COMISION DE INTEGRACION ENERGÉTICA REGIONAL COMITE NACIONAL ARGENTINA Código: IIICONCIER-AR-10-D
III CONGRESO CIER DE LA ENERGÍA –CONCIER 2007 ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO REGIONAL – RETOS Y PERSPECTIVAS – Medellín, 27-30 de Noviembre de 2007
AVANCES EN EL EMPLEO DE TERMOGRAFÍA INFRARROJA COMO ESTRATEGIA PREDICTIVA EN EL MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES . Aires, Argentina - Agosto de 2007 Lugar y fecha de elaboración del documento: Buenos Subtema: D2-8: Experiencia en la Aplicación de Nuevas Técnicas del Mantenimiento Área: Distribución
Autores: JOSÉ L. MARTÍNEZ, MBA, Ingeniero Electricista - PABLO H. REGUEIRA VAZQUEZ Empresa o Entidad: EDENOR S.A. Cargo: Jefes de Departamento Explotación Alta Tensión DATOS DEL AUTOR RESPONSABLE
PALABRAS-CLAVE:
Dirección: Gelly y Obes 365 - Haedo Teléfono:(54-11) 4656-8293 (int.3725) Fax: (54-11) 4656-8293 (int.3739) E-Mail:
[email protected] E-Mail:
[email protected] Cargo: Jefe de Departamento
Termografía Infrarroja, mantenimiento predictivo, subestaciones, distribución eléctrica
típicos de calentamiento ” que caracterizan a las anormalidades en puntos no expuestos visualmente, permitiendo detectar fallas internas que generan anormalidades térmicas. Por otra parte, los programas de mantenimiento de una importante cantidad de equipos fueron modificados, pasando de rutinas preventivas basadas en tiempo a mantenimiento por condición, evitando salidas de servicio por mantenimiento y reduciendo costos operativos. Desde los resultados obtenidos, la ejecución rutinaria de inspecciones termográficas ha posibilitado limitar salidas de servicio programadas y no programadas y prevenir reparaciones de emergencia, e introducir mejoras en las prácticas de mantenimiento y en el desempeño de los equipos de trabajo. Por tal motivo, la adopción de esta técnica, representa para Edenor un elemento central en el mantenimiento predictivo de sus subestaciones subestaciones de Alta Tensión. “patrones
RESUMEN Los requerimientos técnico-económicos que afrontan las distribuidoras eléctricas, exigen una alta confiabilidad y disponibilidad de las redes, lo que impone minimizar las salidas de servicio en cantidad y duración. Tal circunstancia, lleva a las compañías a priorizar las estrategias de mantenimiento mantenimiento predictivas, situación situación en la cual el empleo de inspecciones termográficas constituye una importante herramienta de diagnóstico para el monitoreo en servicio del estado de las instalaciones. En este marco, Edenor aplica esta técnica en forma sistemática como parte del mantenimiento predictivo de sus subestaciones de Alta Tensión. A tal fin, se entrenaron equipos de trabajo en la ejecución de las tareas, se fijaron los criterios térmicos a utilizar, fueron identificados la totalidad de elementos a ser inspeccionados, se desarrollaron herramientas informáticas de apoyo y se estableció un sistema técnico-administrativo de gestión. Entre los logros y aplicaciones prácticas alcanzados por su empleo, se cuentan la determinación experimental de factores de corrección a emplear en las mediciones para definir la criticidad de las anomalías para las condiciones de plena carga y la identificación de
1. INTRODUCCIÓN Edenor distribuye energía eléctrica en el área norte de la ciudad de Buenos Aires y el noroeste del Gran Buenos Aires de la República Argentina, en un mercado de 4.637 kilómetros cuadrados y una población de 7 millones de habitantes, que representa alrededor del 20% de la población argentina.
