Las descargas parciales (PD) son un desafío de mantenimiento que se encuentra en los equipos de alto voltaje en todo el mundo, especialmente en la infraestructura más antigua y envejecida. Los trabajadores de mantenimiento predictivo ahora están comenzando a usar imágenes acústicas para detectar las descargas parciales al encontrar su firma de sonido distintiva incluso antes de que el equipo se sobrecaliente. Cuando se utilizan junto con cámaras termográficas de FLIR, las cámaras de imágenes acústicas como la FLIR Si124 son indispensables para encontrar de manera efectiva las descargas parciales antes de que provoquen fallas en los equipos, daños costosos y tiempos de inactividad inesperados.
La corriente eléctrica siempre está buscando escapar cuando nadie está mirando, saltando de su conductor e intentando en vano cruzar a un electrodo cercano. En busca de una ruta de escape, comienza con una grieta en un aislador desgastado. O comienza en la superficie del aislador de una línea aérea, sucio con años de contaminación. Tal vez haga un pequeño agujero en los devanados de papel de los cables de alto voltaje. O se esconde cerca de una burbuja de gas que se formó en el dieléctrico líquido envejecido. Es implacable, intentando una y otra vez con cada pico alto y bajo de la onda sinusoidal de voltaje.
Las empresas de servicios públicos pueden reducir el tiempo de inspección hasta en un 90 % sin una amplia capacitación con el FLIR Si124.
Este tipo de descarga parcial o DP permanece oculto a la vista mientras la corriente intenta cruzar a un conductor vecino día tras día. En algún momento, habiéndose deteriorado por el estrés constante de alto voltaje, el material aislante cercano fallará y cederá.
Finalmente, la corriente rompe la división a otro conductor y cuando eso sucede, el conductor fallará por completo. Esto causa estragos costosos y destructivos en equipos eléctricos, interruptores, maquinaria o instalaciones en el futuro. Las descargas parciales pueden dañar los equipos de la planta o freír los componentes electrónicos sensibles. Peor aún, las descargas parciales pueden cortar el suministro de energía a una comunidad durante horas o turnos de planta inactivos, lo que cuesta una valiosa productividad.
IEC 60270 describe más formalmente una DP como una «descarga eléctrica localizada que solo une parcialmente el aislamiento entre los conductores y que puede ocurrir o no junto a un conductor». En general, una descarga parcial es la consecuencia de concentraciones de estrés eléctrico local en el aislamiento o en la superficie del aislamiento y generalmente aparecen como pulsos que tienen una duración de mucho menos de 1 μs.
DIAGNÓSTICO DE DESCARGAS PARCIALES: ESENCIAL PARA EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO
La detección de DP es una parte imprescindible de un programa efectivo de monitoreo basado en condiciones (CBM) o mantenimiento predictivo (PdM). Cuanto antes se detecten, menos daño puede causar una descarga parcial a los aisladores y menor el riesgo de falla del equipo y el subsiguiente tiempo de inactividad.
El incentivo financiero para rastrear descargas parciales es simple: es mucho menos costoso y perturbador localizar uno, planificar el tiempo de inactividad programado y luego reparar y reemplazar los aisladores y las conexiones eléctricas en el sitio del PD.
HERRAMIENTAS PARA EL ÉXITO
Para ubicar una PD con precisión, hay numerosas tecnologías de diagnóstico disponibles para contratistas eléctricos, inspectores y profesionales de mantenimiento. Los medidores de prueba de aislamiento proporcionan lecturas numéricas de cuán efectivo o resistivo es un aislador. Las cámaras termográficas de FLIR localizan e identifican el calor resistivo generado en los equipos eléctricos, señalándolo en una imagen visual con lecturas de temperatura píxel por píxel. Las imágenes térmicas se pueden utilizar junto con las imágenes acústicas para determinar la gravedad de la descarga parcial. Un aumento de la temperatura junto con una firma acústica podría indicar que la integridad del equipo aislante está comprometida.
LOCALIZAR DESCARGAS PARCIALES AL INSTANTE
Como parte de un ecosistema de diagnóstico completo, FLIR también complementa el diagnóstico de imágenes térmicas infrarrojas con capacidades de imágenes acústicas. Las cámaras de imágenes acústicas, como FLIR Si124 , ofrecen soluciones avanzadas basadas en sonido para localizar y analizar fallas industriales, deterioro y defectos como DP. Se ha descubierto que ocurren anomalías en el sonido generado por DP antes de que los componentes comiencen a calentarse y se vuelvan visibles para las cámaras termográficas. Esto proporciona una capa adicional de notificación anticipada para detectar posibles fallas futuras.
Y aunque no es inusual escuchar zumbidos cerca de las líneas eléctricas, las DP a menudo son inaudibles para el oído humano, lo que las hace particularmente difíciles de localizar, especialmente en lugares de trabajo ruidosos con un exceso de ruido de fondo. Con una cámara portátil de imágenes acústicas, muy parecida a una cámara termográfica, un usuario puede escanear un área y ver la ubicación de los sonidos ultrasónicos generados por DP en una imagen digital de los componentes que se inspeccionan, ya sea inaudible o oculto por el sonido de fondo.
