Análisis de fallas de descarga de barras de subestación y sus soluciones

1. Métodos para la Detección de Descargas en Barras Colectoras

1.1 Prueba de Resistencia a la Insulación

La prueba de resistencia a la insulación es un método simple y ampliamente utilizado en las pruebas de aislamiento eléctrico. Es altamente sensible a los defectos de aislamiento de tipo a través, a la absorción general de humedad y a la contaminación superficial, condiciones que típicamente resultan en valores de resistencia significativamente reducidos. Sin embargo, es menos efectiva para detectar el envejecimiento localizado o fallas de descarga parcial.

Dependiendo de la clase de aislamiento del equipo y de los requisitos de prueba, los comprobadores de resistencia a la insulación comunes utilizan voltajes de salida de 500 V, 1,000 V, 2,500 V o 5,000 V.

1.2 Prueba de Voltaje de Resistencia AC a Frecuencia de Red

La prueba de voltaje de resistencia AC aplica una señal de alta tensión AC—superior al voltaje nominal del equipo—al aislamiento durante un período especificado (típicamente 1 minuto, a menos que se indique lo contrario). Esta prueba identifica eficazmente defectos locales de aislamiento y evalúa la capacidad del aislamiento para soportar sobretensiones en condiciones reales de operación. Es la prueba de aislamiento más realista y decisiva para prevenir fallas de aislamiento.

Sin embargo, es una prueba destructiva que puede acelerar defectos de aislamiento existentes y causar degradación acumulativa. Por lo tanto, los niveles de voltaje de prueba deben seleccionarse cuidadosamente de acuerdo con GB 50150–2006 Código para la Prueba de Aceptación de Equipos Eléctricos en Proyectos de Instalaciones Eléctricas. Los estándares de prueba para aislamiento de porcelana y orgánico sólido se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Estándares de Voltaje de Resistencia AC para Aislamiento de Porcelana y Orgánico Sólido

Existen varios métodos de voltaje de resistencia AC, incluyendo pruebas a frecuencia de red, resonancia serie, resonancia paralela y resonancia serie-paralela. Para la prueba de descarga en barras colectoras, la prueba estándar de voltaje de resistencia AC a frecuencia de red es suficiente. La configuración de la prueba debe determinarse según el voltaje de prueba, la capacidad y el equipo disponible, generalmente utilizando un conjunto completo de prueba de alta tensión AC.

1.3 Prueba Infrarroja

Todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten continuamente radiación infrarroja. La cantidad de energía infrarroja y su distribución de longitud de onda están estrechamente relacionadas con la temperatura superficial del objeto. Al medir esta radiación, la termografía infrarroja puede determinar con precisión la temperatura superficial, formando la base científica de la medición de temperatura infrarroja.

Desde la perspectiva de la monitorización y diagnóstico infrarrojo, las fallas en equipos de alta tensión pueden clasificarse en dos categorías: externas e internas. Las fallas externas ocurren en partes expuestas y pueden detectarse directamente utilizando instrumentos infrarrojos. Las fallas internas, sin embargo, están ocultas dentro del aislamiento sólido, aceite o carcasa y son difíciles de detectar directamente debido al bloqueo por materiales aislantes.

El diagnóstico infrarrojo de la descarga en barras colectoras implica la medición de temperatura, el cálculo de la diferencia de temperatura relativa (teniendo en cuenta la temperatura ambiente) y la comparación con barras colectoras en funcionamiento normal. Esto permite la identificación intuitiva de ubicaciones de sobrecalentamiento y descarga.

2. Aplicación de Nuevas Tecnologías

2.1 Tecnología de Imagen Ultravioleta (UV)

Cuando la tensión eléctrica local en equipos energizados supera un umbral crítico, se produce la ionización del aire, lo que lleva a la descarga de corona. Los equipos de alta tensión a menudo experimentan descargas debido a un diseño, fabricación, instalación o mantenimiento deficiente. Dependiendo de la intensidad del campo eléctrico, esto puede resultar en corona, flashover o arco. Durante la descarga, los electrones en el aire ganan y liberan energía, emitiendo luz ultravioleta (UV) cuando se libera la energía.

La tecnología de imagen UV detecta esta radiación UV, procesa la señal y la superpone sobre una imagen de luz visible mostrada en una pantalla. Esto permite la localización precisa y la evaluación de la intensidad de la corona, proporcionando datos confiables para evaluar la condición del equipo.

2.2 Ensayo Ultrasonoro (UT)

El ensayo ultrasonoro (UT) es un método de inspección industrial portátil y no destructivo. Permite la detección rápida, precisa y no invasiva, la localización, la evaluación y el diagnóstico de defectos internos como grietas, vacíos, porosidad e impurezas, tanto en laboratorios como en entornos de campo.

Las ondas ultrasonoras son ondas elásticas que se propagan a través de gases, líquidos y sólidos. Se categorizan por frecuencia: infrasonido (<20 Hz), sonido audible (20–20,000 Hz), ultrasonido (>20,000 Hz) y ondas hipersónicas. El ultrasonido se comporta de manera similar a la luz en términos de reflexión y refracción.

A medida que las ondas ultrasonoras viajan a través de un material, los cambios en las propiedades acústicas y la estructura interna afectan la propagación de las ondas. Al analizar estos cambios, el ensayo ultrasonoro evalúa las propiedades del material y la integridad estructural. Los métodos comunes incluyen transmisión directa, eco-pulso y técnicas en tándem.

Los detectores digitales de defectos ultrasonoros emiten ondas ultrasonoras en el objeto de prueba y analizan las reflexiones, los efectos Doppler o la transmisión para obtener información interna, que luego se procesa en imágenes. Esta tecnología es altamente efectiva para evaluar la condición del aislamiento de las barras colectoras de alta tensión en operación.

3. Soluciones Específicas para la Descarga en Barras Colectoras de Alta Tensión

Si la descarga anormal en barras colectoras de alta tensión no se aborda de manera oportuna, puede llevar a un sobrecalentamiento del aislamiento, eventualmente a la falla del aislamiento y, incluso, a grandes apagones. Por lo tanto, las fallas de descarga deben resolverse rápidamente y prevenirse proactivamente.

3.1 Pruebas Estrictas de Puesta en Marcha y Aceptación

Muchas fallas de descarga en barras colectoras se originan por mala ejecución o falta de responsabilidad durante la construcción. El personal de pruebas debe seguir estrictamente los códigos y estándares durante las pruebas de aceptación de nuevos equipos, identificando riesgos potenciales de descarga temprano y corrigiéndolos antes de la puesta en marcha.

3.2 Reemplazo de Aisladores de Barras Colectoras en Envejecimiento

La mayoría de las descargas operativas en barras colectoras se deben al envejecimiento de los aisladores de soporte. Debe mantenerse un inventario detallado y los aisladores deben reemplazarse según la vida útil para asegurar una resistencia adecuada del aislamiento.

3.3 Análisis Integral Utilizando Pruebas de Aislamiento y Diagnóstico

Las pruebas de aislamiento pueden detectar eficazmente fallas de descarga graves. Sin embargo, para descargas en etapa temprana o ocultas, se requieren métodos de diagnóstico avanzados, como la termografía infrarroja, la imagen UV y el ensayo ultrasonoro, para la detección y intervención tempranas. Por lo tanto, un análisis integral que combine pruebas de aislamiento y pruebas de diagnóstico es esencial para prevenir y mitigar eficazmente las fallas de descarga en barras colectoras.