Test de descàrregues parcials en tensió

Les pèrdues en l'aïllament dels cables de mitja tensió
Les proves de descàrregues parcials (DP) a les línies s'estan convertint en un tema d'interès per als distribuïdors elèctrics amb la finalitat de garantir el funcionament segur i continu de la xarxa elèctrica.

Si es detecten DP en un cable d'una línia elèctrica, podria salvar l'enorme cost de la interrupció sobtada del servei.

La supervisió periòdica o contínua de les DP als cables i els seus accessoris són d’ajuda per l'equip de monitorització i manteniment per a identificar la ubicació de la futura fallida, i així, poder planificar un tall programat del circuit per tal de dur a terme mesures correctives.

DP en descàrrec de la línia
Les proves de DP als cables d'alimentació es poden fer fora en descàrrec o en tensió. Si es fa la comprovació en descàrrec, cal que el cable es desconnecti de les terminacions per poder connectar les font de tensió necessàries per mesurar. En aquest sentit, hi ha diferents tipus de fonts d'alimentació per fer-ho. És a dir:

• De molt baixa freqüència (0,1 Hz a 0,01 Hz),
• De ressonància de tensió (20 Hz a 300 Hz depenent de la tensió) o
• A freqüència de xarxa normal (50 o 60 Hz).

Les proves de DP en tensió es realitzen mentre el cable està en servei en condicions normals de funcionament mitjançant la instal·lació de sensors a la terminació del cable.

El soroll és un problema que pot empitjorar la situació quan els senyals de les DP se superposen als senyals de soroll. Les tècniques de separació d'impulsos i de classificació simple no són eficaces en aquesta situació, per tant, cal que el senyal sigui analitzat en el domini de freqüència

Les següents pautes són les directrius que cal seguir per realitzar controls de descàrregues parcials en xarxes en tensió:

Pauta #1
La malla de terra que surt del cable (ja sigui d'un sol nucli o de tres) no ha de tocar cap part metàl·lica que estigui connectada a terra, excepte en el punt de PAT de la de terminació de la subestació.

Pauta #2
En les terminacions de cables en tensió no és possible el contacte, per tant, calen sensors permanents que s'han d'instal·lar a prop de l'extrem del cable que proporciona accés als sensors connectats a les preses de terra dels cables unipolars.

Pauta #3
Abans de fer la mesura de DP en tensió, és important conèixer el temps de retorn del cable. Aquest es defineix com el temps que triga un impuls per completar una anada i tornada al llarg de la longitud del circuit. Aquest temps de retorn en el cable millora la precisió de la localització de la DP per a poder fer les accions de correcció.

Pauta #4
Les mesures de DP en tensió s'han de dur a terme en un llarg interval de temps amb la finalitat de millorar la fiabilitat de la prova. Encara que, els mesuraments periòdics en tensió ens permetran ser capaços de captar els llocs on hi ha descàrregues parcials permanents i, amb sort, les intermitents o esporàdiques. És millor realitzar el mesurament de la DP en els dos extrems del cable per tal de confirmar els resultats de la prova.

Pauta #5
La majoria dels senyals de DP que flueixen al llarg de la longitud dels cables tenen un component de freqüència dominant de menys de 5 MHz a causa de la naturalesa de les pèrdues dels cables d'alimentació i de propagació. Cal assenyalar que el filtrat no és desitjable en la gamma de 100 kHz a 5 MHz, ja que l'aplicació d'aquest, també pot filtrar els senyals de DP i, per tant, perdríem informació. Cal tenir cura en l'ample de banda del filtrat.

Pauta #6
Les DP són senyals en fase consistent. No obstant això, també s'observa que el soroll es pot eliminar gradualment. Això permetria efectuar anàlisis de DP si aquest només està considerant en base a patrons de fase. Existeixen nombroses eines d'anàlisi disponibles en el mercat per a la detecció DP amb un nivell de soroll elevat.

Font: Electrical Engineering

Degradació de l'aïllament elèctric

L'aïllament elèctric se sotmet a la tensió elèctrica i mecànica, les variacions de temperatura i en concret, una temperatura elevada, també les condicions ambientals, i especialment, a les instal·lacions o equipaments a l'aire lliure. A més de les condicions normals de funcionament, hi ha una sèrie d'altres factors que poden desencadenar l'envelliment accelerat o deteriorament de l'aïllament.

Efectes de descàrregues parcials sobre l'aïllament de cables (eatechnology.com)

Les descàrregues parcials (DP) poden ser diferents, depenent de com i on es produeix l'espurna:

• Els buits i cavitats que s'omplen d'aire en els transformadors de corrent, transformadors de tensió i aïlladors de resines epoxi. Com que l'aire té permitivitat menor que el material d'aïllament, el camp elèctric obliga a aquests buits de material a corrents molt petites que, amb el pas del temps, poden provocar la inflamació generalitzada, causada per les DP. L'energia dissipada durant una DP és repetitiva; carbonitza i debilita l'aïllament.
• Els contaminants o humitat en l'aïllament indueixen i faciliten la DP elèctrica. Es recomana fer un seguiment continu.
• La descàrrega per efecte corona d'un conductor d'alta tensió és un altre tipus de DP. Produeix ozó que ataca agressivament l'aïllament i també facilita la descàrrega disruptiva durant els períodes de sobretensió.

L'evolució de l'activitat de descàrregues parcials, la intensitat màxima, la freqüència del pols i la tendència a llarg termini, són indicadors importants de la condició de l'aïllament.

Un aparellatge sa té molt poca o cap activitat DP. Si l'activitat és significativa, amb el temps es deteriora l'aïllament procant l'avaria també. Voltatges més alts produeixen descàrregues parcials de major intensitat, per tant la detecció de DP en tensions més elevades, és més crítica.

