Guía completa para la detección acústica de descargas parciales

Guía completa para la detección acústica de descargas parciales
Un ingeniero profesional de Asia Oriental en una subestación exterior realiza la detección en línea de emisiones acústicas de descarga parcial en un transformador de corriente, utilizando un analizador portátil para interpretar las señales ultrasónicas generadas por defectos de aislamiento, garantizando una gestión fiable de los activos sin interrupción del suministro eléctrico.
Un ingeniero de Asia Oriental utiliza un analizador AE portátil para la detección de descargas parciales de TC en servicio

Introducción

La descarga parcial en los sistemas de aislamiento de los transformadores de corriente es la advertencia temprana más fiable de un fallo inminente del aislamiento, y la detección de emisiones acústicas es el método más práctico para identificar la descarga parcial activa en los TC de distribución de energía instalados sin poner el equipo fuera de servicio. Un TC que se está descargando internamente de forma activa está comunicando su estado de deterioro a través de señales acústicas ultrasónicas que se propagan a través de su medio aislante y su carcasa - señales que son detectables con el sensor piezoeléctrico1 de los equipos, interpretable con la metodología adecuada y procesable con la respuesta de mantenimiento correcta, todo ello sin un solo minuto de interrupción planificada.

La respuesta directa es la siguiente: la detección acústica de descargas parciales en los TC de distribución de energía funciona mediante la detección de las ondas de presión ultrasónicas - normalmente en el gama de frecuencias ultrasónicas2 - que se generan cada vez que se produce un evento de descarga parcial dentro del sistema de aislamiento del TC, y la técnica tiene un valor único para el mantenimiento de TC instalados porque no es invasiva, no requiere la desconexión del circuito secundario, puede realizarse en condiciones energizadas y proporciona información de localización que los métodos de medición de descargas parciales eléctricas no pueden proporcionar, lo que permite a los equipos de mantenimiento distinguir entre los defectos internos de aislamiento del TC que requieren una sustitución urgente y las fuentes de corona externas que no requieren la intervención del TC.

Para los ingenieros de mantenimiento de distribución de energía, los especialistas en evaluación del estado del aislamiento y los equipos de fiabilidad responsables de la gestión de flotas de TC, esta guía proporciona el marco técnico completo para la detección de descargas parciales por emisión acústica, desde la física de la generación de señales acústicas hasta la selección de sensores, la metodología de medición, la interpretación de señales y la toma de decisiones de mantenimiento.

Índice

¿Qué es la descarga parcial en los sistemas de aislamiento CT y cómo funciona la detección de emisiones acústicas?

Ilustración conceptual detallada con varias leyendas y una vista dividida que explica la detección de descargas parciales (DP) y emisiones acústicas (EA) en un transformador de corriente. Muestra una sección transversal de un TC con una vista ampliada de un 'evento de descarga parcial (DP)' en un vacío de aislamiento que genera ondas de presión ultrasónicas en expansión. Estas ondas son captadas por un 'sensor piezoeléctrico' externo situado en la carcasa del TC, que envía la señal a un 'analizador de señales' portátil. La pantalla del analizador muestra datos de 'Forma de onda y espectro', destacando el 'Pulso ultrasónico (20-500 kHz)'. El fondo ilustra el proceso como una 'Inspección en línea / en servicio' en una subestación, con comparaciones con métodos eléctricos.
Comprensión de las descargas parciales (DP) mediante la detección de emisiones acústicas (EA) en el aislamiento CT

La descarga parcial es una descarga eléctrica que puentea sólo una parte del aislamiento entre conductores - no constituye una vía de ruptura completa entre el conductor de alta tensión y tierra, pero degrada progresivamente el material aislante que rodea el lugar de la descarga hasta que finalmente se forma una vía de ruptura completa. En los sistemas de aislamiento de TC, ya sean de papel-aceite, resina epoxi fundida o gas SF₆, la descarga parcial es el principal mecanismo de degradación que hace que un sistema de aislamiento pase de ser utilizable a fallido en una escala de tiempo que oscila entre meses y años, dependiendo de la intensidad de la descarga y del tipo de aislamiento.

