Análisis de fallos de aislamiento interno en equipos GIS y métodos de prueba de aislamiento

Puntas de Conductor de Alta Tensión

Durante la instalación de conductores de alta tensión, los golpes o arañazos accidentales pueden causar puntas metálicas en la superficie del conductor, como se muestra en la Figura 1. Bajo voltaje de frecuencia de red, el efecto de ionización de los campos eléctricos altos en las puntas genera partículas cargadas, que pueden suprimir la descarga parcial (DP) o el fallo. Sin embargo, bajo voltaje de impulso, el proceso de ionización inducido por el fuerte campo eléctrico no tiene tiempo suficiente para desarrollarse, lo que hace más probable que ocurran DP y fallos.

Contaminantes en la Superficie del Aislador

Durante el ensamblaje de GIS, la limpieza in situ a menudo es insuficiente, permitiendo que el polvo entre en el GIS y se deposita en las superficies de los aisladores. En algunos casos, procesos de fabricación deficientes dejan residuos pegajosos en los aisladores. Estos defectos con frecuencia causan fallos durante las pruebas de resistencia al voltaje in situ. La energía liberada durante el fallo generalmente elimina los contaminantes, lo que dificulta encontrar cualquier rastro en la superficie del aislador u otros componentes durante el análisis de desmontaje post-fallo. La Figura 2 muestra un aislador que experimentó un fallo in situ, sin anomalías visibles en su superficie.

Componentes Metálicos Sueltos

Durante el transporte o la operación, las vibraciones mecánicas pueden causar que tapas protectoras, otros componentes metálicos y tornillos de fijación se aflojen. Un mal contacto eléctrico en tales casos lleva a descargas parciales (DP), que con el tiempo pueden escalarse en accidentes de fallo. La Figura 3 ilustra la estructura de instalación de una tapa protectora propensa a estos problemas.

Polvos Metálicos Dentro de la Caja

Durante el transporte o la operación, las vibraciones mecánicas pueden causar fricción entre los componentes metálicos, generando polvos metálicos. Una higiene inadecuada en el sitio durante la instalación puede dejar polvo o partículas metálicas en la superficie interna de la caja. Además, las descargas parciales debido a un mal contacto eléctrico pueden producir partículas de metal o compuestos metálicos. La Figura 3 muestra polvos generados por la descarga de un mal contacto en una tapa protectora. Durante la operación, el salto de polvos metálicos puede llevar a accidentes de fallo.

Métodos de Prueba de Defectos de Aislamiento en GIS
Prueba de Resistencia al Voltaje

Las pruebas de resistencia al voltaje son necesarias durante la entrega y después de grandes reparaciones. DL/T 555-2004 Directrices para Pruebas de Resistencia al Voltaje e Inspección de Aislamiento de Equipos de Interruptor Metal-Encerrado a Gas Inertizado en Sitio especifica los requisitos y métodos para las pruebas in situ [4]. El voltaje alterno es sensible a partículas conductoras libres y otras impurezas, lo que lo hace adecuado para detectar defectos como contaminantes en la superficie de los aisladores, componentes metálicos sueltos y polvos metálicos dentro de la caja. El voltaje de impulso, eficaz para identificar contaminantes y estructuras anormales de campo eléctrico, es ideal para detectar puntas metálicas y polvos metálicos internos.

Prueba de Descarga Parcial (DP)

Durante las pruebas de resistencia al voltaje in situ, se debe realizar simultáneamente la medición de DP. El método de corriente de pulso es actualmente el enfoque principal para medir señales de DP bajo voltaje de prueba de frecuencia de red. Sin embargo, este método a menudo no detecta defectos como puntas metálicas y polvos metálicos internos. Por lo tanto, es necesario realizar la medición de DP durante las pruebas de resistencia al voltaje de impulso. Para evitar interferencias en el circuito de prueba bajo voltaje de impulso, se pueden utilizar métodos de detección de alta frecuencia, ultra-alta frecuencia (UHF) o ultrasonido.

Detección de DP en Viva y Monitoreo en Línea

Para defectos como componentes metálicos sueltos y polvos metálicos generados durante la operación, se debe implementar activamente la detección de DP en viva y el monitoreo en línea. Dependiendo de los principios de los sensores, los métodos de detección en viva incluyen técnicas UHF y ultrasonido. La detección en viva es adecuada para inspecciones periódicas, mientras que el monitoreo en línea es ideal para rastrear defectos conocidos.

Conclusiones y Perspectivas

Los defectos de aislamiento internos en GIS incluyen principalmente cuatro tipos: puntas de conductor de alta tensión, contaminantes en la superficie del aislador, componentes metálicos sueltos y polvos metálicos internos. Para prevenir que estos defectos se escalen en fallos, se deben realizar pruebas de aislamiento y detección de DP durante la entrega y la operación. Para defectos comunes como puntas metálicas y polvos durante las pruebas de entrega, se debe priorizar la detección de DP bajo voltaje de impulso.