Diagnóstico de Descargas Parciales el método moderno para la gestión de activos de Media y Alta tensión.

Mantenimiento preventivo:Máquinas rotativas de M.T.Subestaciones (Transformadores, Celdas, Cables, Terminales)

Ing. Pablo Stratta

Obras Eléctricas

Obra Civil Grandes superficies, Centros Hospitalarios ,locales de subestación, Centros educativos, locales comerciales.

Obras de redes de comunicaciones

Mantenimiento eléctrico

Preventivo y correctivo:

Redes de distribución

Subestaciones

Máquinas rotativas

Diagnóstico de Descargas Parciales el método moderno para la gestión de activos de Media y Alta tensión.

• La economía actual exige suministros de energía constante y de alta calidad.

• Para asegurar la confiablidad de cables, Transformadores y Generadores es vital controlar el estado de la aislación en forma periódica.

• Daños en la aislación pueden implicar costos muy importantes y comprometer la seguridad.

• Las descargas parciales son roturas en una pequeña porción del aislamiento normalmente en cavidades, espacios o huecos en el aislamiento interiores al mismo o adyacentes a los conductores o ranuras

• Las descargas parciales cuando son internas producen deterioros mayores por arborescencias eléctricas.

Descargas Parciales SuperficialesPuede ocurrir en superficies de materiales aislantes si el campo eléctrico es alto, y puede provocar Tracking del aislamiento

Descargas Parciales internasPuede ocurrir en el interior del aislante grietas, vacíos o contaminantes y pueden eventualmente desencadenar el arborescencias eléctricas.

Descargas Coronaoriginado en puntas o protrusiones o en las conexiones de HV, normalmente no es dañino.

DP distintos fenómenos

Requieren de aislantes para reducir tamaño.

Aislante. Es un material en el que los electrones de sus átomos se encuentran fuertemente unidos a sus núcleos. El desplazamiento de electrones (y por tanto la corriente eléctrica) es prácticamente impedido al aplicar una tensión entre dos extremos del aislante. La corriente se puede considerar despreciable.

Aislante: nube deelectronesfuertemente ligada alos protones.

Descargas Parciales en máquinas rotativas

El aislamiento aunque no contribuye a crear par en las máquinas rotativas, tiene funciones vitales que incluyen:1) Proporcionar la rigidez dieléctrica precisa entre laspartes activas y tierra, y por tanto optimizar lostamaños en las máquinas (Aire =3kV/mm vs.Aislante=300kV/mm).2) Facilitar la transferencia y eliminación del calor alexterior desde las partes activas 3) Contribuir a estabilidad térmica, mecánica y envejecimiento acotados.

D.P. en máquinas rotativas M.T.

En relación con el resto de elementos que componen elestator (cobre, chapa magnética...), el aislamiento es elmás débil a la acción de los esfuerzos a los que estasometida la maquina, tales como vibración, calor, tensión,etc., por lo que …

GENERALMENTE EL ESTADO DEL SISTEMAAISLANTE DEFINE LA VIDA REMANENTE deldevanado del estator.

D.P. en máquinas rotativas M.T.

• ¿Y las descargas parciales: qué tienen que ver contodo esto?

• Si el aislamiento fuera perfecto; su diseño, su fabricación, si no envejeciera, si no se dañase… las máquinas reducirían sus problemas a los aspectos mecánicos.

• El mundo real es bien distinto y los aislamientos están expuestos a diversos mecanismos de degradación…

• Degradación por mecanismos TEAM. Térmicos, Eléctricos, Ambientales y Mecánicos.

En los aislamientos imperfectos existendiscontinuidades de los mismos en las que se generaríandescargas parciales.

D.P. en máquinas rotativas M.T.

Descargas Parciales o DP: Puentean temporariamente parcialmente el aislamiento. Estas descargas se producirán en cavidades, espacios o huecos en el aislamiento interiores al mismo o adyacentes a los conductores o ranuras de estator (tierra). La descarga es parcial, no es ruptura: el resto del aislamiento puede seguir cumpliendo con su función.

Ejemplo debolsas de aire

entrelaminaciones del

aislamiento,huecos, voids...

D.P. en máquinas rotativas M.T.

¿ Cual es el efecto de las DP?Contribuyen a dañar componentes orgánicos delaislamiento. El ozono producido también causa daños.

¿ Por cuanto tiempo?La acción de las DP en un generador puede prolongarse por varios años,dependiendo de la tensión nominal, gracias a la mica.

D.P. en máquinas rotativas M.T.

La causa habitual de las descargas son Defectos en elaislamiento:• Burbujas, huecos, grietas en interior del aislamiento.• Impurezas y elementos extraños.• Errores de diseño en el sistema de aislamiento.• Degradación de la homogeneidad en el aislamiento(espacios cobre-aislamiento o aislamiento-chapa).

Cavidades en aislamientodebidas a defectos en elproceso de fabricación.