Física de las descargas parciales en el aislamiento del TC

La descarga parcial se produce en los puntos débiles del aislamiento: huecos en la resina fundida, burbujas de gas en el aislamiento de papel-aceite, interfaces de delaminación, inclusiones metálicas y regiones de tensión de campo eléctrico localmente elevada. En estos lugares, el campo eléctrico local supera la resistencia a la rotura del medio aislante dentro del defecto, normalmente un vacío lleno de gas en el que la resistencia dieléctrica es muy inferior a la del aislamiento sólido o líquido circundante.

Cuando el campo local supera la fuerza de ruptura del vacío, se produce una descarga rápida dentro del vacío, que dura entre nanosegundos y microsegundos. Esta descarga:

  • Eléctricamente: Produce un impulso de corriente en el circuito primario y un impulso inducido correspondiente en el circuito secundario: la base de los métodos de medición de la descarga parcial eléctrica.
  • Térmicamente: Deposita energía en el lugar de descarga, carbonizando el material aislante circundante y agrandando el vacío en sucesivos ciclos de descarga.
  • Acústicamente: Crea un rápido cambio de presión local -un impulso mecánico- que se propaga hacia el exterior desde el lugar de descarga como una onda acústica a través del medio aislante circundante y el alojamiento del TC.

La emisión acústica de un evento de descarga parcial es un pulso de presión de banda ancha con un contenido energético significativo en la gama de frecuencias ultrasónicas de 20-500 kHz. La señal se propaga a través del medio aislante del TC -aceite, resina o gas- y a través de las paredes de la carcasa del TC, atenuándose con la distancia y reflejándose en las interfaces de los materiales, hasta que alcanza la superficie exterior del TC, donde puede ser detectada por un sensor piezoeléctrico de contacto.

Parámetros técnicos clave que definen la detección acústica de descargas parciales mediante TC:

  • Gama de frecuencias de emisión acústica: 20-300 kHz para CT PD interna; pico de energía típicamente a 80-150 kHz para aislamiento CT de papel de aceite; 100-250 kHz para aislamiento CT de resina fundida.
  • Velocidad de propagación de la señal: 1.400-1.500 m/s en aceite de transformador; 2.500-3.500 m/s en resina epoxi fundida; 5.100 m/s en carcasa de acero - las diferencias de velocidad permiten localizar la fuente mediante métodos de tiempo de llegada.
  • Atenuación de la señal: 6-12 dB por 100 mm en aceite; 15-25 dB por 100 mm en resina fundida; la atenuación aumenta con la frecuencia - los componentes de baja frecuencia se propagan más lejos de la fuente de descarga.
  • Umbral de detección: Carga mínima de DP detectable equivalente a aproximadamente 100-500 pC para sensores piezoeléctricos de contacto en la carcasa del TC; la medición eléctrica de DP es más sensible (5-10 pC) pero requiere acceso al circuito secundario.
  • Respuesta en frecuencia del sensor: Sensores piezoeléctricos de banda ancha: Respuesta plana de 20-300 kHz; sensores piezoeléctricos resonantes: sensibilidad máxima a 150 kHz ±20%; los sensores resonantes proporcionan una mayor sensibilidad a la frecuencia de diseño, pero pierden las señales fuera de la banda resonante.
  • Normas aplicables: IEC 602703 (medición de la descarga parcial eléctrica - método de referencia), IEC 62478 (técnicas de ensayo de alta tensión - emisión acústica), IEC 60599 (análisis de gases disueltos - método de diagnóstico complementario)

La ventaja de la detección de emisiones acústicas sobre la medición de descargas parciales eléctricas en aplicaciones de mantenimiento sobre el terreno:

La medición eléctrica de descargas parciales según la norma IEC 60270 es el método de referencia para la cuantificación de descargas parciales: proporciona mediciones de carga calibradas en picoculombios y es el método utilizado para las pruebas de aceptación en fábrica. Sin embargo, la medición eléctrica de descargas parciales sobre el terreno requiere acceso al circuito secundario del TC, un condensador de acoplamiento calibrado y un entorno de medición libre de ruidos, condiciones que rara vez se dan en una subestación de distribución de energía energizada. La detección de emisiones acústicas sólo requiere un acceso físico a la superficie de la carcasa del TC; puede realizarse con el TC totalmente energizado, bajo carga, sin ninguna modificación del circuito secundario y en presencia del entorno de ruido electromagnético que hace que la medición de descargas parciales eléctricas sea poco práctica sobre el terreno.

¿Cómo seleccionar y posicionar los sensores de emisiones acústicas para la detección de descargas parciales en TC?

