Mantenimiento predictivo y prevención de apagones de un transformador en una planta de acero usando Ultrasonido

El procesamiento de acero requiere gran energía y robustos sistemas eléctricos. Pero sólo un fallo de un componente eléctrico afectará la producción de acero a un alto costo de fabricación con enormes pérdidas en tiempo y dinero. Cuanto más grave es el hecho del tiempo que tardan los sistemas para ser restaurados.

Los equipos de mantenimiento predictivo se basan en tecnologías de monitoreo de condición como la inspección de ultrasonidos e imágenes termográficas para predecir fallos de componentes eléctricos en todos los sistemas, incluyendo subestaciones, transformadores, equipos desde el cuarto de control de motores y similares.

Entre mas rápido se detecta un problema mayor es la ventana para programar el mantenimiento. Los equipos eléctricos de automotrices prefieren hacer reparaciones preventivas, en lugar de realizar mantenimiento por condición. Esta ultima es la opción más barata y la mejor para todos. 
Ser alertado tempranamente de que un sistema necesita atención también significa que el mantenimiento requerido es "simple mantenimiento" en lugar de revisión costosa reparación total, y la sustitución. Una etapa de las descargas parciales se denomina “Rastreo Termografía de transformador

La mayoría de los fallos eléctricos son el resultado de la descarga parcial, la cual se define como "una descarga eléctrica localizada en una sistema de aislamiento que no supera completamente los electrodos. "Una descarga se describe como un" arco "o una" chispa “ y puede ser o fase a fase o de fase a tierra. Una descarga parcial es destructivo para el conductor o para el aislante y con el tiempo hará que el componente falle. Los gases corrosivos como el óxido nitroso son de impacto negativo en la integridad de los aisladores. La descarga parcial está influenciada por la tensión del sistema, la forma del vacío de fase a fase, la temperatura ambiente, la condición del material de aislamiento, y condiciones ambientales tales como la contaminación y la humedad.

Estos factores tienen un impacto en el tiempo de falla de los componentes del sistema. La descarga parcial es un problema común en altas tensiones, pero puede ser problemático en conmutadores de baja tensión. Ya que el voltaje es factor de influencia, mayor voltaje de descargas parciales hacen mas daño.

El rastreo es difícil de detectar ya que no suele mostrar acumulación de calor. Puede considerarse arco en sus primeras etapas. Al igual que la descarga de corona y arco, el rastreo busca un camino al suelo. La suciedad, el polvo y la humedad ayudan al rastreo a seguir el camino, que es la razón por lo que un simple mantenimiento como la limpieza puede prolongar la vida de servicio de los sistemas eléctricos diagnosticados con rastreo “seguimiento”. Este fenómeno comienza con un zumbido bajo y crepitante (como el sonido de crispetas preparándose) y crece en intensidad hasta que se alcanza el punto de descarga disruptiva. Después flashover se produce se convierte de nuevo en silencio. Este fenómeno actúa de manera constante en la intensidad y las descargas conducen a la ruptura del aislante que puede pasar a un arco más destructivo.

El aislante muestra que fue dañado por “rastreo” y la eventual formación de arcos. El problema se detecta a tiempo con un Sistema inspección de Ultrasonido SDT170. Uno de los instructores de certificación trato, Debra Smith, nos recuerda que la electricidad siempre sigue el camino más fácil a tierra. Ella enseña a los inspectores de ultrasonido sobre cómo la suciedad, el polvo, la humedad mejoran las oportunidades para establecer este trayecto a tierra de un “rastreo”. Debra nos recuerda que el seguimiento indica la presencia de una falla del equipo. Cuando se detecta en una etapa temprana, a menudo se puede solucionar con simples procedimientos de mantenimiento. Sin embargo consecuencias graves de seguridad a tener en cuenta por todos los inspectores que lleven a cabo esta labor que no se deben omitir.

Las imágenes térmicas de transformadores reductores de 161kV a 13,8 kV fueron proporcionados por Young. No hubo aparentes manchas calientes visibles en la A, B,y la fase C, pero un seguimiento con ecografía produjo un archivo de sonido con indicación obvia de rastreo temprano. Datos ultrasónicos de Young utilizando software SDT Ultranalysis. Este programa muy fácil de usar analiza los archivos de ultrasonido capturados en el tiempo y el espectro en el dominio de la frecuencia. Ver imagen.

Esta imagen ilustra el dominio del tiempo que muestra la acumulación y la liberación de la ionización de descarga a medida que encuentra una trayectoria a tierra. Ultrasónicamente oímos la acumulación, y después de una interrupción o neutralización del aire que rodea el problema.

El calor no se acumula aquí hasta que la situación progresa y no hay suficiente flujo o corriente para producir calor a lo largo de la trayectoria de descarga

El archivo de sonido des-modulado registrado por el SDT 170 se puede ver tanto en el dominio del tiempo como el espectro de frecuencia utilizando software Ultranalysis. La foto superior muestra el seguimiento recogido en el rango de los ultrasonidos A-Fase buje del transformador.

la repetición de eventos 60 Hz claramente nos dice que hay efecto corona presente además de rastreo. La segunda es el nivel de ruido entre los 60 Hz picos que son una confirmación de la actividad de rastreo.

También contamos con archivos de sonido tomados en los bujes de la Fase B y C. Ninguno mostró signo de calor cuando fue inspeccionado con la cámara infrarroja, sin embargo ambos presentan signos de seguimiento “rastreo” cuando se escanea con el colector de ultrasonido.

Una vez que el diagnóstico arroja la sospecha del problema en los transformadores se toma la decisión de realizar un mantenimiento sencillo durante la próxima parada programada. Las imágenes infrarrojas no mostró signos de calor así que nos sentimos seguros de que los síntomas detectados durante la exploración de ultrasonido fue de hecho el seguimiento en sus primeras etapas.

El problema fue descubierto en una fase inicial que requirió de un mantenimiento sencillo , evitando así todos los inconvenientes relativos a una falla.

Según Young, el mantenimiento sencillo incluye la limpieza y apriete todas las conexiones y fases A, B, y C . Su mantenimiento sencillo mejora definitivamente la condición. Dado que el seguimiento “rastreo” es una etapa de descarga parcial que causa daño a conectores y aisladores será necesario para a continuar vigilando las ecografías en los transformadores.

El caso de estudio de Gerdau es un ejemplo de campo perfecto de cómo la combinación de dos tecnologías de predicción asegura que los problemas inherentes se detectan en la etapa más temprana de una posible de falla. Mediante la detección de la presencia de rastreo temprano con ultrasonido Gerdau fue capaz de evitar el daño excesivo al transformador.

Ellos fueron capaces de programar el mantenimiento planificado y solucionar el problema en sus condiciones. Lo mejor de todo el mantenimiento requerido era simple limpieza y re-ajuste de las conexiones. No se necesitaron partes costosas y los efectos del mantenimiento eran evidentes y positivo. Por último, después de haber encontrado el problema en los primeros equipos, mantenimiento eléctrico es consciente de un posible punto débil en el transformador. La vigilancia se intensificará y exploraciones tanto en infrarrojos y ultrasonidos serán más frecuentes a fin de evitar un corte catastrófico.

Una inspección sincronizada por ultrasonidos y imágenes infrarrojas realiza en el transformador de Gerdau debe ser considerado una herramienta para la observación de descargas parciales sobre los aisladores, paneles de MCC, así como la transmisión de alta tensión y las líneas de distribución

Fuente: Predicción y prevención de apagones de un transformador en una planta de acero, escrito por Allan Rienstra