OPERACIÓN PORTÁTIL CON UNA MANO
Si bien hay numerosas herramientas disponibles para que los electricistas realicen imágenes acústicas, hay consideraciones notables a tener en cuenta, desde la portabilidad hasta la precisión.
Primero, aunque la mayoría de las herramientas de imágenes acústicas son portátiles, seleccione una que sea fácil de llevar de un sitio a otro. Considere una cámara de imágenes acústicas que sea portátil, lista para usar y lo suficientemente fácil de sostener con una mano, lo que la hace útil para el transporte, la ergonomía y la mejora de la puntería.
Esta ilustración muestra dos señales de dos sonidos que se pueden perder si la sensibilidad de la cámara acústica no es lo suficientemente buena. La señal de sonido de 16,5 kHz se puede detectar con un sistema de 32 micrófonos y la señal de sonido de 18,5 kHz con un sistema de 124 micrófonos.
MÁS MICRÓFONOS, MEJORES RESULTADOS
La gama de herramientas de imágenes acústicas disponibles también revela una amplia combinación en la cantidad de micrófonos empleados para desarrollar imágenes acústicas. Como regla general en tecnología, más es mejor, por lo que no hace falta decir que emplear más micrófonos es esencial para crear imágenes acústicas ricas en detalles. Al igual que con la tecnología nuevamente, más grande no siempre es mejor cuando se trata de micrófonos. Busque específicamente micrófonos de tipo MEMS (sistemas microelectromecánicos). Estos pueden ofrecer a los usuarios un buen equilibrio de rendimiento, estabilidad en diferentes entornos, bajo consumo de energía para baterías más pequeñas y mayor tiempo de funcionamiento. Además, el tamaño pequeño de los micrófonos significa que es más fácil organizarlos de manera compacta en una herramienta de mano.
Sensibilidad: al examinar la cámara de imágenes acústicas FLIR Si124, hay una matriz cuidadosamente organizada de 124 micrófonos MEMS que, trabajando juntos, ofrecen el más alto nivel de sensibilidad. La mayor cantidad de micrófonos también reduce el potencial de «aliasing espacial», que es el posicionamiento inadecuado de la fuente de sonido en la imagen.
Un generador de imágenes acústicas como el FLIR Si124 puede ayudar a las empresas de servicios públicos a analizar los patrones de descarga eléctrica parcial, priorizar las reparaciones con las estimaciones automatizadas de costos de fugas y la clasificación del tipo de descarga, y realizar inspecciones sin contacto de forma rápida y segura.
Rango de detección y acceso: otra ventaja garantizada por una gran cantidad de micrófonos es un rango de detección ampliado. Tenga en cuenta que el sonido que viaja por el aire se atenúa en 6 decibelios cada vez que se duplica la distancia recorrida. Una descarga parcial de tamaño medio podría medir 40 dB(Z). El sonido que se escucha a 15 metros (aprox. 50 pies) de distancia de la fuente es 6 dB más fuerte que a 30 metros (aprox. 100 pies), y así sucesivamente. Para compensar esto, los fabricantes de cámaras de imágenes acústicas aumentan la cantidad de micrófonos para aumentar el rango de detección. Para FLIR, el resultado es un rango máximo de detección que se duplica aproximadamente al usar cuatro veces la cantidad de micrófonos.
Muchos componentes eléctricos son de difícil acceso debido a que están cercados por seguridad o se encuentran a gran altura del suelo. Las restricciones de acceso también pueden estar basadas en el tiempo, limitadas a cuando un contacto del cliente está en el sitio para permitir la entrada. Dadas estas barreras de acceso, es fundamental utilizar herramientas que puedan encontrar DP con precisión, incluso a distancia. Por ejemplo, el FLIR Si124 se puede utilizar para inspeccionar cables aéreos desde el suelo, así como también componentes de subestaciones que están asegurados detrás de cercas, a una distancia de hasta 130 metros (426 pies).
El FLIR Si124 se puede utilizar para inspeccionar cables aéreos desde el suelo, así como componentes de subestaciones que están asegurados detrás de vallas, a una distancia de hasta 130 metros (426 pies).
Potencia de procesamiento: FLIR Si124 produce 124 flujos de datos de audio que se procesan y convierten en una pantalla visual. La cámara tiene una selección automática de frecuencia de sonido que simplifica el uso sin sacrificar el rendimiento. Los avances en el poder de procesamiento de datos y gráficos han hecho posible integrar cantidades tan grandes de datos acústicos instantáneamente en una imagen fácil de entender en la pantalla.
Los usuarios que se comprometen con cámaras que tienen menos micrófonos y/o procesadores más antiguos pueden terminar con imágenes de menor calidad, menor resolución y, potencialmente, una frecuencia de actualización más lenta. En términos de productividad, una cámara de última generación como la FLIR Si124 puede encontrar problemas hasta 10 veces más rápido en comparación con otras herramientas disponibles.