Diagrama técnico que ilustra las mejores prácticas de selección y posicionamiento de sensores de emisiones acústicas para la detección de descargas parciales en transformadores de corriente. Contrasta el acoplamiento óptimo en TC sumergidos en aceite (pared inferior del tanque) y TC de resina fundida (base del cuerpo de epoxi), destacando los rangos de frecuencia apropiados y el gel de acoplamiento obligatorio. Una configuración de verificación con una fuente Hsu-Nielsen muestra una SNR requerida >= 6 dB.
Guía completa de selección y posicionamiento de sensores AE para la detección de DP en TC

La selección y el posicionamiento del sensor son las dos variables que más influyen en la calidad de la detección acústica de descargas parciales: un sensor correctamente seleccionado en una posición incorrecta pasará por alto las señales internas de descarga parcial, y un sensor correctamente posicionado con una respuesta de frecuencia incorrecta detectará interferencias externas en lugar de descargas internas.

Selección de sensores para la detección acústica de descargas parciales en TC

Sensores de contacto piezoeléctricos (método primario):
Los sensores piezoeléctricos de contacto se presionan contra la superficie de la carcasa del TC y detectan las ondas acústicas transmitidas a través de la pared de la carcasa. Proporcionan la máxima sensibilidad para la detección de descargas parciales internas y son el método estándar para los estudios acústicos de descargas parciales en TC.

Criterios de selección:

  • Gama de frecuencias: 50-200 kHz para los TC sumergidos en aceite; 80-300 kHz para los TC de resina moldeada: la mayor atenuación de la resina requiere una mayor sensibilidad de frecuencia para detectar las señales de la fuente de descarga antes de que se atenúen hasta el ruido de fondo.
  • Sensibilidad: Mínimo -65 dB ref 1 V/μbar para la detección fiable de fuentes de DP a distancias de hasta 300 mm a través de aceite; mínimo -55 dB para aplicaciones de resina fundida.
  • Compatibilidad con la vivienda: Base de montaje magnética para carcasas de TC ferromagnéticas: proporciona una fuerza de acoplamiento constante y un posicionamiento repetible del sensor para la supervisión de tendencias; acoplamiento adhesivo para carcasas no ferromagnéticas.

Sensores ultrasónicos aerotransportados (método suplementario):
Los sensores ultrasónicos sin contacto detectan las emisiones acústicas en el aire procedentes de la corona superficial y de fuentes de DP externas. Se utilizan para distinguir la corona externa, que produce señales fuertes en el aire pero débiles en el contacto, de la DP interna, que produce señales fuertes en el contacto pero débiles en el aire.

Posicionamiento de sensores para distintos tipos de TC

TC sumergido en aceite (casquillo de porcelana o compuesto):

  • Posición del sensor primario: Pared inferior del depósito, 50-100 mm por encima de la base del depósito: las señales acústicas procedentes del aceite de las fuentes internas de DP se propagan hacia abajo y se concentran en la base del depósito; esta posición maximiza la relación señal/ruido para la detección de DP internas.
  • Posición del sensor secundario: Pared central del depósito a 90° del sensor primario - permite la localización bidimensional de la fuente mediante la comparación del tiempo de llegada.
  • Evitar: Superficie del casquillo - la corona externa en la superficie del casquillo produce fuertes señales acústicas que enmascararán las señales DP internas si el sensor se coloca sobre el casquillo.

Resina de moldeo CT (encapsulada en epoxi):

  • Posición del sensor primario: Base del cuerpo del TC, directamente sobre la superficie de epoxi - la resina fundida tiene una atenuación acústica mayor que el aceite, lo que requiere la colocación del sensor lo más cerca posible de la ubicación prevista de la fuente de DP (normalmente la interfaz del conductor de alta tensión o la interfaz núcleo-resina).
  • Posiciones del sensor secundario: A intervalos de 120° alrededor de la circunferencia del cuerpo del TAC - permite la localización de la fuente en tres puntos para los TAC encapsulados en resina.
  • Medio de acoplamiento: Gel de acoplamiento acústico obligatorio para resina moldeada - la rugosidad de la superficie de epoxi crea espacios de aire que atenúan gravemente las señales de alta frecuencia sin gel de acoplamiento.

