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Central Eléctrica

MONITOREO DE CONTAMINACIÓN EN LÍNEAS Y SUBESTACIONES

La contaminación ambiental es la segunda causa de falla en redes eléctricas. A diferencia de otras fallas que son momentáneas (sobretensiones producidas por rayo o maniobra), el flameo por contaminación puede dejar los equipos primarios de una subestación o líneas de transmisión fuera de servicio por varias horas.

Por: M.I.J. Gerardo Montoya Tena

  

Con la llegada de nuevas tecnologías, la tendencia internacional en el mantenimiento de sistemas eléctricos de potencia es el RCM (Reliability Centered Maintenance, Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad), éste se basa en la asignación de índices de importancia y la determinación de niveles de riesgo de falla de sus equipos.

Una filosofía derivada del RCM y que se aplica en sistemas eléctricos es el Mantenimiento Basado en la Condición CCM (Condition Centered Maintenance), que se centra en la condición operativa del equipo o componente del sistema.

Una vez establecido el RCM o el CCM, es posible realizar la gestión del mantenimiento, lo cual implica mantener actualizados los registros de inventarios, las estadísticas de fallas y otros índices que sean de utilidad, además del cálculo económico. Para implementar las técnicas de RCM o CCM es indispensable contar con herramientas de diagnóstico de los equipos o elementos vitales del sistema eléctrico.

El diagnóstico se realiza midiendo un conjunto de variables que mostrarán el estado operativo del equipo e incluso permitirán estimar la vida residual del mismo.

El principal problema es identificar los equipos del sistema a mantener, y determinar las funciones de los mismos y sus posibles modos de falla. Posteriormente se especifica qué variables son las que se deben medir.

En el caso de los sistemas eléctricos de potencia, uno de los componentes principales es el aislamiento externo, en el cual se registran diversos problemas, uno de los principales es la contaminación ambiental. A diferencia de otras fallas que son momentáneas (sobretensiones producidas por rayo o maniobra), el flameo por contaminación puede dejar los equipos primarios de una subestación o líneas de transmisión fuera de servicio por varias horas.

El desconocimiento del nivel de contaminación que tiene el aislamiento, impide la oportuna toma de decisiones para evitar las salidas por contaminación. Las alternativas para contrarrestar los efectos de ésta implican un alto costo en materiales y mano de obra.

Los métodos de mantenimiento modernos emplean herramientas de diagnóstico que permiten conocer el nivel de contaminación de los aisladores. Esto evita un mantenimiento excesivo o inoportuno, lográndose un uso más eficiente de los recursos empleados.

MEDICIÓN DE CORRIENTE DE FUGA

Un aislamiento externo contaminado al humectarse, permite el paso de una corriente sobre su superficie, a esta corriente se le conoce como corriente de fuga (CF), la cual está compuesta por una frecuencia de 60 Hz y armónicas impares, especialmente su tercer armónica.

La medición de CF es una buena alternativa para realizar el diagnóstico del nivel de contaminación en aislamientos externos, ya que se realiza en tiempo real e involucra todas las variables asociadas tales como humedad, temperatura, composición del contaminante (soluble e insoluble), perfil, material del aislador, etcétera.

Investigaciones recientes sugieren que la relación en la magnitud de la frecuencia fundamental (60 Hz) y la tercera armónica (180 Hz) puede estar ligada con el nivel de contaminación de un aislador y la degradación de un aislador sintético.

Mientras el aislador está completamente humectado, sólo la frecuencia fundamental está presente en la CF. Cuando el aislador se seca y se inicia la actividad de bandas secas, la tercera armónica crece y es un indicativo de la actividad de descargas intermitentes de CF.

El Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) ha realizado diversos proyectos tendientes a buscar alternativas contra contaminación y a realizar el diagnóstico del aislamiento basándose en la medición de la CF. Así, se llevaron a cabo diversas pruebas en el laboratorio para correlacionar la CF con el nivel de contaminación de un aislador. También se identificó la correlación que existe entre la CF y otros métodos de medición como el DESD y DDNS. Estos últimos métodos se basan en la identificación del material soluble e insoluble en el contaminante depositado.

Una vez establecida la relación entre el nivel de contaminación y la CF, se realizaron nuevas pruebas en el laboratorio a fin de establecer la correlación entre el riesgo de falla del aislamiento con el nivel de CF. Se determinaron niveles de riesgo de falla en función de 8 rangos de corriente de fuga. Estos niveles de riesgo varían en función de la distancia específica de fuga. Es decir, un mismo valor de CF tiene diferentes niveles de riesgo dependiendo de la distancia específica de fuga que se trate.

Con base en la experiencia recabada durante varios años, se generó un semáforo de alerta con una serie de recomendaciones de mantenimiento en función del nivel de riesgo que se determine. Ver Tabla 1.

