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Caracterizacin de pulsos de descargas parciales en sistemas de

aislamiento

Departamento de Ingeniera Elctrica

Universidad Tcnica Federico Santa Mara

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Aislamiento sometido a esfuerzo elctrico.

En condiciones normales de funcionamiento, los sistemas de aislamiento de mquinas elctricas y cables aislados pueden llegar a sufrir fallos inesperados asociados a continuos esfuerzos mecnicos, trmicos, elctricos y ambientales. Estos esfuerzos, con el tiempo, tienden envejecer y a degradar el aislamiento llevndolo a la prdida definitiva de sus propiedades aislantes y por lo tanto a la ruptura total del mismo.


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En las etapas anteriores al fallo, es habitual detectar procesos de ionizacin de baja energa, (por ejemplo en el interior de pequeas vacuolas atrapadas en el seno del material aislante o en la superficie de un dielctrico contaminado) en donde estn presentes campos elctricos altamente divergentes. Estos procesos son llamados Descargas Parciales y pueden considerarse como un indicador relevante del estado general del sistema de aislamiento.

Aislamiento sometido a esfuerzo elctrico.


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Descargas Parciales

Arborescencias en cable XLPE.


Ocurren en las vacuolas de aire o gas atrapadas en el interior del material aislante debido a la baja permitividad del gas presente en la cavidad, comparada con la del slido o lquido en el que se encuentra.

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Descargas Parciales


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Pulso de DP


Descargas parciales en una cavidad sometida a tensin alterna

DIV: Tensin de inicio de descargas. DEV: Tensin de extincin de descargas.

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Para la medida de la amplitud de los pulsos DPs se usan las siguientes unidades de medida:

Mili-Voltios (mV). Aplicable a objetos inductivos (medida directa).

Pico-Culombios (pC). Aplicable para objetos capacitivos. Requiere calibracin para cada objeto de medida. Representa la carga aparente de DPs. Usual en laboratorios de ensayo/fbricas.

Mili-Amperios (mA). Cuando se utilizan transformadores de corriente para realizar la medida.

Decibelios (dBm). Cuando se utilizan analizadores de espectros.

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Ejemplo de una representacin de un patrn PRPD para una configuracin punta plano a 4 kV [Ardila, J. A - 2012 ].

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Patrones PRPD, Phase Resolved Partial Discharge Patterns


Bsicamente el fenmeno de DPs se puede dividir en tres tipos de acuerdo a su origen:

DPs internas.

DPs superficiales.

DPs corona.

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Tipos de DPs


DPs Internas

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DPs Internas


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DPs Superficiales


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DPs Superficiales


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DPs Corona


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DPs Corona


Medicin de DPs

Efectos pticos (Luz)

Presin ondulatoria (sonido)

Perdidas dielctricas. Pulsos de alta frecuencia. Radiacin UHF

Efectos qumicos

Calor

Efectos macroscpicos

Mtodos de deteccin

Mecnicos

pticos

Elctricos

Qumicos

HV

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Es el mtodo ms frecuentemente usado, sus caractersticas se encuentran definidas en el estndar IEC 60270. En este documento se detalla desde las pruebas tcnicas para la medicin de la carga aparente de un pulso DP (en pC), especificando la definicin y descripcin relacionada con los circuitos y mtodos de medicin, hasta los procedimientos de calibracin y pruebas de la instrumentacin utilizada.

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Tcnicas elctricas


El circuitos se compone principalmente de: Una fuente de alta tensin. Un filtro de bloqueo Zn, para reducir las perturbaciones generadas en la

fuente. Un objeto de prueba, que se modela en primera aproximacin a una

capacidad Ca. Un condensador de acoplamiento Ck libre de descargas parciales. Una impedancia de medida o cuadripolo Zm. Un instrumento de medida o sistema de adquisicin de DPs. 20

Circuito indirecto de deteccin


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Sensores Inductivos

En general, la respuesta de los sensores inductivos se basa en la ley de Faraday. Si un pulso de corriente i(t) de una DP circula a travs del conductor conectado a tierra en el circuito de medida, ste va a producir a una variacin del campo magntico que enlaza el devanado segundario de cualquier sensor que se encuentre acoplado, induciendo una tensin e(t), proporcional a la tasa de cambio de la corriente producida por la DP.


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Sensores Inductivos

La constante proporcional M, es la inductancia mutua entre el conductor por donde circulan las DPs y el segundario del sensor.


Son sensores con ncleo ferromagntico, que permiten mayor sensibilidad y auto-inductancia, por lo tanto, las seales de salida son proporcionales en un alto rango de frecuencias. Por ejemplo el sensor comercial de TechImp Systems S.r.l, tiene un ancho de banda entre 2 y 60 MHz y una sensibilidad mxima de 21 V/A.

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Transformadores de corriente de alta frecuencia, HFCT


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Transformadores de corriente de alta frecuencia, HFCT


Es un transformador Toroidal con un ncleo de aire con seccin rectangular transversal, hecho de varias vueltas idnticas. Esta configuracin bsicamente se modela con un circuito equivalente formado por un voltaje inducido, la resistencia del devanado, la auto-inductancia, y la capacidad entre espiras.

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Bobina de Rogowski


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Ejemplo de aplicacin


Es un conductor en forma de espira que se encuentra cerca del conductor primario, la tensin inducida en el bucle se representa por la tensin de la fuente que esta en serie con la resistencia y la auto-inductancia del bucle.

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Lazo inductivo


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?

?

?


Patrones PRPD

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Aumentando el nivel de disparo


Problemas: identificacin del tipo de DPs con los mapas PRPD cuando la relacin seal ruido es baja o existe mas de una fuente de DPs.

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Mltiples fuentes de gran amplitud


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Que hacer entonces.


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En medidas hechas en entornos industriales reales, los pulsos que tienen como origen descargas parciales y ruido elctrico se adquieren de forma simultanea dando lugar a complejos patrones PRPD.


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Identificacin visual


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Se adquieren pulsos en el dominio del tiempo s(t). Se analiza el espectro de la seal y se divide en dos bandas

Se calcula la potencia espectral en cada una de las bandas y se normalizan con la potencia espectral total.

Mapas PRL-PRH



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Se seleccionan las nubes de puntos de inters y se representan en un diagrama PRPD:

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Se seleccionan las nubes de puntos de inters y se representan en un diagrama PRPD:

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Ventaja frente a otros mtodos de separacin: los intervalos son seleccionables y se puede buscar una separacin ptima de las nubes de puntos para mejorar la identificacin de las descargas.

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Software del sistema

Descargas parciales superficiales .

Nivel de trigger alto (8 kV).

Nivel de trigger bajo (800 V).

Nivel de trigger bajo (8 kV).

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Descargas parciales corona

Nivel de trigger bajo (3.2 kV).

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Preguntas?

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