LAS FRECUENCIAS DEL MICRÓFONO PUEDEN AFECTAR LAS INSPECCIONES
Las herramientas de inspección utilizadas por los contratistas eléctricos pueden, por sí mismas, promover conceptos erróneos sobre la mejor manera de identificar las descargas parciales. Por ejemplo, la DP emite constantemente sonido ultrasónico a una frecuencia común (40 kHz). Muchos dispositivos de imágenes acústicas utilizan o recomiendan casi exclusivamente esta frecuencia. Si bien eso puede ser útil en algunos casos, en muchos otros puede afectar significativamente la sensibilidad de detección. El uso de una gama más amplia de frecuencias, de 10 kHz a 30 kHz, puede generar mejores resultados cuando se trabaja a distancia, como en una subestación al aire libre.
Cancelación de ruido inteligente: las descargas parciales generan sonido de banda ancha, que se extiende desde frecuencias audibles a inaudibles o ultrasónicas. Además, las inspecciones rara vez se realizan en sitios silenciosos. En su lugar, los dispositivos deben lidiar con el ruido de fondo de las instalaciones industriales o sitios al aire libre, cerca de la autopista o el ruido de la aviación, por ejemplo. Las cámaras de imágenes acústicas más inteligentes pueden dar sentido a las interferencias y al ruido de fondo, filtrándolos para aislar al culpable de la DP.
PONER LA IA Y LA NUBE A TRABAJAR EN EL DIAGNÓSTICO DE DESCARGAS PARCIALES
Categorizar la EP es a menudo un desafío. FLIR ayuda a los contratistas eléctricos mediante la aplicación de algoritmos de IA para analizar descargas parciales. Un usuario puede cargar imágenes acústicas en el servicio en la nube FLIR Acoustic Camera Viewer y la imagen se compara automáticamente con miles de imágenes. El servicio en la nube clasifica las descargas parciales encontradas en tres categorías principales: superficiales, flotantes y descargas en el aire.
La confianza en un servicio de IA avanzado puede ayudar a reducir errores, acelerar la preparación de informes y servir como un diferenciador clave para los clientes de inspección. La facilidad de uso adicional también ayuda a incorporar a más trabajadores para realizar inspecciones de imágenes acústicas como parte del monitoreo basado en condiciones o mantenimiento predictivo.
DECIDIR LA HERRAMIENTA DE IMAGEN ACÚSTICA ADECUADA
La imagen acústica se ha convertido rápidamente en una tecnología imprescindible para mantener la infraestructura de energía en funcionamiento. Más gerentes de CBM están agregando cámaras como la FLIR Si124 a su caja de herramientas. El retorno de la inversión se produce rápidamente, ya que detectan los problemas de forma rápida y sencilla mientras se reducen los costes de reparación y el tiempo de inactividad no planificado.
CAPACIDADES DE CLASIFICACIÓN DE DESCARGAS PARCIALES A CONSIDERAR
El análisis de imágenes acústicas puede requerir algo de entrenamiento y aprendizaje, especialmente cuando se trata de comprender los diferentes tipos de DP que se han localizado. Saber qué problemas son evidentes y la gravedad puede ayudar a formular mejores informes, mejores recomendaciones de reparación y próximas acciones más inteligentes.
Hay varios tipos de DP, según el lugar donde se produce la descarga y su patrón de pulso. Las descargas superficiales aparecen en el límite de diferentes materiales de aislamiento. Las descargas superficiales se pueden encontrar en varios lugares, incluidos los casquillos, las terminaciones de los cables o los devanados del generador que se sobrecalientan.
Ejemplo del patrón de Descarga Parcial de una descarga superficial.
Ejemplo del patrón de Descarga Parcial de una descarga flotante.
Ejemplo del patrón de Descargas Parciales de descarga corona negativa y positiva. La corona positiva se ve en el lado izquierdo y la corona negativa en el lado derecho.
Las descargas flotantes pueden ocurrir cuando hay un conductor flotante dentro de un equipo de alto voltaje, separado por un espaciador, por ejemplo. Las descargas flotantes se consideran la forma más frecuente de descargas parciales.
Finalmente, la descarga parcial en el aire ocurre cuando el aire alrededor de un conductor, como una línea de transmisión de energía, que sirve como material aislante, puede perder algunas de sus propiedades aislantes debido a la alta humedad y/o la contaminación. Esto permite descargas al aire que degradan aún más la calidad inmediata del aire y del conductor.
Conocer el tipo y la gravedad de la descarga permite que la instalación escoja las medidas de remediación apropiadas y programe el mantenimiento para minimizar las fallas y el tiempo de inactividad.
Áreas de equipos a las que apuntar para imágenes acústicas de descargas parciales
- Conductores y barras
- Generadores electricos
- Transmisión y distribución de energía eléctrica (T&D)
- Subestaciones eléctricas
- Estatores, motores y bobinas
- Subestación de control
- Transformadores
Programas que utilizan imágenes acústicas de descarga parcial
- Programas de mantenimiento basados en condiciones (CBM)
- Programas de monitoreo de condición (CM)
- Mantenimiento predictivo (PdM)
