Continuación del post: Controles y
Verificaciones eléctricas en Subestaciones
(Parte 3ª)
4.4.- Aisladores
4.4.1.-
El problema de la contaminación ambiental en los aisladores
Los contaminantes que contiene el aire son
perjudiciales potencialmente, cuando se les permite acumularse sobre los aisladores
de líneas y sobre las bornas de los equipos, pudiendo causar corrientes excesivas
de fuga, descargas y deterioros. Las empresas distribuidoras e industriales con
subestaciones de potencia a la intemperie están presentando cada vez más
atención a este problema.
Las pruebas de control demuestran que los
contaminantes conductores, tales como el polvo de carbón, las cenizas, partículas
metálicas y algunos productos cerámicos, reducen la resistividad de la superficie
del aislador cuando se acumulan sobre él, el resultado es el siguiente: Fugas
excesivas, Descargas, Interrupciones del servicio, Horas extraordinarias del
personal dedicado a la conservación, etc... Los contaminantes no conductores
son también causantes de averías, cuando la humedad es alta, alguno de estos
factores como el polvo industrial, cemento, etc..., absorben el agua, la
conductividad aumenta y tiene lugar una fuga de corrientes superficial en los
aisladores con posible avería.
El quitar dichos depósitos antes de que se produzca
una avería es otro problema de la conservación, cuando forman una costra sobre
los aisladores, hay que desenergizar las líneas y proceder a limpiezas
periódicas con tal frecuencia que resultan antieconómicas para la empresa.
4.4.2.-
Medida de la contaminación depositada en aisladores
Estas medidas tratan de determinar el momento en
que la contaminación depositada en el aislador puede alcanzar un valor
peligroso, teniendo en cuenta no sólo el tipo de contaminante sino la incidencia
atmosférica y geográfica de la subestación. Para ello, se pueden tomar muestras
sucesivas de la contaminación depositada y prever su evolución, lo que no
siempre es fácil, o medir el número y amplitud de las descargas superficiales
mediante un equipo apropiado, cuya información se procesa y registra de forma
continua mediante PC.
4.4.3.-
Soluciones alternativas al problema de la contaminación ambiental en
aisladores.
Los métodos más utilizados internacionalmente
son:
- El sobreaislamiento de aisladores.
- Lavado de aisladores.
- Empleo de grasas hidrófobas.
- Uso de aisladores con capa semiconductora.
- Eliminación de la fuente de contaminación.
El último método solo es posible aplicarlo cuando el tipo de contaminante es industrial y, además, se justifica económicamente.
4.4.3.1.-
Lavado de aisladores
El método de lavado de aisladores puede aplicarse
con el sistema energizado o desenergizado. Con sistema desenergizado solo es
justificable en subestaciones coincidiendo con el periodo de mantenimiento capital
de la misma, o en el caso que no es posible aplicar otro tipo de método por
razones técnicas, o cuando las características adhesivas del contaminante
exijan el uso de lavado con soluciones químicas para recuperar el aislamiento.
La técnica de lavado del aislamiento con la línea
energizada, comúnmente llamado “lavado en caliente”, es de gran uso a escala
internacional y fue utilizado por primera vez en Australia por, el año 1932 en
líneas de 33Kv. Donde el lavado natural no eliminaba el contaminante depositado
en el aislamiento. Posteriormente esta técnica se amplió al resto de los
países.
Este método consiste en aplicar al aislamiento un
chorro de agua a presión o elementos no conductores suaves (como la fibra de
maíz) para con esa acción eliminar el contaminante depositado en la superficie
de los aisladores. Estos métodos se consideran de gran efectividad para lograr
eliminar los contaminantes. En el caso del agua a presión para aquellos
contaminantes de poca adherencia a la superficie del aislamiento o de alta
solubilidad en agua, como pueden ser las sales, mientras que el otro que es un
lavado de superficie con arena, muy utilizado en la limpieza de buques,
edificios, etc., permite eliminar de la superficie del aislamiento
contaminantes que tienen una alta adherencia en la superficie del aislador,
como son el cemento o contaminantes provenientes de industrias químicas o
derivados del petróleo.