1
A fines de 2006, contaba con más de 2,4 millones de clientes y obtuvo ingresos por ventas de energía por u$s 435 millones, habiendo vendido 16.614 GWh, lo que la convierte en el distribuidor de energía eléctrica más grande de la Argentina, en función de la cantidad de clientes y de GWh de energía eléctrica vendida. Entre sus instalaciones dispone de 1.282 km de redes de AT en 132 y 220 kV y 66 subestaciones transformadoras, disponiendo de una potencia instalada de transformación AT/AT y AT/MT de 12.746 MVA. La transformación de los mercados eléctricos ocurrida a principios de la década del ´90, requiere la operación confiable e ininterrumpida de los sistemas eléctricos, lo cual representa un factor clave en las estrategias de mantenimiento empleadas en la actualidad por las distribuidoras eléctricas. En dicho contexto resulta esencial la detección temprana de defectos potenciales, a fin de programar acciones correctivas antes que ocurran fallas de mayor envergadura, minimizando salidas de servicio no programadas de instalaciones y reparaciones de emergencia. A partir de la situación planteada, la termografía infrarroja resulta una herramienta de diagnóstico valiosa, empleada en el mantenimiento predictivo de los sistemas eléctricos, dadas las ventajas que presenta como técnica no invasiva para el monitoreo de condición de equipos e instalaciones. Mediante la ejecución de inspecciones termográficas, puede además verificarse la efectividad de las tareas de mantenimiento y reparación efectuadas, identificarse prácticas de trabajo no adecuadas e introducir mejoras en su ejecución. El desarrollo de reglas de conocimiento para la identificación de mecanismos de falla en equipamiento que originan anomalías térmicas y su nivel de evolución, posibilita ampliar el campo de aplicación de está técnica de diagnóstico, lo que contribuye en gran medida a minimizar las salidas de servicio e indisponibilidad de instalaciones, optimizando la gestión del mantenimiento en su conjunto.
Tal temperatura determina la longitud de onda de la energía emitida; así, cuanto más frío se encuentre el objeto, mayor será su longitud de onda, mientras que cuanto más caliente se encuentre su longitud de onda será menor. Este último caso, es el de la energía infrarroja, invisible para el ojo humano pero visible por medio de la cámara infrarroja [1]. La radiación medida por medio de la cámara infrarroja depende no solo de la temperatura del objeto sino también de su emisividad. También tiene influencia en la medición la radiación proveniente de los alrededores y reflejada en el objeto (Fig. 1). Ob je jeto
Radiación infrarroja emitida por un objeto
Radiación infrarroja transmitida por la atmósfera
Radiación proveniente de los alrededores y reflejada sobre el objeto
Fig. 1 - Registro de radiación infrarroja
Para medir la temperatura con precisión, además de los efectos de las diferentes fuentes de radiación que interactúan con el objeto, también deben ser consideradas otras variables como emisividad, distancia entre la cámara y el objeto inspeccionado, temperatura y humedad relativa ambiente. Debido a las características de la radiación infrarroja, para detectar cualquier sobrecalentamiento por medio de inspecciones termográficas, el calor generado debe estar “directamente” a la vista de la cámara termográfica, por lo que la temperatura medida será aquella que presente la superficie expuesta del objeto. La técnica infrarroja es empleada en muchas y diferentes áreas de la ciencia y la industria. En la industria eléctrica, constituye una importante herramienta usada en el mantenimiento predictivo de equipos e instalaciones. Las deficiencias que pueden presentarse en las conexiones eléctricas, tales como ajuste insuficiente, oxidación, conductores con hilos cortados, normalmente se manifiestan mediante un anormal aumento de la resistencia, que genera un incremento (en general paulatino) de la temperatura, el cual por medio de las inspecciones termográficas puede ser detectado en forma temprana y con exactitud [2]. De este modo, pueden ser identificadas y “documentadas” anormalidades no detectables durante una inspección visual.
2. DESARROLLO 2.1
Cámar a Inf r ra r r ro ja ja
Atmósf er a
La Termografía Infrarroja
Todos los cuerpos emiten energía de su superficie en forma de ondas electromagnéticas, cuya magnitud se encuentra directamente relacionada con su temperatura. Cuanto más caliente se encuentre el objeto, más energía tiende a irradiar.