Verificación de la calidad del acoplamiento

Antes de registrar las mediciones de DP, verifique la calidad del acoplamiento acústico:

SNRcoupling=20×Registrar10(VsignalVnoise)6 dBSNR_{coupling} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{V_{signal}}{V_{noise}}right) \geq 6 \text{ dB}

Aplique una mina de lápiz rota (fuente Hsu-Nielsen) en la superficie de la carcasa del TC a 100-200 mm del sensor - esto produce un impulso acústico de banda ancha que verifica que el sensor está correctamente acoplado y que la ruta de la señal está intacta. Un sensor correctamente acoplado mostrará una respuesta al impulso limpia con una SNR ≥ 6 dB por encima del ruido de fondo.

¿Cómo realizar una campaña estructurada de medición de descargas parciales acústicas de TC?

Una infografía y un gráfico de procesos detallados, estructurados en cuatro paneles con etiquetas e iconos claros, que explican el flujo de trabajo estructurado completo para una campaña de medición de descargas parciales acústicas de TC. Los paneles detallan cómo 'Establecer las mediciones de referencia', 'Definir la secuencia y frecuencia de las mediciones' (anual, en función del evento), 'Ejecutar el protocolo de medición' (ruido ambiental, posicionamiento del sensor, espectro FFT, patrón PRPD) y realizar el 'Cálculo de la ubicación de la fuente' (utilizando más de tres sensores y la diferencia de tiempo de llegada). Las fórmulas y los gráficos de datos ilustran cada paso para una gestión sistemática de los activos.
Flujo de trabajo estructurado para el estudio de la flota de DP acústicas por TC

Una campaña estructurada de medición acústica de descargas parciales para un parque de TC de distribución eléctrica requiere un protocolo de medición definido que permita la comparación entre TC, entre periodos de medición y entre el TC sometido a prueba y una referencia sana conocida, porque los niveles absolutos de señal acústica no tienen sentido sin contexto; son los niveles relativos y las tendencias los que identifican el deterioro del aislamiento.

Paso 1: Establecer mediciones de referencia

Antes de que la detección acústica de descargas parciales pueda identificar los TC deteriorados, deben establecerse mediciones de referencia para cada TC de la flota en condiciones de salud conocidas:

  • Registrar el valor de referencia en el momento de la puesta en servicio o en el último estado de salud conocido: Medir y documentar el nivel de señal acústica, el espectro de frecuencia y el patrón de fase resuelta de cada TC en el momento de la puesta en servicio o inmediatamente después de una prueba de aislamiento sano confirmada.
  • Documentar las condiciones de medición: Registre la tensión del primario, la corriente del primario, la temperatura ambiente y las condiciones meteorológicas: los niveles de la señal acústica de descarga parcial varían con la tensión (tensión de inicio de la descarga parcial) y la temperatura (la viscosidad del aislamiento afecta a la propagación de la señal en el aceite).
  • Establecer referencia de flota: Identificar la distribución estadística de los niveles de señal acústica en toda la flota de TC: los TC con niveles de señal superiores a 6 dB por encima de la mediana de la flota deben investigarse independientemente del nivel absoluto.

Paso 2: Definir la secuencia y la frecuencia de las mediciones

  • Encuesta anual para los TC mayores de 15 años de edad de servicio: La degradación del aislamiento se acelera en la segunda mitad de la vida útil del TC; las inspecciones acústicas anuales de DP ofrecen suficiente resolución temporal para detectar el deterioro antes de que alcance niveles críticos.
  • Encuesta semestral para los TC con problemas de aislamiento conocidos: CT que mostraron niveles acústicos elevados en la encuesta anterior, CT con niveles anormales de análisis de gases disueltos4 y los TC que han sufrido sobrecargas térmicas.
  • Inspección inmediata tras un fallo: Cualquier TC que haya estado sometido a una corriente de paso superior a 50% de la corriente nominal de corta duración requiere una evaluación acústica de la EP en un plazo de 30 días: el estrés térmico de la corriente de falta puede iniciar la degradación del aislamiento que se manifiesta como EP a las pocas semanas de producirse la falta.