Figura 31: Limpieza de aisladores con
chorro de agua a presión
4.4.3.2.-
Uso o empleo de grasas hidrófobas
Esta es una de las medidas más usadas.
Figura 32: Limpieza y tratamiento de
aisladores con grasa hidrófoba
La solución a este problema de eliminación de
corrientes superficiales de fugas en los aisladores, se realiza a base de compuestos
siliconados, que no evitan que los contaminantes aéreos se depositen sobre los
aisladores, pero proporcionan a los mismos una superior resistencia superficial,
evitando la formación de películas continuas electrolíticas de agua en el aislador,
también absorben los contaminantes disponiéndolos dentro de su cuerpo no
conductor, eliminando la formación de sendas para la descarga eléctrica, no
dejando hacer incrustaciones que dañen a la porcelana y facilitando la limpieza
aún con los más fuertes contaminantes.
Un criterio para definir la vida útil de la grasa
de silicona es difícil, sobretodo porque depende mucho de las condiciones
ambientales. No obstante, existen algunos aspectos que pueden ayudar a definir
cuando la grasa esta ya para cambiarse, como son el estado y el grueso del
recubrimiento, nivel de descargas detectado y nivel de radio interferencia.
En estudios que se han realizado, se ha
demostrado que para condiciones severas de contaminación marina, la vida útil,
de la grasa esta del orden de 8 a 12 meses, mientras que cuando se trata de
contaminación industrial severa o marina moderada, el tiempo de la vida útil es
del orden de los 2 a 3 años, así como si la contaminación es solo industrial,
pero moderada el tiempo de la vida puede ser de 3 a 4 años.
El principal inconveniente de este método es,
además de los altos costos de las grasas, es la necesidad de monitorear
continuamente el estado del recubrimiento y la necesidad de desenergizar el sistema
tanto para su aplicación como para su remoción.
Figura 33: Aumento de la resistencia
de aislamiento de la superficie de los aisladores
con el tratamiento de silicona
4.4.3.3.- Uso de
aisladores con capa semiconductora
Es un método que trabaja sobre la inhibición de
las descargas superficiales, actuando sobre uno de los elementos principal del
proceso: la corriente de fuga en la superficie del aislador.
Estos aisladores tienen un diseño especial,
basado en el recubrimiento de su superficie por una capa sobre la base de
elementos semiconductores, lo que permite mantener una corriente de fuga fija,
del orden de 1 mA. La circulación de esta corriente hace subir la temperatura
en la superficie del aislador lo que provoca, ante condiciones de humedad en la
capa de contaminantes, un secado más rápido de la misma.
Aunque este proceso es beneficioso no limita la
formación de bandas secas, pues la condición de reforzamiento de campo
eléctrico en zonas más agudas o estrechas del aislador hace que en esas zonas
el secado sea más intenso; no obstante, la presencia de dos capas con
características resistivas, la de contaminación, con altos valores resistivos,
y la semiconductora, de menor valor resistivo, conectadas técnicamente en
paralelo a la superficie del aislador, hace que la resistencia equivalente que
ve la tensión aplicada a los extremos de la banda seca sea mayor, por lo que
inhibe la formación de la descarga superficial.
Este tipo de aislador ha ido cambiando el
elemento semiconductor a lo largo de su uso; primero fue utilizando el óxido de
hierro, el cual fracaso pues presento problemas de corrosión electroquímica. Un
segundo material usado fue el óxido de titanio, el cual fue muy sensible a las
descargas parciales, siendo el que mejor resultado ha ofrecido el óxido de
estaño enriquecido con antimonio.