2
2.2 Antecedentes y Ejecución del Plan
su carga máxima admisible. Registros obtenidos bajo condiciones de carga menores a la indicada no deberían ser considerados, debido a que en tal caso, los factores de corrección normalmente utilizados no son de aplicación. Dado que las variaciones en la carga no resultan en un cambio inmediato en la temperatura, se estableció que previo a efectuarse una medición debería dejarse transcurrir el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio térmico. La experiencia demostró que deben transcurrir al menos cuarenta minutos para que un componente se estabilice térmicamente luego de un cambio de carga. Este fue el tiempo fijado para la permanencia del equipo en estado de carga estable previo a efectuarse su registro termográfico. Para llevar adelante y seguir la gestión técnica del proceso, se desarrollaron bases de datos con la información relativa a las instalaciones y el equipamiento asociado a ser inspeccionados, formularios de registros, un sistema informático de apoyo para la carga y procesamiento de la información obtenida y un reporte denominado Informe Termográfico, mediante el cual se informa al personal de mantenimiento acerca de las anormalidades térmicas detectadas ( Fig. 2 ).
Edenor efectúa inspecciones termográficas en sus subestaciones transformadoras de AT/AT y AT/MT desde los años ´90 y desde 1998 sistemáticamente en forma programada, mediante desarrollo de know-how y con personal propios, habiendo incorporado esta técnica como parte del plan anual de mantenimiento predictivo de sus instalaciones. Con la información referida a las tareas a ejecutar, la bibliografía disponible [1-3] y el conocimiento respecto a las instalaciones y el equipamiento a ser inspeccionados, se definieron los criterios térmicos a aplicar para categorizar las anomalías térmicas detectadas, diagnosticar su condición y definir el tratamiento a asignarles. Para la clasificación de las anormalidades térmicas, se fijaron niveles de criticidad aplicando criterios de sobrecalentamiento absoluto respecto a la temperatura ambiente ( ∆T amb ) y las correspondientes acciones de mantenimiento recomendadas: I. Sobrecalentamiento ≥ 130°C (Crítico): atención inmediata; de ser posible, salida de servicio del equipo para la reparación de la anomalía. II. Sobrecalentamiento entre 100°C y 130ºC (Serio): reparación de la anomalía en forma prioritaria en el menor tiempo posible. III. Sobrecalentamiento entre 75°C y 100º C (Intermedio) reparación de la anomalía en forma programada.
Se establecieron coeficientes de corrección considerando el efecto sobre la medición de variables diversas, tales como emisividad, temperatura y humedad relativa ambiente, distancia al objeto e influencia del estado de carga. Para la totalidad de las instalaciones a ser termografiadas, fue definida y tabulada la máxima cargabilidad admisible, identificando para cada bahía inspeccionada el equipo con menor carga nominal. De esta forma, el sobrecalentamiento medido a distintos estados de carga podría ser referido a su máximo nivel de carga, considerando así las condiciones más desfavorables que pudieran presentarse durante la operación ( ∆Tambmáx ). Se definió la condición de carga mínima aceptable para efectuar inspecciones termográficas, determinándose que las bahías inspeccionadas deberían estar operando a por lo menos el 40% de
| Fig. 2 - Informe Termográfico
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Los Informes Termográficos, proveen información que identifica en forma inequívoca al elemento sobre el cual ha sido hallada la anormalidad térmica ( p.e. S.E. 063 - Casanova, alimentador
recorridas por año por subestación, salvo ciertos casos específicos, tales como subestaciones estratégicas para la explotación de la red por su potencia instalada o por su criticidad dentro del sistema o que por encontrarse situadas en áreas con importante nivel de polución, presentan anormalidades térmicas repetitivas, en los que se asignaron periodicidades diferenciadas. Debido a la dificultad para sacar de servicio algunas instalaciones críticas de la red, para el caso de elementos con un nivel de sobrecalentamiento referido a su máxima carga admisible correspondiente a nivel Crítico, se determinó que previo análisis del grado y características de la anormalidad (ubicación del “punto caliente” ), nivel de carga y riesgos potenciales, efectuado por especialistas de mantenimiento, tal nivel de criticidad podría ser reclasificado como Serio con mantenimiento Prioritario, evitando la inmediata salida de servicio del equipo afectado. Sin embargo, se incorporaron algunos límites de temperatura absolutos. En caso de detectarse un elemento con un nivel de sobrecalentamiento ≥100ºC por lectura directa, se definió que la anormalidad debía ser calificada como Crítica, sin necesidad de referir el valor obtenido a la máxima carga admisible y de ser posible, sobre el equipo involucrado deberían efectuarse acciones correctivas en forma inmediata. Se detectaron casos de diferencias térmicas del orden de los 10ºC entre un elemento componente de una fase de un equipo y los pertenecientes a las fases restantes en los cuales, cuando se efectuaron posteriormente tareas de mantenimiento se encontraron anomalías. En caso de diferencias térmicas como las descriptas, se estableció un cuarto nivel de criticidad ( Fuera de Nivel ), definiéndose que la anormalidad debería ser registrada y controlada su evolución. Respecto a la evolución de tales anormalidades, la experiencia indicó que generalmente, al cabo de seis meses, el nivel de criticidad empeora. Para el caso de sobrecalentamientos detectados por mediciones indirectas, originados en averías de origen interno, se establecieron reglas de comportamiento térmico para la identificación de tales anomalías. A partir de la experiencia obtenida durante la ejecución de inspecciones termográficas, se efectuó la actualización del Procedimiento Técnico a seguir, recogiendo las mejoras surgidas de la implementación del plan.
