Prevención de falla eléctrica en un terminal de cable de 161 kV con descargas parciales

Diagnóstico de descargas Parciales para prevenir una falla seria de protección en la celdas GIS que generen indisponibilidad forzada.

Metodología de pruebas

Este cliente de PDS instaló un sistema de monitoreo de descargas parciales en sus celdas GIS para tener una mejor estrategia de mantenimiento predictivo para que su gestión de activos sea más productiva, el periodo de medición que trata el informe es desde el 19 de setiembre de 2007 al 12 de febrero de 2008.

Figura 1. Sensores UHF en los cables de aterramiento del ingreso de cables de 161 kV.

La medición de descargas parciales en línea de las terminaciones del cable de 161 kV es realizada por un sensor TM (Transient Magnetic field) que montado sobre el cable de tierra detecta la información de descargas parciales. Debido al alto ruido de fondo del cable de tierra, la frecuencia que se mide es elevada para reducir la influencia del ruido de fondo. Las formas de onda, patrones obtenidos de fase y los espectros de descargas parciales, son monitoreados todos y comparados en medio de las tres fases.

Resultados de la Medición

El 19 de setiembre de 2007, hay actividades fuertes de descargas parciales medidas en la fase S de la terminación del cable y el patrón obtenido de fase, fue como se ve en la figura 2.

Figura 2. Modelo obtenido de fase de la terminación de cable de la fase S.

Las áreas de descargas parciales medidas no son similares a las áreas típicas, 0~90 y 180~270, debido a que se tomó el voltaje de salida como voltaje de referencia.

La fuente de descargas parciales está localizada comparando las magnitudes aparentes de descargas parciales de todas las terminaciones de cable probadas y como se ve en la figura 2, la máxima descarga parcial que aparece esta cerca de 200 pC y el patrón de fase obtenido muestra las descargas parciales internas en lugar del ruido.

Equipos adicionales de diagnóstico

Además, para este proceso de diagnóstico se utilizaron un osciloscopio y un analizador de espectros para descifrar la fuente de descargas parciales, como se ve en la figura 3.

Figura 3. Instrumentos de diagnóstico adicionales utilizados para el análisis de falla.

Los resultados de la medición determinan que la señal de descargas parciales están dentro de la terminación del cable de la fase S y no en la parte exterior.

Figura 4. Forma de onda de las descargas parciales medidas por el osciloscopio.

Por lo tanto, analizando la mediciones en la terminación del cable de la fase S, se considera que existe un defecto en el interior de la terminación, por ello se propuso su reemplazo.

Figura 5. Espectro de frecuencia de las descargas parciales medidas por el analizador de espectros.

Revisión de resultados

La primera revisión de las descargas parciales en línea PDM se realizó el 12 de noviembre del 2007. La aparición de descargas parciales medidas estuvieron cerca de 380 pC como se ve en la figura 6. Comparando esto con la primera medición, las descargas parciales aparecidas se incrementaron ligeramente y la taza de repetición era casi la misma. La Fig. 6 muestra el área de descargas parciales, se ha movido por 180 grados y este resultado se debe a que se tomó de una salida diferente como voltaje de referencia.

Figura 6. Patrón de fase obtenido de la primera revisión

En este caso se ha adicionado un sensor de emisión acústica AE aplicado para PDM en linea, el sensor AE mide que no hay actividad de descargas parciales como se muestra en la figura 7. Esto implica que la fuente de descargas parciales está en el interior de la terminación del cable en lugar de entre la terminación del cable y el bushing de aceite a gas.

Figura 7. Patrón de fase obtenido, medido del sensor de emisión acústica AE (No hay señal de descargas parciales)

Segunda revisión de resultados

La segunda revisión de medición de descargas parciales en línea PDM, se realizo el 12 de diciembre de 2007. La aparición de descargas parciales medida a disminuido ligeramente hasta los 250 pC (Como se muestra en la figura 8), y las descargas parciales todavía permanecen. Esto implica que las señales anormales podrían no ser ruido aleatorio o el resultado de transitorios de cambio súbitos.