Paso 3: Ejecutar el protocolo de medición

  1. Prepare el entorno de medición: Registre el nivel de ruido ambiental con el sensor acoplado a la carcasa del TC pero con la fuente de señal desconectada; de este modo se establece el ruido de fondo para el cálculo de la SNR; si el ruido ambiental supera los -40 dBV en la banda de frecuencia de medición, identifique y elimine las fuentes de ruido antes de continuar.
  2. Aplique el sensor en las posiciones definidas: Utilizar el posicionamiento específico del tipo de TC definido en el paso 1 de la sección de selección del sensor; aplicar gel de acoplamiento para los TC de resina moldeada; verificar la calidad del acoplamiento con la prueba de la fuente de Hsu-Nielsen.
  3. Graba la forma de onda en el dominio temporal: Captura de un mínimo de 10 segundos de señal acústica continua en cada posición del sensor: suficiente para observar múltiples ciclos de frecuencia de potencia e identificar la actividad de DP correlacionada con la fase.
  4. Registra el espectro de frecuencias: Análisis FFT de la forma de onda capturada; identificación de los componentes de frecuencia pico; comparación con el espectro de referencia; los nuevos componentes de frecuencia por encima de la referencia indican una nueva actividad de EP.
  5. Registro patrón pd de fase resuelta5: Sincronizar la medición acústica con la fase de tensión de frecuencia de potencia utilizando una señal de tensión de referencia; trazar la amplitud del evento acústico frente al ángulo de fase: la forma del patrón PRPD identifica el tipo de fuente de DP.
  6. Aplicar el análisis de tiempo de llegada multisensor: Si se despliegan dos o más sensores simultáneamente, registre la diferencia de tiempo de llegada (TDOA) de las señales acústicas entre las posiciones de los sensores, lo que permite calcular la localización de la fuente.

Paso 4: Cálculo de la localización de la fuente

Para dos sensores en posiciones conocidas de la carcasa del TC:

Δd=voil×Δt\Delta d = v_{oil} \times \Delta t

Dónde Δt\Delta t es la diferencia de tiempo medida de llegada y voilv_{oil} es la velocidad de propagación acústica en el aceite (1.450 m/s). La fuente se encuentra en una hipérbola definida por la diferencia de longitud de trayectoria constante Δd\Delta d - con tres o más sensores, la intersección de varias hipérbolas proporciona la localización de una fuente puntual.

Para un TC con geometría interna conocida, se puede lograr una precisión de localización de la fuente de ±20-50 mm con tres sensores y una cuidadosa medición TDOA, suficiente para distinguir entre una fuente de descarga parcial en la interfaz del conductor de alta tensión (más crítica), la interfaz núcleo-aislamiento (gravedad moderada) y la pared del depósito (gravedad más baja).

Escenarios de aplicación

  • Encuesta anual sobre el parque de CT de las subestaciones de distribución eléctrica: Sensores piezoeléctricos de contacto en la pared inferior del tanque; estudio de amplitud y espectro de un solo sensor; comparación con la línea de base de la flota; marcar los CT con un aumento de >6 dB con respecto a la línea de base para realizar un estudio multisensor de seguimiento.
  • Evaluación del estado del aislamiento de CT envejecido (>20 años de servicio): Despliegue de multisensores con análisis PRPD; localización de la fuente TDOA; correlacionada con los resultados de los análisis de gases disueltos; decisión de mantenimiento basada en pruebas acústicas y químicas combinadas.
  • Evaluación del aislamiento CT posterior a la avería: Estudio inmediato con un solo sensor en los 30 días siguientes al fallo; comparación con la línea de base anterior al fallo; un nivel de señal elevado activa un programa de seguimiento acelerado.
  • Nueva línea de base para la puesta en marcha de CT: Estudio multisensor completo en el momento de la puesta en servicio; patrón PRPD registrado como referencia; espectro de frecuencias documentado; resultados almacenados en el registro de gestión de activos de TC como referencia para toda la vida útil.

¿Cómo interpretar las señales de emisión acústica y tomar decisiones de mantenimiento de TC?

Una completa infografía de ingeniería que ilustra cómo interpretar las señales de emisión acústica de un transformador de corriente para tomar decisiones de mantenimiento. La sección superior compara cuatro categorías distintas de señales mediante gráficos PRPD ilustrativos, espectros de frecuencia e intensidades relativas de sensores aerotransportados/de contacto: Categoría 1 (Vacío interno, crítico), Categoría 2 (Rastreo de superficie, gravedad alta), Categoría 3 (Corona externa, gravedad baja) y Categoría 4 (Vibración mecánica, sin DP). La sección inferior presenta un diagrama de flujo visual que guía a partir de los resultados de la encuesta a través de diamantes de decisión específicos: ¿El nivel de la señal es > 6 dB? ¿Está relacionada con la fase? ¿Es simétrica? hasta acciones de mantenimiento estándar como 'Sustitución urgente requerida', 'Sustitución programada' o 'Investigar fuente externa'. Pequeño resumen de iconos sobre la correlación complementaria de DGA y DP eléctrica.
Transformador de corriente Guía de interpretación de señales acústicas y decisiones de mantenimiento