691, seccionador de Barra I, fase S, contacto de potencia), junto con el registro termográfico de la
anomalía hallada, para facilitar las tareas de reparación al personal de mantenimiento. Se indican además, sobretemperatura registrada y temperaturas ambiente y de referencia, porcentaje de carga al momento de la inspección, máxima carga admisible, sobrecalentamiento por encima de la temperatura ambiente para la máxima carga admisible y grado de criticidad de la anomalía Por último se desarrolló un Procedimiento Técnico, en el que se definen las tareas a desarrollar, describiendo los criterios técnicos a emplear, la gestión administrativa para el registro y procesamiento de la información y el tratamiento a dar a las anomalías térmicas detectadas para direccionar las correspondientes acciones correctivas.
2.3 Experiencias y Mejoras Aplicadas Conforme se fue desarrollando el plan a lo largo del tiempo, pudieron determinarse tipos y características de anormalidades térmicas asociadas a los distintos tipos de equipamiento examinado. La contribución efectuada por el personal de mantenimiento, permitió categorizar los problemas hallados. Gracias al feedback obtenido luego de efectuadas las reparaciones, se establecieron “patrones típicos de calentamiento” y se identificaron “puntos calientes” que pudo determinarse, no resultaban anomalías térmicas reales. A partir del análisis de la información obtenida y la experiencia adquirida, se aplicó una mayor flexibilidad en los criterios empleados para la clasificación de las anormalidades térmicas detectadas. La práctica y el conocimiento obtenidos, llevó a aplicar una cantidad de mejoras en la ejecución del plan: Los elementos componentes del equipamiento de cada bahía a ser inspeccionada fueron identificados, parametrizados y registrados en la base de datos ( p.e. en un seccionador, contactos, cabezales, terminales, morsetería). En cada recorrida posterior, el inventario de la base de datos pasó a ser revisado en forma rutinaria, verificando y actualizando la información referida al equipamiento examinado. La frecuencia óptima para llevar a cabo las inspecciones termográficas fue definida en dos
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2.4 Evaluación de Anomalías Térmicas Según su Nivel de Carga
El supuesto que la temperatura aumenta con el cuadrado de la corriente presupone un incremento térmico demasiado elevado, que supera el sobrecalentamiento que ocurre en la realidad cuando aumenta el porcentaje de carga [6-7]. Aunque podría esperarse que para el mismo equipamiento y las mismas condiciones
Una sobreelevación de temperatura para un 50% de carga resulta mucho más severa que la misma sobretemperatura para la condición de plena carga, dado el efecto que tiene la corriente sobre la temperatura del elemento. El análisis de anormalidades térmicas para un estado de carga dado, refiriendo el sobrecalentamiento absoluto respecto a la temperatura ambiente para la máxima carga admisible del equipo inspeccionado ( ∆Tambmáx ), permite determinar la severidad de la anomalía al alcanzarse dicha condición. De esta manera, puede conocerse la real criticidad de las anormalidades detectadas y definirse las prioridades a asignar a las correspondientes acciones correctivas. Lo anterior requiere evaluar los criterios empleados para asignar el nivel de criticidad para la condición de plena carga, a fin de efectuar su estimación con un margen de aproximación razonable. Esto resulta particularmente importante en la actualidad, dado el nivel de demanda de las redes eléctricas que plantea restricciones operativas que afectan las salidas de servicio del equipamiento. En la búsqueda de limitar las salidas de servicio por mantenimiento e indisponibilidades del equipamiento por anormalidades térmicas críticas, se evaluaron los criterios y factores de corrección empleados para determinar el máximo grado de sobrecalentamiento a alcanzarse en condiciones de carga máxima [4]. En forma genérica, cuando existe una conexión eléctrica defectuosa, se produce una disipación de energía en forma de calor, representada por