SISTEMA DE MONITOREO DE CONTAMINACIÓN

En México, la CFE ha establecido un programa de monitoreo de corriente de fuga (CF) en líneas y subestaciones de transmisión para reducir su índice de salidas por contaminación y mejorar la eficacia de sus programas de mantenimiento.

Para ello, el IIE desarrolló un Detector de Corriente de Fuga (DCF) que mide en tiempo real la CF en cuatro canales y almacena la información en su memoria interna.

El sensor de corriente también fue desarrollado por el IIE y es capaz de medir desde 0.5 mA hasta más de 1 A de CF. Sin embargo, en caso de ocurrir una falla, el paso de corriente por el sensor será la corriente de cortocircuito de la red eléctrica que puede ser de decenas de kA. Es por ello que el sensor es del tipo inductivo, a fin de evitar el paso de corriente directo hacia el sistema de medición.

Se desarrolló un Sistema de Monitoreo de Contaminación (SMC) capaz de realizar el monitoreo en forma automática y con la capacidad de determinar si los niveles de corriente de fuga representan un riesgo de falla del aislamiento.

SMC_LT

Se tienen tres modelos del SMC, el primero es el Sistema de Monitoreo de Contaminación para Líneas de Transmisión (SMC_LT), que monitorea desde una Subestación los Detectores de Corriente de Fuga cercanos en un radio de 20 a 50 km, dependiendo si existe línea de vista. Cada 24 horas, el SMC_LT le solicita al DCF la información capturada.

La comunicación entre los DCF’s y el SMC_LT es vía radio en la banda libre de 900 MHz. Debido a que los DCF’s se encuentran a la mitad de las estructuras, muy cercanos a los conductores de alta tensión, la inducción que produce el paso de la corriente es un problema para el uso de radiofrecuencias. Es por ello que se usan radios de espectro disperso a fin de dotarlos de inmunidad al ruido.

Si la CF medida alcanza un nivel de riesgo peligroso en alguno de los canales, el SMC_LT envía una alarma por correo electrónico. Un SMC_LT puede supervisar 7 DCF’s vía radio. Cuenta con aplicación web para el envío de correos electrónicos y manejo de base de datos por internet. Los SMC_LT instalados también tienen estación meteorológica que mide temperatura, humedad, viento, presión y precipitación pluvial.

SMC_MOVIL

Cuando un Detector de Corriente de Fuga no tiene línea de vista hacia la subestación, la información puede ser extraída a través de un Sistema de Monitoreo de Contaminación Móvil (SMC_MOVIL). Éste consiste en un sistema de radiocomunicación acoplado en una computadora portátil, que mediante un programa se puede enlazar al DCF vía radio, en un punto en donde ya exista línea de vista. Posteriormente, cuando el SMC_MOVIL esté dentro de una red, descargará la información capturada en un servidor de algún SMC_LT.

SMC_SE

En forma paralela al desarrollo del SMC_LT, el IIE desarrolló un sistema de medición de CF para el laboratorio. Este sistema permite la adquisición en tiempo real de la CF. En una versión nueva para subestaciones, se desarrolló el Sistema de Monitoreo de Contaminación para Subestaciones (SMC_SE), que reúne y amplía las características técnicas de los DCF’s para líneas de transmisión, ya que permite el monitoreo en tiempo real de 16 sensores en una subestación. Está basado en la conexión física entre los puntos de monitoreo y una Unidad Central de Monitoreo en el cuarto de control.

Mediante el SMC_SE es posible monitorear equipo eléctrico primario en subestaciones. El SMC_SE recibe información del oscilograma de la CF y su transformada rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés), graficándola en tiempo real. Posteriormente, guarda el oscilograma si el evento es mayor a un rango preestablecido (usualmente 15 mA). Si el SMC_SE determina un Nivel de Riesgo peligroso, se genera una alarma por correo electrónico. Todos los SMC_SE instalados cuentan con estación meteorológica que mide temperatura, humedad, viento, presión, precipitación pluvial.

FACTORES METEOROLÓGICOS

Se ha iniciado el análisis de la correlación de los parámetros meteorológicos y la CF. Se ha logrado establecer tres condiciones para la existencia de CF. El incumplimiento de una de las tres condiciones significa que la probabilidad de evento es baja. Estas tres condiciones demuestran que el nivel de CF depende principalmente de la humedad relativa, temperatura ambiente y dirección de viento.

Por otro lado, para altas velocidades de viento y altas presiones barométricas, la fuente de humectación puede lavar el aislamiento, reduciendo de esta manera la probabilidad de circulación significativa de CF. Sin embargo, se requiere un mayor análisis de este tipo de casos para validar esta aseveración.

¿Qué hace el Instituto de Investigaciones Eléctricas?

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