Marco de interpretación de señales

La interpretación de las señales acústicas de la EP requiere distinguir entre cuatro categorías de señales que producen rangos de amplitud que se solapan pero tienen espectros de frecuencia, patrones de fase e implicaciones de mantenimiento claramente diferentes:

Categoría 1: Descarga de vacío interno (la más crítica)

  • Características acústicas: Impulsos repetitivos a una tasa de repetición de frecuencia 2× potencia (dos eventos de descarga por ciclo de tensión - uno en el semiciclo positivo, uno en el negativo); frecuencia de pico 80-150 kHz; señal más fuerte en el sensor de contacto que en el sensor aéreo.
  • Patrón PRPD: Agrupaciones simétricas en las posiciones de fase de 45° y 225° (picos de tensión positivos y negativos); la distribución de la amplitud sigue una distribución gaussiana dentro de cada agrupación.
  • Implicación del mantenimiento: Degradación activa del aislamiento interno: programe la sustitución en la próxima interrupción planificada; aumente la frecuencia de supervisión a mensual hasta la sustitución.

Categoría 2: Descarga de rastreo en superficie (gravedad alta)

  • Características acústicas: Patrón de impulsos irregular; correlación potencia-frecuencia presente pero asimétrica; frecuencia de pico 50-100 kHz; señal detectable tanto en sensores de contacto como aéreos.
  • Patrón PRPD: Racimos asimétricos: más fuertes en un semiciclo que en el otro; distribución irregular de la amplitud que indica un comportamiento errático de la descarga.
  • Implicación del mantenimiento: Degradación del aislamiento de la superficie: normalmente en la interfaz entre el casquillo y la brida o entre el núcleo y la resina; sustitución necesaria; no aplazar hasta la siguiente parada programada.

Categoría 3: Corona externa (gravedad CT baja)

  • Características acústicas: Silbido continuo en lugar de impulsos discretos; fuerte señal aérea; señal de contacto débil o ausente; frecuencia de pico 20-50 kHz.
  • Patrón PRPD: Concentrado en los puntos de cruce por cero de la tensión (90° y 270°); distribución de la amplitud muy homogénea.
  • Implicación del mantenimiento: Corona externa de conductores, aisladores o herrajes adyacentes - no hay degradación del aislamiento del TC; investigar y corregir la fuente de corona externa; no es necesario sustituir el TC.

Categoría 4: Vibraciones mecánicas e interferencias (sin DP)

  • Características acústicas: Señal continua a frecuencia de potencia y armónicos (50 Hz, 100 Hz, 150 Hz); sin correlación con la fase de tensión; señal presente en el sensor de contacto pero sin correlación con la fase.
  • Patrón PRPD: Distribución uniforme en todos los ángulos de fase - sin correlación de fases
  • Implicación del mantenimiento: Vibración mecánica por magnetostricción, componentes sueltos o fuentes mecánicas externas - no es una señal de DP; no hay problema de aislamiento; investigue la fuente mecánica si el nivel de vibración es elevado.

Diagrama de flujo de las decisiones de mantenimiento

Árbol de decisión para el diagnóstico de la EP acústica

Resultado de la encuesta sobre DP acústica
¿El nivel de la señal es > 6 dB superior a la línea de base?
NO
Continuar la encuesta anual
¿La señal es más fuerte en el sensor de contacto que en el aéreo?
NO
Corona externa
Investigar fuente externa
¿Está el patrón PRPD correlacionado con la fase en los picos de tensión?
NO
Vibración mecánica
Investigar la fuente mecánica
¿Es simétrico el patrón PRPD (ambos semiciclos)?
Descarga de vacíos internos
Sustitución de horarios
NO
¿El patrón PRPD es asimétrico con amplitud irregular?
Seguimiento en superficie
Sustitución urgente
NO
Realización del análisis DGA correlacionado y de la prueba PD eléctrica
Para el diagnóstico definitivo