ambientales, para
∆T amb
×
1 ( ) n I ( 0 / 1 )
La comprobación experimental, indicó que en general empleando un valor de n igual a 1,6 se obtienen valores de sobretemperatura referidos a las condiciones de máxima carga ∆Tambmáx con un grado de aproximación a los existentes en condiciones reales, suficiente como para definir su criticidad potencial para dicha condición y priorizar las acciones de mantenimiento que correspondan. Por lo tanto, a efectos prácticos para el caso de puntos calientes visualmente expuestos, se definió un valor único de n igual a 1,6 como factor de corrección a utilizar ante diferentes condiciones de carga. La aplicación de este criterio permite alcanzar una mejor aproximación al valor probable de sobrecalentamiento al que podrá evolucionar la anomalía térmica con el incremento de la carga. La comparación de una cantidad significativa de puntos calientes detectados de distinta magnitud y características, demostró que evaluando su severidad potencial mediante el criterio de sobretemperatura absoluta empleando el exponente n igual a 1,6 para referir la temperatura
algún modo proporcional a la corriente circulante. En una primera aproximación, podría asumirse que la elevación de la temperatura varía con el cuadrado de la carga según el factor de 1
=
el exponente n a utilizar sea el mismo para distintos estados de carga, esto no es así. Una cantidad de determinaciones experimentales y comprobaciones de campo llevadas a cabo, coincidentes con la información bibliográfica disponible [6], llevó a establecer que no existe un único valor de n que verifique para todas las posibles condiciones de carga. Se comprobó que para distintos estados de carga, solo puede obtenerse un valor de sobrecalentamiento corregido para el 100% de carga ( ∆Tamb máx ) coincidente con el obtenido en condiciones reales de plena carga, cambiando el valor del exponente n . Efectivamente, existe un rango de exponentes n que permiten definir una ventana de valores de temperatura dentro de la cual puede situarse el valor de temperatura real a alcanzarse para la máxima carga admisible del equipo involucrado. Esta ventana está definida para valores de n que se encuentran entre 1,5 y 1,8, en cuyo entorno se encontrará el valor de ∆Tambmáx .
P = I 2 × R , por lo que el calor generado es de
corrección (
∆Tamb máx
) 2 .
I ( 0 / 1 )
El uso de este criterio para la evaluación de anomalías térmicas, se encuentra extendido en las empresas del sector eléctrico. Sin embargo, su empleo solo es válido cuando se trata de transferencia térmica por conducción, no siendo de aplicación para el caso de transferencia de calor por radiación y convección, las cuales juegan un papel muy importante en el caso de disipación de calor ante fallas de origen eléctrico [2-5].
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a la condición de plena carga, la cantidad de anomalías con mayor grado de criticidad se reduce en forma considerable respecto a las obtenidas empleando un exponente n igual a 2 , reduciendo la cantidad de equipos que requieren una salida de servicio inmediata para la ejecución de acciones correctivas (Fig. 3).
Estas anomalías de origen interno, pueden abarcar desde sobrecalentamientos en transformadores por problemas de refrigeración causados por obturación en placas de radiantes o válvulas cerradas (Fig. 4), detectables por simple determinación cualitativa, hasta anomalías de mayor complejidad, originadas por fallas internas en elementos cuyos contactos o partes conductoras no se encuentran visualmente expuestos.
