo o frecuencia de repetición). La tecnología de FASE RESUELTA para mediciones de descargas parciales, es considerada como la herramienta más poderosa para la identificación del origen y actividad de las descargas. A diferencia del uso de un osciloscopio, esta técnica ha evolucionado a la par de la evolución de los materiales aislantes empleados en la construcción de maquinas, y ha

23

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión demostrado durante los últimos años, su fuerza para apoyar a los especialistas en la realización de mejores y más completos diagnósticos de un generador. La técnica de FASE RESUELTA permite además, mediante el uso de una completa base de datos, asociar y separar cada tipo de fuente de descarga presente en una misma medición, identificándolas mediante la comparación de sus figuras (patrones de descargas en fase resuelta), con las correspondientes a la de su código fuente (origen). Basados en que las mediciones de descargas en generadores, presentan generalmente como resultados, unas múltiples fuentes de DP (lugares / tipos de defectos), todas ellas actuando en forma simultánea, y que cada una de sus características propias (figuras patrones individuales) se superponen u ocultan en el patrón o figura final obtenida, dando lugar a un patrón realmente complejo de interpretar, la técnica de Fase Resuelta se presenta como una herramienta imprescindible para el análisis de estas maquinas rotantes. Si aun para un experto, es difícil distinguir si el patrón obtenido proviene de una fuente única o de múltiples fuentes, no es poco imaginar lo que sería para alguien que no posee ni siquiera un sistema de medición en fase resuelta, o para aquel que intenta “medir” con un simple osciloscopio, arribando por lo tanto a extrañas conclusiones.

4.2.4.-LA VISUALIZACION:

La visualización de una actividad de DP (patrón o imagen de DP), es uno de los aspectos más importantes para guiar y permitir al especialista, el efectuar un análisis de dicha actividad, y para poder estimar su riesgo potencial (diagnóstico). La tradicional y antigua visualización de las descargas, en una pantalla de osciloscopio, ofrece una clara información de su posición con respecto a la fase, pero no permite (imposible) detallar sobre la estructura interna de la actividad (fenómenos individuales superpuestos), o sobre la persistencia (count rate) de una determinada actividad de DP. Por lo tanto, y dado el carácter evolutivo y cambiante de la actividad de descargas, tanto en el tiempo (tiempo de ionización), como en función de la tensión de prueba, si no se poseyera un sistema de registro o de grabación punto a punto (HOLD) del “cambiante” fenómeno durante la duración de un ensayo, cualquier diagnost ico que se intente emitir, obtenido a través de una pantalla de osciloscopio, por más esfuerzo que se haga, no podrá ser muy relevante, seguro, ni fundamentado.

Actividad de descargas vistas en la pantalla de un osciloscopio tradicional, en forma instantánea

24

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión Los impulsos son vistos en forma instantánea, como líneas verticales, de acuerdo a su amplitud y posición de fase. Pero esos impulsos de descargas, son cambiantes todo el tiempo de manera que un patrón integral no podría nunca ser registrado. Dado que la información presentada en la pantalla de un osciloscopio es solamente del tipo instantánea (puntual), y dado que los efectos de las descargas parciales son por el contrario, del tipo variable (cambiantes en todo momento, y en el orden de los nanosegundos), IEEE1434-2000 define con buen criterio, que la información expresada en FASE RESUELTA, correspondería de alguna manera, a la sumatoria digitalizada de toda la información presente en la pantalla de un osciloscopio, pero a lo largo de todo el tiempo de ensayo. Esto significa poder “ver” ahora, la totalidad del evento, que es en definitiva lo que se

busca durante un análisis o diagnóstico. Por ejemplo, si lo que ahora es 5 y en el próximo milisegundo es 7 ó 3, entonces como se podría establecer un parámetro de referencia mediante un osciloscopio convencional. Un patrón de descargas parciales en FASE RESUELTA, ó gráfico φ – q – n, con grabación acumulativa de los eventos, es el único que puede ofrecer todas las variables necesarias para un análisis: el conteo de distribución de descargas (count rate), versus la fase de aparición y su amplitud o valor de carga. Un gráfico tridimensional, puede ser obtenido en forma bidimensional, estableciendo el conteo de las descargas, o eje Z, bajo una codificación por color, que define de acuerdo a su intensidad, la frecuencia de repetición o de persistencia de las mismas (real efecto erosivo sobre la zona de falla).