Correlación con métodos complementarios de diagnóstico

La detección acústica de DP proporciona el diagnóstico de campo más procesable, pero sus conclusiones se ven reforzadas por la correlación con métodos complementarios:

  • Análisis de gases disueltos (AGD): La generación de hidrógeno (H₂) y metano (CH₄) en los TC inmersos en aceite confirma la existencia de una DP activa; el acetileno (C₂H₂) indica la existencia de una descarga de arco de alta energía; la correlación entre el aumento del nivel de la señal acústica y la tasa de generación de gas de la DGA confirma la existencia de una fuente de descarga interna.
  • Imagen térmica (infrarrojos): Los puntos calientes en la superficie de la carcasa del TC indican un calentamiento resistivo debido al rastreo de las vías de descarga; la correlación con las señales acústicas en el mismo lugar confirma la actividad de descarga superficial.
  • Medición de la descarga parcial eléctrica (IEC 60270): Proporciona una medición calibrada de la carga en pC, necesaria para la evaluación definitiva de la gravedad; se realiza durante una interrupción planificada con el TC sin tensión y el circuito secundario accesible.

Errores comunes de interpretación

  • Atribuyendo todas las señales acústicas elevadas a EP interna: La corona externa del hardware adyacente es la fuente más común de indicaciones acústicas de DP falsas positivas en las subestaciones de distribución de energía; compare siempre las señales de los sensores de contacto y aéreos antes de concluir que existe DP interna.
  • Tomar decisiones de sustitución basadas únicamente en la amplitud de una sola medición: Una sola lectura de amplitud elevada sin análisis de patrón PRPD, comparación del espectro de frecuencias y correlación de la línea de base proporciona pruebas insuficientes para tomar una decisión de sustitución; la evaluación de la EP acústica requiere el paquete completo de caracterización de la señal.
  • Ignorar las señales acústicas por debajo del “umbral de alarma”: La degradación progresiva del aislamiento produce un aumento gradual de los niveles de señal acústica a lo largo de meses o años; una señal que está 3 dB por encima de la línea de base hoy y 4 dB por encima de la línea de base en el siguiente estudio es más preocupante que una señal que está 6 dB por encima de la línea de base pero estable; la tendencia es más informativa que el nivel absoluto.
  • Realización de un estudio acústico de descargas parciales inmediatamente después de un transitorio de tensión o un evento de conmutación: Las operaciones de conmutación producen señales acústicas que pueden persistir durante minutos en los TC sumergidos en aceite; deje transcurrir un mínimo de 30 minutos después de cualquier operación de conmutación antes de iniciar las mediciones acústicas de DP.

Conclusión

La detección de descargas parciales por emisión acústica es la técnica de monitorización de estado más práctica que existe para los TC de distribución eléctrica instalados: no requiere interrupciones, ni acceso al circuito secundario, ni infraestructura de subestación especializada, ni modificaciones en el TC o en sus circuitos conectados. El valor de la técnica no reside en la detección de descargas parciales en un único momento, sino en el establecimiento de una línea de base para cada TC del parque, la evolución del nivel de la señal acústica a lo largo de sucesivas campañas de medición y el uso del patrón de fase resuelta y el espectro de frecuencias para distinguir la descarga vacía interna que requiere una sustitución urgente de la corona externa que no requiere la intervención del TC. En la gestión del parque de TC de distribución eléctrica, la detección de descargas parciales por emisiones acústicas es la inversión en mantenimiento que convierte la respuesta reactiva a los fallos de los TC -sustitución de emergencia tras una avería inesperada del aislamiento- en una gestión planificada de los activos, en la que los TC deteriorados se identifican meses antes del fallo y se sustituyen durante las paradas programadas sin el riesgo para la seguridad, la interrupción de la protección y el coste de aprovisionamiento de emergencia de un fallo imprevisto del TC.

Preguntas frecuentes sobre la detección acústica de descargas parciales en los TC de distribución eléctrica

P: ¿Qué gama de frecuencias de emisión acústica debe utilizarse para la detección de descargas parciales en transformadores de corriente de distribución de energía sumergidos en aceite y por qué difiere de las aplicaciones de TC de resina fundida?

