Método no eléctrico
También llamado
«método acústico» para el que se aplicará.
Una descarga
parcial (DP) se caracteriza por una liberación muy brusca de energía (pulsación)
que se desplaza por el medio, en forma de una onda de presión. El espectro de
frecuencias de esta onda, va desde la frecuencia audible hasta algunos MHz
(ultrasonidos).
Figura
6: Detector ultrasónico del Efecto Corona
Al propagarse
por el medio, esta onda tiene una atenuación que depende de la naturaleza del
medio y de la frecuencia.
Si el medio
donde se ha producido la DP es el aire (caso de efecto corona en líneas) las frecuencias
audibles se propagan mejor (se atenúan menos) que las frecuencias superiores
(figura 6).
Si el medio
donde se ha producido la DP es un sólido, un líquido o una combinación de
ambos, las frecuencias superiores se atenúan menos (se propagan mejor) que las frecuencias
más bajas.
En el caso concreto
de los transformadores en baño de aceite (conjunto o combinación de medio
sólido y medio líquido) los datos obtenidos del estudio del proceso de la DP apuntan
a una acumulación de energía en la banda de frecuencia centrada en los 150 kHz.
El método consiste
en captar estas ondas y evaluar su «energía relativa» que es proporcional a la
energía de la DP que las ha originado (figura 7).
Figura
7: Sensor ultrasónico colocado en la pared de la cuba de un transformador
Tal como pasa
con el concepto de carga aparente, la energía relativa no es igual a la energía
realmente liberada por la DP pero al serle proporcional, es utilizable para medir
el nivel de DP. Esta energía relativa se expresa en valor adimensional, o sea,
no referido a ninguna unidad de la física. Se trata, de medidas arbitrarias
enteras llamadas «pulsos» (o «counts» en inglés).
Los equipos,
basados en este método, para la medida
de la DPs en transformadores en baño de aceite se componen de:
- un sensor ultrasónico (transductor piezoeléctrico) que se adosa a las paredes del transformador y capta la onda generada por la DP. Este sensor acostumbra a estar diseñado para un paso de banda estrecho centrado en los 150 kHz. Es del tipo resonante a esta frecuencia, de forma que su sensibilidad es máxima en la banda de los 150 kHz,
- aparato o monitor electrónico digital, el cual está conectado al sensor piezoeléctrico. Amplifica la señal captada por el sensor, la procesa y computa su energía relativa. Es el instrumento de medida (digital o analógico). El aparato tiene un selector de niveles de amplificación de la señal, expresados en dB,
- osciloscopio conectado a este aparato electrónico para visualizar en su pantalla la señal analógica captada, una vez amplificada.
Los equipos
actuales tienen además otras prestaciones como:
- memorización de las lecturas efectuadas,
- autocalibración para asegurar la repetibilidad de las medidas hechas, a los efectos de la correcta comparación con medidas anteriores o futuras,
- salida para transmisión de los datos y valores medidos, a un ordenador (PC) compatible con programa de gestión de sonidos.
Son equipos
portátiles, concebidos para hacer medidas «in situ».
En este método
de medida se presenta también el problema de las perturbaciones (interferencias).
El sensor piezoeléctrico, además de la onda ultrasónica generada por la DP capta
también otras ondas de frecuencia, distintas a la DP que distorsionan la
medida. En la figura 2, se han especificado las posibles procedencias de las perturbaciones,
bastante frecuentes en las instalaciones de alta tensión. Se les llama «ruidos»
o «ruidos de fondo».
Con el fin de
discriminar y minimizar estos «ruidos» ajenos a la onda de DP, el equipo filtra
todas las frecuencias exteriores a la banda de los 150 kHz. De esta manera, aunque
no eliminan totalmente los «ruidos», la relación de amplitudes «señal DP/ruido»
es mucho más elevada, ya que según lo indicado, el sensor piezoeléctrico tiene
su máxima sensibilidad en la citada banda de frecuencia.
También ayuda a
discriminar en los oscilogramas, la señal correspondiente a la DP de las correspondientes
a los «ruidos», el hecho de que las descargas parciales son periódicas. Con la
tensión de 50 Hz presentan máximos cada 10 ms o sea, a cada máximo, positivo o
negativo, de la tensión. Las señales correspondientes a los ruidos acostumbran
a ser más desordenadas o aleatorias.
Como ejemplo se
anexan algunas imagenes de DPs obtenidos con este método de medida. (Figura 8).
En los nº 1 a 5
se observa esta periodicidad de las DPs. corresponden al caso de DPs relativamente
importantes.
Los nº 7 a 9
corresponden al caso de DPs poco importantes o casi inexistentes.
Situaciones
intermedias corresponden a los casos 6 y 10.