Distribución del número de descargas, versus la fase de aparición y magnitud de descarga. El conteo es establecido por código de colores (16 bits). La fase y la amplitud por 8 bit cada uno. La orientación de fase es establecida por Una senoide sincronizada con la tensión de prueba. La figura muestra descargas superficiales y oclusiones internas (void discharge) en una misma bobina de un motor. 4.3.-LAS CONCLUSIONES DE UN DIAGNOSTICO: Tomemos como ejemplo aleatorio y práctico, un diagnóstico volcado en un protocolo real, emitido en este caso para la firma PAE, al igual que otros cientos que circulan actualmente.

25

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión En el protocolo se expresan los resultados de las mediciones efectuadas sobre un generador sincrónico de 58.7 MVA /11,5Kv / 3000rpm; exhibiendo como “base” o

fundamento de ese diagnóstico, la siguiente imagen (patrón) de descargas parciales, tomada durante los ensayos, y mediante el uso de un analizador de aislación y un osciloscopio Kenwood de 20 Mhz.

Patrón de descargas tomado con un osciloscopio de dos canales: eje X: 200 mS. - ejeY: +/-15 mV. (Protocolo de ensayo generador 65 MVA- 11.5KV- PAE) (Nótese además que hasta la base de tiempo es errónea: 200 mS correspondería a una frecuencia de 5 Hz en vez de 50 H z) Basado en el “análisis” de esta simple figura, que representa un patrón de descargas

del tipo mili-volts / versus fase, realizado con un osciloscopio de mercado y graficada mediante un software, el reporte se aventura a emitir las siguientes seis (6) conclusiones (diagnóstico de estado de la máquina), que pasaremos a tratar de interpretar, al menos cuatro de ellas, en forma independiente y global: Conclusión o diagnóstico de estado según el reporte (surgidas del “análisis” de esta

figura): 1º) El análisis indica que se tratan de descargas parciales en oclusiones internas … 2º) algunas de ellas adyacentes al conductor… 3º) y superficiales por campos tangenciales, siendo las primeras las más importantes. 4º) También se detectan descargas parciales superficiales de zonas que han perdido sus referencias a masa, y están descargando a ella…

PASEMOS A EXPLICAR:

Como se dijo anteriormente, las mediciones de descargas en generadores, presentan como resultados, y en forma simultánea o acumulativa, unas múltiples fuentes productoras de DP, (lugares / tipos de defectos), que todo diagnóstico intentará de alguna manera interpretar, y que no es una operación sencilla, dado que cada una de sus características propias (figuras patrones individuales), se superpondrán entre sí, dando lugar a un complejo patrón o figura general. Es como ir pintando sobre un mismo lienzo, un cuadro distinto, uno encima del otro, y debemos por lo tanto descubrirlos a todos (figura final resultante).

26

Facultad De Producción Y Servicios, Escuela Profesional De Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional De San Agustín Técnicas De Alta Tensión Para el reporte en cuestión, esta figura final es entonces la siguiente, y en la cual el “analista” determina al menos 4 (cuatro) distintos tipos de defectos sobre el

generador:

Pero tratemos ahora de comprender como se verían graficadas en un patrón REAL de descargas, cada una de estas conclusiones que el reporte indica, tanto en forma independiente, como por ultimo en forma global: Nota: (las siguientes figuras corresponden a patrones de descargas, de reconocimiento mundial acordes a IEEE – IEC) Conclusión 1: Múltiples Oclusiones Internas. (Son siempre caracterizadas por su formas senoidales)