Estos aisladores
además de su uso para actuar contra efectos de la contaminación, tienen
la ventaja de mejorar la distribución de tensión en la cadena aislante, pero
como desventaja poseen la de ser más caros que los aisladores normales, su
corta vida útil y las pérdidas de energía que trae su principio de
funcionamiento.
4.4.3.4.-
Sobreaislamiento
Es una medida muy empleada durante muchos años
para disminuir las pérdidas que se asocian a los fallos por acción de la
contaminación, aunque la misma no trabaja sobre la inhibición del proceso, sino
que va a la búsqueda de incrementar la longitud de fuga del aislamiento de forma
que aún, en presencia de bandas secas, no es posible que ocurra la descarga
parcial que inicie el proceso de fallo. Esta medida tiene la necesidad de
realizar un estudio inicial de coordinación del aislamiento, ya que al sobre
aislar el aislamiento exterior, puede sobrepasar los niveles de coordinación
diseñados en la línea y en sus equipos, lo que provocaría en determinadas
condiciones, que estos equipos fallaran por esfuerzos dieléctricos.
La aplicación de cada método para combatir la
contaminación, inhibir el proceso de las bandas secas o de la descarga,
requiere un análisis técnico-económico que diga la última palabra en lo
relacionado a la decisión a tomar.
4.5.- Pararrayos
de ZnO
4.5.1.-
Medida de la corriente de fuga
Los pararrayos se encuentran sometidos durante el
servicio a la influencia de diferentes sobretensiones, tanto temporales como de
maniobra y atmosféricas, que envejecen sus componentes y pueden causar su
avería. La evaluación del estado de los pararrayos de ZnO, puede hacerse a
partir de la medida y control de la componente resistiva de la corriente de
fuga que les atraviesa de forma permanente durante el servicio normal.
Más información en el siguiente post: “Elección
de autoválvulas de Óxido de Zinc (ZnO) en líneas de Alta Tensión”:
4.6.- Transformadores
de medida
Los transformadores de medida realizan la doble
función de transformar una magnitud primaria (intensidad o tensión) en otra
secundaria normalizada, fácil de ser registrada o utilizada para medida o
protección, evitando el peligro que ocasionarían las primeras por sus elevados
valores.
Como elementos íntimamente relacionados a los
relés, amperímetros, contadores de energía, etc..., el mal funcionamiento o mala
instalación, así como cualquier avería de los transformadores de intensidad y
tensión, inutiliza los sistemas de protección y control de la instalación,
dejando a la misma en condiciones de riesgo ante fallos en la red. Los problemas
principales suelen ser: imprecisión en la reproducción de la magnitud primaria,
aislamiento y calentamiento, siendo secundario lo concerniente a la protección
de los instrumentos de medida contra sobretensiones y cortocircuitos primarios.
La frecuencia de la revisión depende de las
condiciones de trabajo de los transformadores, importancia de los elementos
conectados a ellos y lugar de emplazamiento de los mismos.
Una vez al año cuando menos deberá realizarse una
verificación general de estos transformdores y del cableado que parte de los
mismos, así como el control de características, inyectando por primario la magnitud
y múltiplos que figuran en placa y midiendo tensión e intensidades a la salida
del transformador, en aparatos de medida y comprobando en bornes de las
protecciones; medición de aislamientos de sus devanados comparando con los
archivos realizados, ensayo de rigidez dieléctrica, comprobación de que la
temperatura de trabajo es la normal y que no se eleva en los puntos de conexión
a la línea. Observación de niveles y fuga de aceites en los que posean y estado
del mismo en cuanto a rigidez dieléctrica, color, depósito de lodos, etc...
Limpieza en general, observación de grietas, presencia de puntos de oxidación,
repaso de tornillería.
Comprobación de que la relación de
transformación, ángulo de fase y errores, se encuentran dentro de los límites
impuestos por el fabricante, dentro de una zona de funcionamiento delimitada
por el reglamento; capacidad adecuada, factor de sobrecarga, puesta a tierra,
comprobación de polaridades y conexionado correcto, etcétera...