35 30
s a d a 25 t c e t e D 20 s e d a d 15 i l a m r o 10 n A % 5
31
29
32
31
21
19
n: 2,0 n: 1,6
21
16
0 Inmediato
Prioritario
Programado
Fuera de Nivel
Fig. 4 - Problemas de refrigeración en Transformadores de potencia de A.T.
Fig. 3 - Gráfico comparativo de la dis tribución porcentual de criticidades térmicas según los exponentes “n” empleados.
Este tipo de anormalidades se evalúan según el criterio de los diferenciales térmicos relativos ∆T rel , analizando los perfiles térmicos a lo largo del elemento o comparando los gradientes de temperatura respecto a las fases restantes del equipo inspeccionado u otro equipo similar operando bajo las mismas condiciones de carga. En tales casos, la criticidad de las anormalidades detectadas debe ser analizada en cada caso particular, de acuerdo a criterios establecidos en base a la experiencia. Estos puntos no expuestos visualmente, en algunas circunstancias incluso fuera de servicio no permiten efectuar una rutina de mantenimiento y/o una comprobación efectiva de su verdadero estado. Es el caso de los descargadores de sobretensiones de AT del tipo de C-Si, en los que pequeñas diferencias térmicas, detectadas entre diferentes módulos componentes de una fase y aquellos pertenecientes a las fases restantes, hicieron posible la identificación de averías internas (Fig. 5 ).
En consecuencia, el empleo del criterio de sobrecalentamiento absoluto con un factor de corrección por carga con n igual a 1,6 reduce considerablemente la cantidad de anomalías de mayor criticidad, manteniendo a la vez un adecuado grado de control respecto a su posible evolución de acuerdo a las condiciones de carga.
2.5 Identificación de Anomalías Térmicas de Origen Interno Mediante el uso de la técnica, se establecieron reglas de conocimiento específicas para distintos mecanismos de fallas caracterizadas por la generación de anomalías térmicas. Esto resulta particularmente importante para la evaluación de anormalidades térmicas originadas en fallas no expuestas en forma directa a la cámara infrarroja, dado que su comportamiento térmico resulta sustancialmente diferente al de las anormalidades visualmente expuestas, requiriendo el empleo de otros criterios de severidad. En tales casos, la existencia de problemas internos se manifiesta por el incremento de la temperatura de la superficie externa del elemento inspeccionado, por lo que el calor generado por la anomalía debe ser transferido a dicha superficie por algún medio (aceite, gases). Aunque tal incremento normalmente es pequeño, por existir una aislación térmica considerable entre el “ punto caliente” y la superficie externa del elemento, en general resulta suficiente para indicar la existencia de anomalías internas.
Fig. 5 - Anomalías térmicas en descargadores de AT de C-Si
Con el retiro de servicio y desarme de los descargadores afectados, se verificó en algunos
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de los módulos componentes, la existencia de tracking y descargas debidas al ingreso de humedad por defectos de sellado entre las bridas y la porcelana externa, afectando a resistores no lineales (pastillas de C-Si), capacitores, inductancias, explosores y demás componentes internos (Fig. 6).
hallaron sobrecalentamientos localizados con diferenciales térmicos de entre 10º y 15ºC respecto a los instalados en las fases restantes, que llevaron a la decisión de su reemplazo ( Fig. 7 ).
Fig. 7 - Sobrecalentamiento interno en aisladores pasamuros.
La detección temprana de dichas anomalías térmicas, permitió efectuar el monitoreo periódico de su condición, hasta el momento en que pudo llevarse a cabo el reemplazo de las unidades afectadas en forma programada.
Fig. 6 - Daños en componentes internos de descargadores de AT de C-Si.
