Descargas parcialesFalla en Aislaciones eléctricas de media y alta tensión > 4.8 KV

JustificaciónDistribución de Fallas en motores / generadores

Máquina de menos de 4KV Máquina de más de 4KV

JustificaciónLa mayoría de las fallas en motores, son de naturaleza eléctrica, aun cuando las causas iniciales de las mismas no lo sean.Todas las máquinas eléctricas de media/alta tensión exhiben, a lo largo de TODA su vida útil, el fenómeno de descargas parciales.

Descargas ParcialesPequeñas descargas eléctricas en cavidades en la aislación.Tensión de ruptura del aire 3 kV/mmTensión de ruptura del sistema de aislación 300 kV/mmCrean pequeños pulsos de tensión

¿Dónde?

Todo equipo de media/alta tensiónMotoresGeneradoresTrafosCablesSubestaciones / SF6

Origen de las DP

Factores de stressTérmicosEléctricosAmbientales, ej. radiación, químicos. Etc.Vibraciones mecánicas(defectos de fabricación)

Modelos Eléctricos

Sistema de aislación de la máquina eléctrica

Diagrama fasorial de Aislación

Paislante = 2*Pi()*f*C*tg(delta)

Campo EléctricoDistribución Interna de campoI ) Material homogeneoII) Con oclusión de aireIII) Impureza conductora

Modelo Eléctrico de descargas Parcialesa) huecob) capacitoresc) Vi Inception Voltage

V(t) voltaje aplicado

u(t) voltaje en Cg

Ref: Complex behaviour of a simple partial-discharge model.H. Suzuki - K. Aihara - T. Okamoto

EPL (Europhysics Letters)

Máquina eléctrica rotativa

Aislación estatórica: material compuestoMICA + RESINA EPOXY

Proceso VPI: se aplica la mica - tanque de impregnación - vacio (elimina aire) - resina - presión. Horno para curado. minimizar tg(delta)

Mecanismos de degradación

Ej. Degradación artificial de las aislacionesDescarga parcial en epoxi genera hidrógeno,y compuestos (C).Mica: iones potasio son reemplazados por hidrógeno -> generación de microfisuras.REF: Study on the Analysis of Degradation Mechanism for Generator Stator Windings

Kim, Kim, Park

Aislación con defectos

Fabricación Delaminación

DP como indicador de stress

Las descargas parciales son indicadores asociados a los factores de stress.Las descargas parciales no son la causa, son la consecuencia del stress.

MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES

Historia del monitoreo de DP

1949: desarrollado por Westinghouse. La máquina en funcionamiento tiene un comportamiento de DP que no tiene en reposo

2010: usado por 11000 máquinas en el mundoIEEE 1434 STD - IEC 60270

2001: Ontario Hydro monitoreo de 8 motores 6,6 KV, 11000 Hp en bombas del sistema primario de extracción de calor.

Sensores: Acople capacitivo

Capacitores epoxy-mica libre de descargas parciales, directamente conectados a la tensión de línea. 80 pF frecuencia de corte de 40 Mhz.

Sensores cont.: acople inductivo

Transformadores de Corriente de Alta Frecuencia. Ej. Instalados en el sistema de puesta a tierra de la máquina.Menos intrusivo: núcleos de ferrite partidos, pulsos de menor amplitud, no se puede determinar la fase de donde proviene la DP.Ref: On-line measurement of Partial discharge on large motors in generating station.Culbert- Dhirani-Gupta

Tranformadores de Alta frecuencia

Transformadores Instalación

Sensores cont.: otros

Radiofrecuencia: antenas

Emisión acústica: frecuencias ~ 1-10 Mhz

RTD: actuan como antena

Instalación TípicaCapacitor de acopleTrafo de Corriente de alta frecuenciaRTD ???

Ref: EATON -Insulgard

Características de los pulsos

De corta duración: ~ 60 nsTiempo de crecida: ~ 1 a 5 nsEspectro en frecuencia: > 50 MhzOsciloscopio

ElectrónicaActividad de DP totalMulticanal: discriminación por altura de pulso.Espectro de energía de la descarga.Resolución en fase: igual al anterior en función del ángulo de la tensión de línea. Descargas parciales resueltas en fase. fi-q-n

Análisis de los Datos - Por NormaMúltiples huecos.

Análisis de los Datos - Por NormaMúltiples huecos + Descargas superficiales

Análisis de los Datos - Por NormaDescargas superficiales en zonas de pérdida de referencia de masa

Análisis de los Datos - Por Norma

Huecos + Superficie + Masa

Equipos

Preamplificador - Procesador fi-q-n - Presentación y análisis

Eliminación de ruido

Hay ruido?

Filtrado - > filtros clásicos (eléctricos), wavelet (digitales)Tiempo de vuelo - > acople capacitivo

DistanciasEn la industria del petroleo hay antecedentes de medición a largas distancias. 2km.

Líneas de transmisión largas, se pierden pulsos por atenuación.

Ref: Ieee. On-line partial discharge testing of in-service rotating machines in ex hazardous environments by employment of central monitoring solutions. Renforth, Goodfellow, Foxall

Monitoreo En Servicio

Descargas parciales: medir con la máquina en funcionamiento y no necesariamente de manera contínua y permanente.

Ingeniería

Determinación de las máquinas a monitorear. Más de 1 e idénticas, mejor. Comparación.Selección del método de medición: capacitor o HFCT/RFCT. Capacitor parece el mejor.Ingeniería de modificación de la instalación, para tener puntos de instrumentación accesibles en planta.

Ingeniería, cont.

2 opciones- Con los puntos de medición accesibles en

planta periódicamente medir, almacenar y analizar.

- Crear un sistema de monitoreo permanente, con red de datos y consola de supervisión

Ingeniería, cont.Análisis de los datos adquiridos.Seguimiento histórico.Comparaciones entre máquinas idénticas.

Otras técnicasTrafo de corriente de alta sensibilidadpara máquinas de 2 kV a 7600 kV

Otras técnicas

Indicadores de performance de motores eléctricos. Pactiva, Paparente, Preactiva.Cos fi, corriente de fases, componentessimétricas, etc.

Conclusiones1. Las técnicas asociadas a DP son de común aceptación

en la industria.2. La industria nuclear tiene antecedentes de uso3. La información generada tiene una interpretación

aceptada por norma. 4. Es una herramienta de MP que ayuda a mejorar

disponibilidad y seguridad de equipos y sistemas.

FINMuchas Gracias