A: TC sumergidos en aceite: 50-200 kHz - el aceite proporciona una menor atenuación acústica, permitiendo que los componentes de menor frecuencia se propaguen desde la fuente de descarga hasta el sensor. TC de resina fundida: 80-300 kHz - la resina epoxi tiene una atenuación acústica más alta, lo que requiere una mayor sensibilidad de frecuencia y la colocación del sensor más cerca de la ubicación prevista de la fuente de descarga parcial para lograr una relación señal/ruido adecuada.

P: ¿Cómo distingue el análisis de patrones de descarga parcial con resolución de fase entre la descarga de vacío interna y la corona externa en las mediciones de emisiones acústicas de TC de distribución de potencia?

A: La descarga interna del vacío produce grupos simétricos de PRPD en las posiciones de fase de pico de tensión (45° y 225°) - la descarga se produce cuando la tensión a través del vacío es máxima. La corona externa produce agrupaciones de PRPD en posiciones de cruce por cero de tensión (90° y 270°); la corona se inicia cuando el gradiente del campo eléctrico es más pronunciado. La posición de fase de las agrupaciones de PRPD es el principal discriminador entre las fuentes de DP internas y externas.

P: ¿Cuál es el número mínimo de sensores de emisiones acústicas necesario para la localización de fuentes de descargas parciales en un TC de distribución de energía y qué precisión de localización puede alcanzarse?

A: Un mínimo de tres sensores para la localización bidimensional de la fuente mediante el análisis del tiempo de llegada. Tres sensores proporcionan la intersección de dos hipérbolas, con lo que se obtiene una localización puntual de la fuente con una precisión de ±20-50 mm en TC sumergidos en aceite con geometría interna conocida. Dos sensores proporcionan sólo un lugar hiperbólico, insuficiente para la localización puntual pero útil para confirmar si la fuente está más cerca de la posición de un sensor que de la del otro.

P: ¿Cómo deben correlacionarse las mediciones de descarga parcial de emisiones acústicas con los resultados de los análisis de gases disueltos para tomar decisiones de sustitución de TC en los programas de mantenimiento de distribución de energía?

A: El aumento de la señal acústica de descarga parcial combinado con la generación de hidrógeno y metano en la DGA confirma una descarga interna activa de baja energía. El aumento de la señal acústica de descarga parcial combinado con la generación de acetileno confirma una descarga de arco de alta energía. El aumento de la señal acústica de descarga parcial sin generación de gas en la DGA sugiere la presencia de una corona externa o vibración mecánica.

P: ¿Qué frecuencia de inspección debe aplicarse al control de las descargas parciales por emisiones acústicas de los transformadores de corriente sumergidos en aceite en las subestaciones de distribución de energía en función de la antigüedad del TC y de su estado?

A: TC menores de 15 años sin problemas de aislamiento conocidos: estudio acústico cada dos años. TC de 15-25 años: estudio anual. TC de más de 25 años: Inspección semestral. TC con lecturas acústicas elevadas previas, DGA anormal o historial de estrés térmico posterior al fallo: Inspección trimestral, independientemente de la edad. Inspección inmediata en los 30 días siguientes a cualquier fallo que implique una corriente primaria del TC superior a 50% de la corriente nominal de corta duración.

  1. Comprender la tecnología subyacente de los sensores piezoeléctricos utilizados en la monitorización acústica de alta frecuencia.

  2. Explorar las características específicas de frecuencia ultrasónica producidas por eventos de descarga eléctrica.

  3. Acceda a la norma oficial IEC 60270 para la medición de descargas parciales eléctricas convencionales.

  4. Descubra cómo el análisis de gases disueltos identifica la degradación del aislamiento mediante indicadores químicos en el aceite.

  5. Guía detallada sobre cómo interpretar los patrones de descarga parcial con resolución de fase con fines de diagnóstico.

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Jack Bepto

Hola, soy Jack, especialista en equipos eléctricos con más de 12 años de experiencia en distribución de energía y sistemas de media tensión. A través de Bepto electric, comparto ideas prácticas y conocimientos técnicos sobre componentes clave de redes eléctricas, como aparamenta, interruptores-seccionadores, disyuntores de vacío, seccionadores y transformadores de medida. La plataforma organiza estos productos en categorías estructuradas con imágenes y explicaciones técnicas para ayudar a ingenieros y profesionales del sector a comprender mejor los equipos eléctricos y la infraestructura de los sistemas de energía.

Puede ponerse en contacto conmigo en [email protected] para cuestiones relacionadas con equipos eléctricos o aplicaciones de sistemas de energía.

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