D.P. en máquinas rotativas M.T.

Se producen una serie de efectos físicos :

• Transitorio brusco de corriente (emisión conducida).• Emisión electromagnética (emisión radiada).• Ruido normal y ultrasonidos (emisión acústica).• Emisión ultravioleta (emisión luminosa).• Emisión de ozono (cambio químico).

Estos efectos físicos nos van a permitir detectar las descargas por distintos métodos que podemos clasificar en directos e indirectos:

Descargas Parciales

DESCARGAS PARCIALES. ¿Cómo medirlas?.

DIRECTOS• Transferencia de carga eléctrica (métodos eléctricos, condensador)• Radiación electromagnética (sondas / antenas)• Ruido debido a ondas de presión (detección ultrasonido)

INDIRECTOS• Aumento local de la temperatura• Pérdidas dieléctricas (tg δ, capacidad y tip-up)• Radiación visible y ultravioleta (Detección óptica)

Descargas Parciales

Las descargas parciales producen pérdidas y degradación

en el dieléctrico. Estos efectos se pueden evaluar mediante el ensayo de tangente de delta y la determinación de la capacidad con el mismo equipo de ensayo.

La realización del ensayo a distintas tensiones “Tip-up” nos permitirá confirmar la existencia de descargas parciales.

Aislante eléctrico en equipos M.T. y A.T.Tangente delta

Puente Schering automático

¿Qué sensores o captadores utilizar?

Capacitivos1000-10000 pF algunos con núcleo cerámico recubierto deresina epoxídica.

80 pF (> 40 MHz) en resina epoxídica y mica.

Ultrasonidocaptador piezoeléctrico por debajo de 1 MHz.

Transformadores de Radiofrecuencia (HFCT).Captador inductivo. Muestras de la corriente en alta frecuencia

Descargas Parciales

Sensores.Captan la alta frecuencia de la señal y serán insensibles a la frecuencia dered y sus armónicos. Banda kHz...1GHz.

Instrumento. Convierte la información de los pulsos del mundo analógico al digital; discrimina pulsos; cuenta pulsos en cada rango de magnitud; analiza fase (respecto a red). Los primeros sistemas pasaban la información directamente a osciloscopio o analizador de espectros.

¿El equipo de medida de qué se compone?

Descargas Parciales

Para el estudio de Descargas Parciales el aislante EUT (Equipment Under Test) puede ser representado por el circuito“abc” :

c=capacidad de la cavidadb=capacitad del dieléctrico en serie con la cavidada=capacidad del resto del sistema de aislación

Para la evaluación de la DP un condensador de acoplamiento (Ck) es instalado para forzar la corriente PD fueradel EUT.

Durante la DP se crea un desequilibrio de voltaje por el cortocircuito producido en C por la DP.

La fuente puede ser analizada como un circuito abierto en este transitorio.

Se mide la carga aparente

La sensibilidad puede ser baja si el Ck no essuficientemente grande.

Descargas Parciales

Calibración

Como medir carga de DP según IEC 60270

UNIDADES DE MEDIDA

• Pulsos por cicloConteo de pulsos en la unidad de tiempo. Tiene una relación directa con la cantidad de huecos o lo que es lo mismo, con la extensión del daño.

Descargas Parciales

UNIDADES DE MEDIDA

• Polaridad/Angulo de Fase. Respecto a la frecuencia de red.Tiene relación con la ubicación de la anomalía, interna , superficial, corona, decir, con el tipo de daño.

Descargas Parciales

Tecnología TECHIMP

Tecnología TECHIMP

Clasificación por mapa T – FCada pulso adquirido es representad o por dos parámetros

Tecnología TECHIMP

CLASIFICACION Y SEPARACION

Tecnología TECHIMP

Adquisición de descargas parciales en un empalme de un cable de 150KV.Aparentemente no se detectan D.P.Hay 2 grupos (Cluster) en el mapa T-F

Hay algo debajo del ruido !!

DP descubierto debajo del nivel de ruido

FUENTES DE DP EN MAQUINAS ROTATIVAS

Micro cavidades:Cavidades internas en el sistema de aislamiento.Este defecto está presente en cualquier máquina debido a imperfecciones inevitables en el proceso de impregnación.

Fenomeno DP

Descargas Parciales en Maquinas rotativas

FUENTES DE DP EN MAQUINAS ROTATIVAS

Fenomeno DP

Delaminación del conductor:Debido al desprendimiento del aislamiento del electrodo HV queda una cavidad entre el electrodo de HV y el aislamiento. Es importante detectar esta falla por que el aire disminuye la conductividad térmica del sistema de aislamiento generando puntos calientes y sobrecalentamiento.

DP en Ranuras Las descargas entre el aislamiento de la barra / bobina y el hierro del estatorerosionan el revestimiento semiconductor y el aislamiento

Fenomeno DP

DP en los huecos de aire barra - tierraEntre las barras y el Finger de presión en la región donde las barras / bobinasdejar el núcleo de hierro.