Figura 8: Imágenes de DPs procesadas en ordenador
Hay que tener en cuenta que la energía detectada por el
captador depende de los siguientes factores:
- para una DP de intensidad determinada, la amplitud de la onda que llega al captador es función del camino de la descarga y de la atenuación de la onda hasta llegar al sensor, el cual a la vez depende del medio de propagación y de la distancia entre el lugar de la DP y el sensor,
- duración de la señal. La energía no solo es función de la intensidad de la señal sino también del tiempo de duración,
- frecuencia de aparición de la señal. Mayor frecuencia significa mayor energía,
- nivel de amplificación (dB) de la señal.
De todo esto se desprende, que los valores medidos de la
energía relativa no pueden ser considerados en un sentido absoluto.
Ahora bien por comparación con valores de referencia (por
ejemplo otros transformadores medidos) pueden revelar un orden o nivel de
gravedad.
En este método, y más que en el basado en la medida de la
carga aparente «q», lo más importante es la comparación de los valores
obtenidos con las anteriores medidas o sea, la evolución temporal o tendencia.
Lógicamente, las sucesivas medidas, para que sean comparativas
se han de hacer en las mismas condiciones de:
- situación del sensor piezoeléctrico en el transformador,
- tensión y frecuencia de alimentación del transformador,
- nivel de amplificación de la señal.
En relación a la posibilidad de establecer una
correlación entre los valores obtenidos con el método de medida de la carga aparente
«q» en pC, y el de medida de la energía relativa en «pulsos» o «counts», hace
falta decir lo siguiente, refiriéndonos concretamente a los transformadores en baño
de aceite.
La medida del contenido de DPs se hace en la fábrica constructora o en un
laboratorio, antes de la entrega al comprador, y sirve para comprobar que el
valor obtenido no sobrepasa el máximo admisible indicado por la norma, o bien
acordado previamente con el comprador. Desde este punto de vista, el valor en
pC es definitorio en sí mismo, aunque no se hagan posteriores medidas.
En otro aspecto, el valor medido en pC, es un valor
global de las DPs de todo el transformador o bien de las de cada fase, si la
medición se hace fase por fase. En la práctica, no es factible mejorar la discriminación.
La medida en pulsos de energía relativa para el
sensor piezoeléctrico, se realiza en el lugar de la instalación cuando el transformador
ya lleva un cierto tiempo en servicio, y de manera periódica, por ejemplo incluida
en el programa de mantenimiento preventivo o predictivo.
En otro aspecto, los valores medidos corresponden
a puntos concretos del transformador, según donde se coloca el captador piezoeléctrico.
Esto que según se explica seguidamente, es una de las grandes ventajas de este
método, hace en cambio inviable establecer una correlación con los valores
medidos en pC.
Según ya se ha indicado antes, la medida en
«pulsos» de energía relativa tiene como objetivo primero el seguimiento de la tendencia
o evolución temporal del estado de los aislamientos en lo que concierne a las
DPs, a base de medidas en intervalos de tiempo.
Ventajas
del método no eléctrico
Este método de medida no eléctrico de las DPs en
pulsos de energía relativa presenta dos importantes ventajas:
- posibilidad de medida en el lugar de la instalación y con el transformador en servicio. Aspecto ya explicado,
- posibilidad de localizar la zona o zonas del transformador donde se producen las DPs. Esta ventaja está implícitamente indicada en la ya nombrada norma IEC 60270.
Se va colocando el captador en diferentes puntos
de las paredes y del fondo del transformador y se van haciendo medidas, con el mismo
nivel de amplificación de la señal.
La misma comparación entre los valores obtenidos
en los diversos puntos puede dar ya una primera indicación («pista»), puede aparecer
un valor significativamente elevado, etc.
Para realizar una exploración sistemática se
recomienda ir colocando el captador en puntos de las paredes del transformador
en intervalos de 1,5 m aproximadamente. También colocarlo en el fondo de la
cuba.
Si se trata de un transformador de gran potencia
esta medida sistemática puede resultar las primeras veces laboriosa, para
medidas sucesivas es posible simplificar la medida eliminando los puntos de
valores bajos y concentrándose los puntos de valores altos,
La experiencia de cada caso determina la política
a seguir.
FUENTES:
Boletin Tettex Instruments: Medición de Descargas
Parciales
Robinson Instruments: Discharge Detection Systems
Robert Capella: Medición del nivel de descargas
parciales
International Standard
IEC 60270. High voltage test techniques - partial discharge measurements.
POSTS RELACIONADOS:
Técnicas de medida de las Descargas Parciales (Parte 1ª)
¿Qué son las descargas parciales?
Efecto Corona en líneas de Alta Tensión
Descargas parciales en transformadores secos
encapsulados
Ensayos de Descargas Parciales (DP’s) en equipos
de Alta Tensión
No hay comentarios:
Publicar un comentario