Descàrrega parcial de barres

Les dues fotos superiors mostren danys com a resultat de l'activitat de descàrregues parcials. Una fallada completa de l'aïllament, d'aquests exemples, es pot prevenir mitjançant el monitoratge de descàrrega parcial.

Les ubicacions de descàrrega parcial en cel·les més probables són:

1. Aïllament de la barra principal
2. Aïllament disjuntor (interruptor AT)
3. Transformadors de corrent
4. Transformadors de tensió
5. Les terminacions del cable
6. Aïlladors
7. Cables no blindats en el contacte amb altres fases o terra

Font: Electrical Engineering 

Prova d'aïllament d'un transformador

Aquesta prova de rutina té com a objectiu mesurar les descàrregues parcials que es puguin produir en l'estructura d'aïllament d'un transformador.

Les descàrregues parcials (DP) són micro-arcs elèctrics que formen les sobretensions entre els elèctrodes de qualsevol àrea d’aïllament d'un transformador entre els conductors. Aquestes descàrregues poden produir-ser en les bombolles d'aire que queden en els aïllants, en les impureses dels materials sòlids o en les superfícies de dos aïlladors diferents.

Encara que aquestes descàrregues són molt petites i febles pel que respecta a l'energia tèrmica, poden causar l'envelliment, la deformació i la ruptura del material aïllant.

Les següents condicions poden ser determinades durant les mesures de descàrregues parcials:

1. Si un transformador ha sofert DP superior d'un cert valor a una tensió predefinida.
2. Definir els valors de tensió, on la descàrrega parcial comença a ser important donada la tensió aplicada i el valor en què la DP, disminueix donat el voltatge aplicat.
3. Definir la resistència a la descàrrega parcial a una tensió predefinida.

Com es produeix la descàrrega parcial i quines són les magnituds mesura?
A l'estructura que es mostra a la Figura 1 s'ha produït una descàrrega parcial en un medi aïllant. Com es veu en el diagrama simplificat, els impulsos es formen en el punt de descàrrega que provoquen una caiguda de tensió o en els terminals de línia del transformador. Això forma una càrrega mesurable "q" a la impedància.

Aquesta càrrega es diu càrrega aparent i es mesura en pC (Pico-Coulomb).
Durant els mesuraments es possible mesurar:

• Una caiguda de tensió, del seu valor mitjà basat en el corrent de descàrrega parcial aparent,
• La potència de descàrrega parcial,
• Nombre d'impulsos dins d'un interval de temps,

Figura 1

Mesura i aplicació
Les DP en les estructures del transformador es mesuren mitjançant el circuit relacionat segons IEC 60270, el qual s'explica a continuació:

Figura 2

on:

1. Font de tensió
2. Transformador d'alimentació
3. Transformador de prova
4. Transformador de tensió i el circuit de mesura
5. Filtre
6. Mesura d'impedància
7. Selector
8. Instrument de mesurament i oscil·loscopi
qo. Calibratge pel generador.

El circuit de mesurament en la Figura 2, es forma d'acord amb el mètode de Bushing-tap que estableixen els estàndards.
Abans de començar a mesurar, cal que el circuit de mesura estigui calibrat.
Per això, cal un calibrador (qo). El calibrador (qo) produeix una càrrega amb un valor predefinit el qual, està connectat al material d'assaig en paral·lel. La càrrega (qo) aplicada en el calibrador es llegeix en l'instrument de mesura. Aquests passos es repeteixen en totes les terminals del transformador previs a ser mesurats sense tensió.

K = q0 : q0m

on:
K - Factor de correcció
q0 - càrrega en el calibrador
q0m - càrrega llegida en l'instrument de mesura

Aplicació pràctica
Després de les operacions de calibratge, el generador de calibratge es retira del circuit de mesura. Quan el sistema d'alimentació està connectat (interruptor de generador d'alimentació estigui tancat), el nivell de tensió serà molt baix, únicament a nivell romanència.
Aquest valor, que es considera com el nivell de soroll base o interferència del sistema de mesurament, ha de ser menys de la meitat del nivell de descàrrega que parcialment ha d‘estar garantida.

Nivell de tensió
La tensió es va incrementar substancialment fins al nivell indicat en les especificacions, de manera que es van prenent valors mentre aquesta tensió va incrementant fins arribar al valor nominal. El període d'aplicació del voltatge, conjuntament amb els intervals de mesurament,  vindran donats en la secció de prova de tensió induïda.

Després que el transformador estigui energitzat per a les operacions de mesurament, el valor de la descàrrega parcial cal ser llegida en l'instrument de mesura de manera que aquesta serà multiplicada pel factor de correcció predefinit K, el qual permetrà trobar el valor de descàrrega parcial aparent, real per a cada terminal.

q = K • qm

on:
• qm - càrrega llegida en l'instrument de mesura m
• K - Factor de correcció
• q - càrrega aparent real

Avaluació
La prova es considera exitosa si el valor de la descàrrega parcial mesurada en els terminals del transformador és inferior als valors predefinits o valors establerts en les normes, i no s'observa cap tendència creixent durant la prova.

A més del nivell de descàrrega parcial mesurada, també han de ser considerats el següents aspectes en els transformadors:

• Les tensions inicials de DP conjuntament amb les cancel·lacions, no estan per sobre de la tensió de servei.
• Depenent del període de prova, el nivell de DP es mantingui aproximadament estable.
• L'augment de la tensió d'assaig no provoca gairebé cap canvi en el nivell de descàrregues parcials

Font: Electrical Engineering