Introducción
Las máquinas rotativas de media tensión (MV) y alta tensión (HV), compuestas principalmente por motores y generadores, son componentes esenciales en el panorama industrial. Los motores MV/HV convierten la energía eléctrica en energía mecánica, impulsando diversos procesos, mientras que los generadores realizan el proceso inverso, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.
La descarga parcial (PD) se refiere a descargas eléctricas localizadas que puentean parcialmente el aislamiento entre conductores cuando el esfuerzo eléctrico excede un valor crítico. Puede clasificarse en tres tipos principales: descarga interna, descarga superficial y descarga corona.
Tecnologías y Métodos para detectar o medir PD en Máquinas Rotativas
Existen diversas tecnologías y métodos capaces de detectar y medir descargas parciales (PD) en máquinas rotativas. La PD puede identificarse a través de:
Pulsos eléctricos, pulsos de radiofrecuencia (RF), emisiones acústicas, emisiones ópticas.
El método más utilizado para la detección en línea de PD es el análisis de pulsos eléctricos, debido a su capacidad de detectar tanto PD internas como externas, y a la aplicabilidad de métodos de eliminación de ruido.
Otros métodos basados en análisis de RF, emisiones acústicas y emisiones ópticas se emplean generalmente como herramientas complementarias, ya que son susceptibles a interferencias externas y presentan limitaciones (por ejemplo, las emisiones ópticas no permiten identificar descargas internas).
Cada método de detección tiene ventajas y desventajas propias. De acuerdo con la norma IEC60270, el seguimiento de tendencias en la actividad de descargas parciales puede requerir la utilización de estrategias alternativas de localización si se detecta un aumento en la actividad de PD.
Componentes Principales de una Máquina Rotativa
Primeramente, partamos por mencionar los componentes fundamentales de las máquinas rotativas (motores o generadores), estos incluyen:
Rotor: la parte giratoria conectada a la carga mecánica.
Estator: la parte estacionaria que encapsula al rotor y contiene los devanados, que generan o consumen potencia eléctrica.
Cojinetes (rodamientos): brindan soporte a las partes rotativas y reducen la fricción entre los componentes en movimiento.
Dentro de estos componentes, nos enfocaremos en el estator y su sistema de aislamiento, siendo este un elemento crítico de las máquinas rotativas. Está compuesto de chapas laminadas apretadamente para minimizar las pérdidas energéticas. Dentro de estas laminaciones se encuentran los devanados del estator, los conductores donde se genera o utiliza la electricidad.
El sistema de aislamiento del estator es vital para su operación y longevidad. El aislamiento debe separar eficazmente las partes conductoras que operan a diferentes niveles de tensión. Este sistema incluye:
El aislamiento del devanado, el aislamiento entre fases,
y el aislamiento hacia tierra.
Cualquier compromiso en la integridad del aislamiento puede llevar a fallas severas en la máquina, subrayando la importancia de mantener su robustez. Aproximadamente el 37% de las fallas en generadores y motores HV se deben a degradación del aislamiento.
Descarga Parcial en Máquinas Rotativas: Tipos y Fallas relacionadas con PD
La Descarga Parcial (PD) se refiere a descargas eléctricas localizadas que puentean parcialmente el aislamiento entre conductores cuando el esfuerzo eléctrico excede un valor crítico.
De acuerdo con varios estudios, la PD puede clasificarse en tres tipos principales:
Descarga interna
Descarga superficial
Descarga corona
Entre estas, la descarga corona se caracteriza por una alta intensidad y una relación señal/ruido robusta, lo que la hace particularmente evidente. En contraste, tanto las PD superficiales como las internas presentan intensidades más bajas y su detección puede complicarse por la interferencia de ruido.
Cabe destacar que la aparición de descargas corona en la superficie externa de equipos eléctricos de alta tensión acelera el envejecimiento del aislamiento y puede agravar la contaminación superficial o los efectos de la humedad ambiental.
FALLAS EN MÁQUINAS ROTATIVAS RELACIONADAS CON DESCARGAS PARCIALES
Defectos en el aislamiento, contaminación y envejecimiento, que crean concentraciones de esfuerzo y puntos débiles donde es probable que ocurran descargas.