Anomalías como las descriptas, anulan la funcionalidad del módulo afectado en el conjunto, e incrementan las solicitaciones dieléctricas y térmicas sobre los restantes módulos componentes del descargador. En la imagen termográfica, en general se manifiestan con el sobrecalentamiento de los módulos no afectados, por el aumento de la corriente total de circulación a tierra y la energía térmica disipada, derivando finalmente en la afectación de estos elementos por su solicitación por encima de sus características de diseño. La experiencia indica que en estos equipos diferencias en los perfiles térmicos a lo largo de su superficie externa, con sobrecalentamientos localizados del orden de los 3°C o aún menores, permiten determinar la existencia de daños internos. Como resultado de las averías encontradas, se elaboró un plan especial de revisiones termográficas sobre modelos similares de este equipamiento, que complementadas con mediciones de corrientes de fuga sobre las unidades con anomalías térmicas, llevó a definir el reemplazo de varios de ellos. En todos los casos, al efectuarse el desarme de los descargadores sospechados, se verificó la existencia de daños internos de envergadura, coincidentes con lo pronosticado a partir de las inspecciones termográficas, lo cual constituye a la termografía infrarroja prácticamente sino en la única, en una de las pocas opciones disponibles para el monitoreo de condición de este tipo de equipamiento, dado lo dificultoso que resulta efectuar una comprobación efectiva de su verdadero estado por otros medios. En transformadores de corriente de MT instalados en aisladores pasamuros de resina epoxi, se
En interruptores de AT en reducido volumen de aceite, diferencias térmicas halladas entre un polo de una fase y los polos restantes, permitieron detectar anomalías causadas, según se comprobó al efectuarse el desarme de las unidades involucradas, por una anormalmente elevada resistencia de contacto entre sus contactos fijo y móvil (Fig. 8 ).
Fig.8 - Anomalías térmicas en interruptores de AT en reducido volumen de aceite.
Aunque existe una cantidad de desarrollos mediante los cuales puede determinarse el valor probable de la resistencia de contacto que genera la anomalía a partir de la temperatura de su superficie externa [8-9], a efectos prácticos puede determinarse para estos equipos diferencias térmicas del orden de los 10ºC indican la existencia de algún tipo de anormalidad interna. En todas las anormalidades hasta aquí descriptas, caracterizadas por “situaciones fuera de la vista”, cuyas causas se encontraban “ ocultas ” de la vista directa de la cámara infrarroja, se pudieron identificar patrones de falla “ típicos” que causan anomalías térmicas cuando se desarrolla una falla interna para los diferentes tipos de equipamiento examinado, pudiendo ser prevenida la ocurrencia de daños de mayor envergadura y la probable salida de servicio de los equipos involucrados.
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2.6 Resultados Obtenidos
termográficas en conjunto con pruebas funcionales en servicio ejecutadas en forma anual, mediante las cuales se determina la necesidad o no de su salida de servicio para ejecutar acciones correctivas. Del mismo modo, para el caso de seccionadores puente, se determinó llevar a cabo su mantenimiento a partir de determinaciones predictivas efectuadas por termografía infrarroja y solo son sacados de servicio por mantenimiento de detectarse alguna anomalía térmica. De esta forma, se optimizaron las estrategias de mantenimiento empleadas sobre más del 60% de este tipo de equipamiento, con la consiguiente disminución de salidas de servicio e indisponibilidad de instalaciones y la reducción de costos operativos y de mantenimiento. En tales casos, la ejecución de inspecciones termográficas en conjunto con otras tareas, pasó a constituir una importante herramienta para el monitoreo de la condición de este tipo de equipamiento. La realización de tareas para la adecuación en servicio de anormalidades térmicas en puntos visualmente expuestos, mediante la ejecución de trabajos con tensión, principalmente para el caso de limpieza de contactos de seccionadores ( Fig. 10 ) (donde se detectaron una cantidad importante de “puntos calientes”), ha extendido la aplicación de la técnica termográfica en el mantenimiento por condición.
El análisis de la evolución en el tiempo de las anormalidades térmicas detectadas, indica una tendencia creciente a la reducción respecto a la cantidad total de elementos inspeccionados para todos los niveles de criticidad ( Fig. 9).