MODOS DE ENSAYO DE DP

Off-Line. Se utiliza una fuente de tensión (ej. transformador), y generalmente detector DP en baja frecuencia. Todo el devanado se energiza a la misma tensión y por tanto puede detectar problemas localizados.

On-Line. Se efectúa durante operación normal de la maquina, usando sensores previamente instalados y por tanto no requiere fuente externa de tensión, no requiere parada. Detecta problemas generalizados resultantes del lento envejecimiento de la maquina.Ayuda a determinar cuando parar para hacer pruebas off-line.

Caso de ejemplo:

Medida DP On line:Generador 15Kv Turbina a gas enfriamiento en aire

Descargas externas inducidas desde fase W

Micro cavidades distribuidas en fase U

Descargas entre barras o barras a tierra

Rastros de PD fueron encontrados en 12 de las 60 ranuras

DP en Ranuras(SLOT PD)

Resultado de la inspección de medida online de DP:

Maquina afectada por:

Micro cavidades distribuidas en las tres fases:

Descargas entre barras en fase U:

Descargas de Slot:

Proceso inevitable en los modernos sistemas de aislamiento termo endurecibles

Pueden degradar, a lo largo del tiempo, tanto el sistema de Stress Grading como la protección de revestimiento de ranura en la región donde las barras abandonan el núcleo de hierro

Fenómeno peligroso que requiere inspección y mantenimiento

Examinando cables subterráneos de M.T.Ensayo y diagnóstico VLF

El ensayo DC en el pasado

Ensayo VLF implementado desde 1996

IEEE400-2012… no se recomienda el ensayo DC en cables XLPE

Diagnóstico VLF TD/DP: el método moderno de gestionar activos

Extracto de la norma IEEE 400.2-2001,

Fig. 6 – diagrama fasorial de un material dieléctrico

con altas pérdidas

IR Detección de

arborescencias de

agua

=U R

C

² /

U². w

1w C R

Factor de disipación tan d = potencia real

potencia reactiva=

Tangente delta en cables M.T.

Arborescencias acuosas y otros problemas

Arborescencias eléctricas :• Descargas parciales• Etapa final antes de la falta

Arborescencias acuosas : • No hay descargas parciales• Corrientes de fuga

Arborescencias acuosas provocan arborescencias eléctricas.

Tangente delta y Descargas Parciales en cables M.T.

El diagnóstico de descargas parciales

permite:

Evaluar de forma rápida y fiable la

intensidad de la Descarga Parcial y la

ubicación de la fuente DP

Detectar los puntos débiles y las zonas

dañadas

Proporcionar a los usuarios una ilustración

gráfica clara de toda la longitud del cable

Diagnóstico de descargas parciales

Descargas Parciales en cables M.T.

Descargas Parciales en cables M.T.

Divisor Capacitivo

Descargas Parciales en cables M.T.

Descargas Parciales en celdas M.T.

Otros Ensayos en generador de BT /M.T.

– Resistencia de bobinados

– Ensayos en alta tensión continua

– IEEE 43, resistencia de aislación e Índice de

polarización

– IEEE 95, ensayo de tensión escalonada

– Termografía

– Ímpulso

Equipos de Subestación

– Transformador potencia

– Seccionadores

– Disyuntores

– Transformadores de medida y protección, tensión

y corriente

– Protecciones secundarias

– Sistema de puesta a tierra

Mantenimiento preventivo de subestaciones

Ensayos en transformadores

• Resistencia de bobinados

• Relación de transformación

• Resistencia de aislación

• Índice de polarización

• Corriente de excitación

• Capacidad y tangente delta

• Descargas parciales

• Frecuency Response Analysis (FRA)

• Termografías

Norma IEEE 62

Ensayos en aceitede transformador

Herramienta de diagnóstico muy importante

Muestras de:

– Cuba

– Conmutador bajo carga

Características aceite:

– Medio aislante

– Disipación de calor

Ensayos en aparatos de maniobra

• Resistencia de contactos

• Concordancia de tiempos de accionamiento

• Limpieza y lubricación

• Verificación del SF6

Mallas de tierra, puesta a tierra

Medidas :

• Resistividad a tierra.

• Tensión de toque.

• Tensión de paso.

Normas IEEE 80 y 81.2

• 39 años en el mercado Uruguayo.

• Equipo multidisciplinario de profesionales de reconocida experiencia.

• Capacidad de ingeniería de proyecto, montaje con suministro de equipos, puesta en marcha y mantenimiento.

• Capacidad de realización de Obra Civil y Redes de infra estructura ( Redes eléctricas, Fibra óptica, Gas, Agua, y Saneamiento).

• Empresas publicas y privadas.

MUCHAS GRACIAS

Por consultas:– Ing. Pablo Stratta Angeloni– 23088832

Av. Felix Olmedo 3524 - Montevideo– pastratta@cei.com.uy