Dentro de los efectos de las descargas parciales (PD) podemos mencionar que las PD puede acelerar el envejecimiento y la degradación de los sistemas de aislamiento, provocando a largo plazo cortocircuitos en los devanados y fallas a tierra.
Las descargas externas además pueden provocar:
Tracking superficial (formación de caminos conductivos), erosión, o carbonización del aislamiento, lo que puede escalar hacia una degradación severa del aislamiento o incluso su falla total.
Por ello, localizar con precisión la PD externa es fundamental, ya que permite realizar intervenciones y mantenimientos dirigidos. Una localización precisa ayuda a identificar componentes problemáticos o factores ambientales que estén causando la PD, permitiendo un enfoque focalizado para resolver el problema.
Además, la localización precisa de PD externa, facilita estrategias de mantenimiento más rentables, y puede extender la vida operativa de las máquinas rotativas de media y alta tensión.
La norma IEEE1799 sugiere distintas acciones correctivas posibles dependiendo del lugar donde se detecten las descargas externas.
La Ventaja del uso de Cámaras Efecto Corona Solar Blind (SBUV)
Las cámaras SBUV (Solar-blind Ultraviolet) son dispositivos electrónicos especializados, sensibles exclusivamente a la radiación ultravioleta (UV), específicamente por debajo de aproximadamente 280 nm. Gracias a esto, las cámaras SBUV pueden detectar descargas corona en equipos de alta tensión, las cuales a menudo son señales tempranas de fallas potenciales. Además, estas detecciones pueden realizarse incluso en condiciones de luz diurna.
Por lo general, las cámaras SBUV se diseñan como dispositivos de imágenes bispectrales, operando en dos bandas espectrales: La banda UV-C ciega al sol, y la banda de luz visible.
Producen imágenes de salida mediante la fusión de imágenes UV y de luz visible, proporcionando así una visión completa de la escena observada.
Por otra parte, la prueba en oscuridad total es un método común, ampliamente aceptado, económico y disponible para la detección de PD externas en máquinas rotativas. Sin embargo, estudios han demostrado la pérdida de sensibilidad, error humano, inseguridad y tiempo excesivo de inspección
En la investigación comparativa, se encontraron varias ventajas de las cámaras SBUV en comparación con la prueba en oscuridad total:
Realizar pruebas en un área oscura, especialmente con fuentes de alta tensión, presenta desafíos de seguridad y logística.
La prueba de PD externa con cámara SBUV mitiga estos problemas, permitiendo la operación en entornos bien iluminados y eliminando la necesidad de procedimientos especiales de preparación.
La precisión en la localización de la PD se mejora de manera significativa con la cámara SBUV, lo que incrementa las capacidades de diagnóstico y facilita intervenciones dirigidas.
A diferencia de la prueba en oscuridad total, que requiere un período de adaptación de 20 minutos en la oscuridad y es susceptible a retrasos por exposición accidental a la luz, la prueba de PD con cámara SBUV permite la iniciación inmediata, optimizando el proceso de ensayo.
Estas ventajas refuerzan la superioridad de las pruebas de PD externas con cámaras SBUV, al ofrecer resultados claros y confiables, garantizar la seguridad del operador, posibilitar una localización precisa, simplificar la logística, acelerar los procedimientos de prueba y mejorar las capacidades de diagnóstico gracias a una mayor flexibilidad en los ángulos de visualización.
Beneficios adicionales:
Mejor documentación mediante registros digitales, posibilidad de capturar y analizar características de la corona para una evaluación más completa del estado del equipo.
La norma IEEE1799-2022 presenta una metodología para evaluar la sensibilidad de un instrumento de imagen de corona, como cámaras SBUV o cámaras acústicas, utilizando un montaje de campo no uniforme tipo aguja-plano.
El método consiste en una prueba comparativa frente a la sensibilidad del ojo humano para determinar:
El voltaje de inicio de descarga (DIV, Discharge Inception Voltage), y el voltaje de extinción de descarga (DEV, Discharge Extinction Voltage) en la punta de la aguja.