Conclusión 2 +3: Múltiples oclusiones internas + descargas superficiales

Conclusión 4: Descargas superficiales en zonas de pérdida de referencia de masa

27


Por último, este sería el patrón final en fase resuelta, que correspondería al supuesto Diagnóstico del Protocolo, pero dibujado realmente en forma acorde a normas internacionales:

Imagen impresa en el protocolo de ensayo, versus la que correspondería realmente si se estuviera de acuerdo con el diagnóstico emitido en dicho protocolo (arriba)

Cabe señalar que si intentáramos realmente emitir un diagnóstico basado en esta última imagen, solo sería prudente deducir, que se trataría de señales del tipo simétricas; pero de allí a inferir como conclusión de la misma, toda esas “extensiones”

que se vuelcan en ese reporte: El análisis indica que se tratan de descargas parciales en oclusiones internas, algunas adyacentes al conductor, y superficiales por campos tangenciales, siendo las primeras las más importantes. También se detectan descargas parciales superficiales de zonas que han perdido sus referencias a masa y están descargando a ella …

Sería entonces algo mas basado en las técnicas del esoterismo que en las técnicas de las descargas parciales. Profundizando un poco más, el reporte aclara también, que la máquina presenta descargas eventuales del orden de los 10 nC, y para confirmar esto, “dibuja” entonces

una barra vertical (una sola), de color verde en la mitad de cada semiciclo, como puede verse en la figura anterior.

5.- APLICACIÓN PRÁCTICA En la práctica, la detección de descargas parciales resulta muy útil para determinar si el aislamiento de un equipo MV/HV está comenzando a degradarse. Por ejemplo, la Autoridad de Salud y Seguridad de Reino Unido ha publicado directrices aconsejando la comprobación regular de la actividad de descarga parcial en seccionadores mecánicos

28


6.-RESUMEN Las descargas parciales son pequeñas chispas eléctricas que ocurren en el aislamiento eléctrico de la conexión, los cables, los transformadores y las bobinas en los grandes motores eléctricos y los generadores. El análisis de descargas parciales es un enfoque proactivo del diagnóstico que utilizan las mediciones de las descargas parciales (PD) para evaluar la integridad de este equipo. Cada descarga parcial es el resultado de la distribución eléctrica de una bolsa de aire en el aislamiento. Las mediciones de las descargas eléctricas se pueden tomar de forma continua o intermitente. Los resultados de las descargas eléctricas se utilizan para prever de manera fiable que el equipo eléctrico tiene la necesidad de mantenimiento. Las descargas parciales se producen en burbujas o cavidades existentes en el aislamiento debido generalmente a una impregnación imperfecta, un curado incompleto, etc. Las Descargas Parciales comprueban por lo tanto:    

Cavidades Incrustaciones Arborescencias eléctricas Defectos de instalación

7.-NORMAS INTERNACIONALES IEC 60270:2000/BS EN 60270:2001 "High-Voltage Test Techniques - Partial Discharge Measurements" IEC 61934:2006 "Electrical insulating materials and systems - Electrical measurement of PD under short rise time and repetitive voltage impulses" IEC 60664-4:2007 "Insulation coordination for equipment within low-voltage systems – Part 4: Consideration of high-frequency voltage stress" IEC 60034-27:2007 "Rotating electrical machines – Off-line partial discharge measurements on the stator winding insulation of rotating electrical machines" IEEE Std 436™ -1991 (R2007) "IEEE Guide for Making Corona (Partial Discharge)

Measurements on Electronics Transformers" IEEE 1434 –2000 "IEEE Trial-Use Guide to the Measurement of Partial Discharges in Rotating Machinery" IEEE 400-2001 "IEEE Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of Shielded Power Cable Systems"

29

Descargas Parciales Oficial

Recommend Documents