Mejorando la medida de descargas parciales

Una descarga parcial es la disipación de la energía causada por la acumulación de intensidad en un campo eléctrico localizado. En los dispositivos de alto voltaje tales como transformadores, esta acumulación de carga y su liberación puede ser síntoma de problemas asociados con el envejecimiento, partículas flotantes y ruptura de aislamiento. Esta es la razón por la que la detección de descargas parciales se utiliza en los sistemas de energía para supervisar el estado de los transformadores de alta tensión.

Si esos problemas no son detectados y reparados, la fuerza y la frecuencia de las descargas parciales aumenta y, finalmente, produce el fallo del transformador, que puede causar daño al equipo externo e incendios, con la consecuente pérdida de ingresos debido a un imprevisto corte de luz. La detección fiable de las descargas parciales en línea es una necesidad fundamental para mejorar la seguridad del personal de las empresas y reducir la pérdida potencial del servicio.

El fenómeno de las descargas parciales se manifiesta en una variedad de señales físicamente observables, incluidos las señales eléctricas y acústicas, y en la actualidad se detectan mediante una gran cantidad de técnicas de medición.
Estas técnicas incluyen transductores piezoeléctricos (PZT), basados en detección acústica. Muchos sistemas modernos utilizan una combinación de estas técnicas porque la detección eléctrica es una disciplina madura y probada, y la detección acústica permite que la señal sea localizada cuando varios sensores están montados en el exterior de la cuba.

Sin embargo, si un sensor acústico puede ser colocado en el interior de la cuba, no sólo la detección acústica será más fácil debido al aumento de la amplitud de la señal y la eliminación de las múltiples interferencias, sino que el posicionamiento también podría llevarse a cabo con más precisión en menos tiempo.

Este artículo presenta un sensor acústico de fibra óptica diseñado para detectar y localizar descargas parciales en un transformador de alta tensión. El sistema se basa en un sistema de sensor acústico óptico que es capaz de sobrevivir a las duras condiciones ambientales sin comprometer la funcionalidad del transformador, que permite la detección en línea y posicionamiento.

Este artículo presenta la funcionalidad teórica y validación experimental de un sensor de banda limitada OA en un rango de 100-300 kHz, lo cual coincide con la frecuencia de un pulso acústico causado por una descarga parcial.

También presenta un sistema de posicionamiento utilizando la diferencia de tiempo de llegada (TDOA) del pulso acústico con respecto a los cuatro sensores que es capaz de informar acerca de la posición tridimensional de la descarga parcial con una tolerancia de ± 5 cm en cualquier eje.

Las descargas parciales son interrupciones de corriente causadas por la acumulación de intensidad de campo eléctrico en una región finita. En dispositivos de alta tensión, tales como transformadores, las descargas parciales pueden ser un síntoma de problemas en el dispositivo.

Con el tiempo, se pueden dañar los materiales en el transformador, incluyendo la disolución y el revestimiento de papel de aislamiento de las paredes de la cuba del transformador. Si el daño no es detectado o corregido, los errores pueden provocar que el transformador deje de operar en sus parámetros normales y, finalmente, un fallo de graves consecuencias tendrá lugar, causando daños potenciales en torno a equipos e instalaciones, así como la pérdida de ingresos debido a un imprevisto corte de luz. En un sistema moderno de energía de alta tensión, se utiliza la detección de descargas parciales para supervisar el estado de los transformadores.

Los principales métodos de detección de descargas parciales se basan en observaciones de las características eléctricas y acústicas del fenómeno. Los sistemas de detección acústica de descargas parciales son más ventajosos que los sistemas de vigilancia de transformadores eléctricos, ya que además de la detección, la medición de la señal observada por varios sensores acústicos permite la localización de las descargas parciales.

La información de posición puede ser utilizada por monitores de planta para diagnosticar la causa de la descarga parcial, así como reducir el tiempo de mantenimiento. El problema con los actuales sistemas de detección acústica de descargas parciales es que la señal acústica debe observarse fuera de la cuba del transformador, ya que no existen sensores desarrollados que puedan sobrevivir en el interior de la cuba y ser eléctrica y químicamente neutros. Porque el camino entre la descarga parcial y los sensores acústicos están entre la pared de la cuba, las interferencias pueden limitar gravemente la exactitud de cualquier sistema de posicionamiento.

La interferencia es causada por las diferencias de velocidad de la onda acústica en el aceite mineral y la cuba del transformador. Como el pulso acústico viaja a través de la cuba, se encuentra con la pared en diferentes momentos, y es registrado por el sensor exterior. En el caso de la HVT, la señal llega al sensor antes que a través del aceite, porque la velocidad del sonido en el acero es mucho mayor que en el aceite mineral. Esta diferencia de tiempo de tránsito puede dar lugar a una distorsión de la señal que conduce a un cálculo erróneo TDOA. Por lo tanto, sería una enorme ventaja contar con un sensor diseñado para funcionar dentro dla cuba del transformador sin inhibir o cambiar la funcionalidad del transformador. Una vez que un sensor interno ha sido diseñado, un sistema de posicionamiento debe ser empleado, que hace uso más eficiente en capturar señales acústicas. La ubicación de la fuente de descargas parciales en la cuba del transformador está determinada por medir la diferencia de tiempo de llegada (TDOA) de la señal acústica de cada uno de entre varios sensores de posiciones dentro de la cuba, que luego pueden ser utilizados para resolver un sistema de ecuaciones no lineales.

Este articulo presenta un sistema de sensores ópticos basados en la detección y ubicación acústica. El sensor, un sensor acústico de fibra óptica, está hecho de sílice de forma que es a la vez, tanto química como eléctricamente neutro, y pueden sobrevivir a las duras condiciones de la cuba, sin comprometer el interior del transformador o alterar la funcionalidad del dispositivo. Esto permite registrar los datos a los sensores para, mientras que el transformador está en línea, a fin de que la HVT pueda ser monitoreada constantemente y sin pérdida de servicio. El sistema también tiene la capacidad de posicionamiento, ya que consta de cuatro sensores, que proporcionan TDOA, tres mediciones y pueden proporcionar la fuente de posición en tres dimensiones con una precisión limitada por un cubo de 10 cm.

El desarrollo de este sistema es importante porque actualmente la detección y localización de descargas parciales en los sistemas son insuficientes para proporcionar resultados fiables en un plazo de tiempo razonable.

En el caso de equipos eléctricos o de detección química, la información de la posición lo es todo, pero es imposible la utilización de estos métodos por sí solos. La detección acústica ofrece la posibilidad de localizar un descargas parciales, pero la precisión de los sistemas actuales es de entre 10 cm en cada eje, y un pie, es costoso y requiere algoritmos los períodos de observación en el orden de horas para encontrar una ubicación única de descargas parciales. El sistema presentado en este articulo tiene potencial para permitir la detección en tiempo real y la precisión del posicionamiento que superan a los encontrados en la literatura.

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