8 7 6 5 4 3 2
Tot. Anorm. Detect. < 75°C
1 ≥
0 9 9 9 1
0 0 0 2
≥ 1 0 0 2
2 0 0 2
3 0 0 2
≥ 4 0 0 2
75°C
100°C
130°C
5 0 0 2
Fig. 9 - Evolución de anormalidades térmica por niveles de criticidad (en por mil de elementos inspecci onados)
En todos los casos, a medida que la experiencia y los conocimientos adquiridos fueron volcados en la mejora de las prácticas de mantenimiento, la totalidad de anormalidades térmicas fueron decreciendo en cantidad y nivel de criticidad. La disminución de anormalidades se encuentra influenciada por su detección temprana y su adecuado direccionamiento mediante salidas de servicio programadas, previniendo que las anomalías puedan evolucionar hacia un nivel de mayor severidad. La experiencia alcanzada mediante la aplicación sistemática de esta técnica, permitió focalizar las tareas desarrolladas durante la ejecución de los mantenimientos preventivos programados, introduciendo mejoras en su ejecución, además de mejorar las prácticas de mantenimiento a partir de la experiencia alcanzada y lograr una mayor concientización en los equipos de mantenimiento respecto a las acciones ejecutadas. Las actividades de mantenimiento desarrolladas sobre una importante cantidad de equipamiento, fueron además modificadas. En el caso de los seccionadores de AT, sus programas de mantenimiento originalmente basados en tiempo (preventivos periódicos) fueron llevados en su mayoría a mantenimiento por condición, a partir de su diagnóstico mediante inspecciones termográficas. En subestaciones con más de un juego de barras de AT, el mantenimiento de los seccionadores de barra pasó a efectuarse aplicando una rutina basada en la realización de inspecciones
Fig. 10 - Contacto de seccionador y termografía infrarroja de anormalidad térmica detectada sobre este elemento.
El desarrollo en forma generalizada de esta metodología de trabajo, contribuye en gran medida a minimizar las salidas de servicio por mantenimiento, mediante la ejecución conjunta de inspecciones termográficas, pruebas funcionales y adecuaciones en servicio. Como consecuencia, a partir de los desarrollos alcanzados y los resultados obtenidos, el empleo de la termografía infrarroja representa un componente central de los planes de mantenimiento de subestaciones de Alta Tensión de la compañía.
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3. CONCLUSIONES
para la identificación de mecanismos de falla en equipamiento de subestaciones, caracterizados por la generación de anomalías térmicas y profundizar su aplicación como herramienta de diagnóstico no invasiva en el mantenimiento predictivo de equipos e instalaciones, extendiéndola al equipamiento perteneciente a los sistemas de transmisión y generación de energía eléctrica.
El uso de termografía infrarroja como estrategia predictiva de mantenimiento, contribuye a prevenir la ocurrencia de averías mayores mediante la detección de áreas posibles de desarrollo de fallas. En este trabajo, se presentaron la experiencia y logros alcanzados en Edenor en el desarrollo de la técnica, a partir de su aplicación en el mantenimiento predictivo de subestaciones transformadoras de Alta Tensión. La evaluación de anormalidades térmicas, referidas a la máxima carga admisible del equipamiento inspeccionado, posibilita proyectar su criticidad para dicha condición, controlar su evolución y definir prioridades para la toma de acciones correctivas. Para ello, deben emplearse factores de corrección que permitan estimar dicha criticidad en forma adecuada, considerando el actual nivel de demanda de las redes que limita las salidas de servicio por mantenimiento. El conocimiento de mecanismos de falla que generan anomalías térmicas, contribuye a detectar averías en su etapa inicial de desarrollo y encarar acciones de mantenimiento programadas, previniendo su evolución hacia niveles de mayor criticidad. Esto resulta particularmente importante para la identificación de patrones “ típicos” de comportamiento térmico cuando se desarrollan averías internas, dado que para muchos equipos, no existen otras metodologías que permitan un adecuado monitoreo de condición. El empleo de la técnica, además de contribuir a minimizar salidas de servicio y reparaciones de emergencia, permite también identificar una cantidad de problemas adicionales a ser solucionados durante los mantenimientos preventivos periódicos e introducir mejoras en las prácticas de mantenimiento, optimizando su gestión. Las aplicaciones prácticas y los logros obtenidos, demuestran que la termografía infrarroja constituye un método efectivo para detectar anomalías en los sistemas de distribución eléctrica no detectables por otros métodos, contando con un importante campo de desarrollo por delante. Se plantea entonces la propuesta de continuar desarrollando reglas de conocimiento específicas
4. REFERENCIAS [1] [2] [3]
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