Figura 8. Patrón obtenido de fase de la segunda revisión.

Por lo tanto, después de estas revisiones, las descargas parciales internas de la terminación del cable han sido validadas y se debe programar su reemplazo.

Reemplazo de la terminación del cable

La terminación del cable es reemplazada el 26 de febrero de 2008 y el detalle es como sigue:

Figura 9. Dentro de las celdas GIS

Se observa el interior de la celda GIS, no hay señales de rastros de descargas parciales.

Figura 10. Superficie de la terminación del cable

En ambos casos, en el interior de las celdas GIS y en la superficie de la terminación del cable, no se observan condiciones anormales de operación.

Evidencia de condiciones anormales

Figura 11. Aceite de aislamiento de color negro

Al drenar el aceite de aislamiento se observa un color negro no esperado.

Figura 12. Aceite de aislamiento de color negro dentro de la terminación de cable.

El aceite de aislamiento dentro de la terminación del cable aparece de color negro con signos de contaminación.

Rastro de actividades de descargas parciales

Aparece un rastro serio de actividades de descargas parciales en el interior de la terminación del cable.

Figura 13. Rastro serio de actividades de descargas parciales

Las descargas parciales han contaminado y dañado la terminación del cable y de no ser diagnosticado a tiempo podría haber degenerado en una falla seria de protección eléctrica.

Figura 14. Rastro serio de actividades de descargas parciales

Discusión

La estructura de la terminación de cable de 161 kV se muestra en la figura 15. Debido a un error humano en la preparación de la terminación, en el cono de stress es el lugar común que causa descargas parciales. La fuente de descargas parciales de la mencionada terminación de cable se localiza en la parte frontal de la terminación, como se indica en la figura 15. Luego de comparar con el procedimiento estándar ilustrado en la figura, no había cinta envuelta en la unión del terminal y XLPE. Por lo tanto el aceite de aislamiento dentro de la terminación se infiltró dentro del inter-espacio entre el conductor y entre el semiconductor interior.

Las actividades de descargas parciales finalmente sucedieron.

Figura 15. Estructura de terminación de cable y procedimiento estándar de instalación de la terminación del cable.

Conclusión

  1. Debido a las conexiones a las celdas GIS, el monitoreo de descargas parciales en línea PDM es el única forma de conocer las condiciones de aislamiento de una terminación de cable de 161 kV.
  2. El monitoreo de descargas parciales en línea PDM pueden acceder a las condiciones de aislamiento de una terminación de cable de 161 kV, pero hay cuestiones técnicas acerca de la supresión de ruido y la ubicación de la fuente de descargas parciales. Por lo tanto, es necesario el contar con un experto.
  3. La causa raíz de las descargas parciales en el interior de la mencionada terminación de cable fue debido a un trabajo inapropiado de manufactura. Para una nueva instalación de terminales de cable se debe supervisar muy rigurosamente el trabajo de manufactura. Para una terminación de cables en servicio se deberían realizar periódicamente la medición de descargas parciales en linea para evaluar las condiciones de aislamiento.
  4. El monitoreo de descargas parciales en línea PDM puede detectar defectos en el interior de la terminación de cables, pero la vida restante es todavía indisponible. por lo tanto la tendencia de descargas parciales puede llegar a ser un modo efectivo de estimar el envejecimiento de la terminación de un cable.

notas sobre el autor

El caso de estudio expuesto, es un informe de una investigación de falla en los equipos de uno de los clientes de la empresa PDS — Power Diagnostics Service Co., Ltd. (website http://www.pdservice.com)

Como contactar con PDS

En Perú

César Peña Villafuerte distribuidor local y desarrollador de negocios de PDS en Perú, que opera a través de la compañía Swedpe SRL.

cesar.pena@swedpe.com

En Latino-américa

Gerardo Chirino distribuidor y desarrollador de negocios de PDS para América latina

Info@redisteca.com

En Suiza

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