4.6.1.-
Medida de clase de precisión en TT’s capacitivos
Si bien con el tiempo, la precisión en los transformadores
de medida puede verse alterada, en los transformadores de tensión capacitivos
se producen con mayor frecuencia variaciones en la relación de transformación
debido a la modificación del valor de la capacidad de los condensadores que
constituyen el divisor de tensión.
La determinación del error de relación de transformación
y de ángulo se realiza por comparación de las medidas de tensión registradas,
con otro transformador usado como patrón.
Figura 34: Esquema de conexiones para
la medida de la relación de transformación
en un transformador de tensión con la
unidad CPC 100
Para saber más, ver posts:
“Control y pruebas en transformadores de tensión
(TT) e intensidad (TI)” en el siguiente link:
4.7.- Medida
del ruido y vibraciones
Estas medidas son útiles para la detección de
fallos incipientes en equipos que contengan piezas mecánicas en movimiento o
sometidas a vibración por rozamiento con fluidos, campos magnéticos alternos,
etc...
4.8.- Equipos
de protección y control
La función de los relés de protección consiste en
producir la rápida separación del servicio de cualquier elemento de un sistema
de potencia cuando aquel sufre un cortocircuito o cuando comienza a funcionar
de cualquier forma anormal que pueda causar daños o interferir el
funcionamiento eficaz del resto del sistema, proporcionando además una
indicación de la ubicación y tipo de avería. Si estos dispositivos se
encuentran estropeados o ineficaces solo cabe esperar, más pronto que tarde, graves
daños en la instalación con las consecuencias añadidas por la falta de
producción y del lucro cesante.
Es preferible
prescindir de los sistemas de seguridad si estos no se mantienen
en perfectas condiciones de servicio.
De esta norma elemental de
seguridad, se deduce que sin el mantenimiento, las protecciones mal concebidas o inoperantes, inducirán a un falso
sentimiento de seguridad cuyo riesgo es
más elevado que el no disponer de ellas.
Es por tanto, necesario cuando menos, la
verificación general de los relés de protección al considerar que la mayoría
son de precisión, una vez al año, recomendando una prueba manual cada cierto
tiempo. Todos los relés, cualquiera que sea su tipo, deben inspeccionarse
minuciosamente siempre que haya motivos para dudar de su exactitud y ajuste.
Los relés según su principio de funcionamiento,
atracción electromagnética, inducción y estáticos, deben comprobarse y
confeccionar sus curvas de retardo de tiempo según sus tipos y especificaciones
del fabricante. Realizado el tarado de acuerdo al estudio de selectividad
adoptado y en función de la capacidad de producción y transformación, según el
registro de intensidad y tensión realizados.
Figura 35: Prueba de relés de
protección con equipo CMC 356 de Omicron
Los relés que dispongan de indicadores propios de
funcionamiento, se les comprobará su estado y si sus bobinas tienen capacidad
de corriente adecuada para funcionar eficazmente con la mínima corriente de
disparo disponible. Se realizaran pruebas de aislamiento del sistema de control,
un ensayo de rigidez dieléctrica permite detectar deterioros. Se comprobará que
el funcionamiento sea silencioso, examinando si tiene piezas flojas que al moverse
causen vibraciones, asegurando su apriete. Todas las conexiones deben estar intactas
y bien ajustadas. Se realizaran pruebas a los interruptores automáticos a
través de los relés, para obtener su tiempo total de disparo y siguiendo en los
respectivos esquemas el proceso de señalización.
Para saber más, ver post:
“Ensayos generales de relés de protección” en el
siguiente link:
FUENTES:
OMICRON: Entrenamiento CPC 100 – CP TD1
CIGRE: Mantenimiento de transformadores de
potencia (R. E. Álvarez, Miguel del Pozo)
RED ELÉCTRICA: Técnicas de mantenimiento
predictivo aplicadas en subestaciones de AT. (Ignacio González Azcona, Francisco
Borrás Martin).
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