20 Aplicación Aplicación Localizar la falla Diagnóstico completo de un generador hidráulico Los generadores se emplean para generar energía eléctrica. El hecho de que presenten alguna falla significa pérdida de producción y, por consiguiente, pérdida de ingresos para el operador. Tanto el mantenimiento como el diagnóstico de la funcionalidad del sistema desempeñan una función importante para evitar fallas imprevistas. Tras un largo periodo de inactividad, se realizaron mediciones eléctricas de diagnóstico en un generador hidráulico antiguo con una tensión nominal de 6 400 V y una potencia de salida de 5 400 kW para garantizar un funcionamiento ininterrumpido. OMICRON Magazine | Volumen 4 Número 2 2013 Aplicación El aislamiento principal del devanado del estator de los generadores tiene solo unos pocos milímetros de grosor. DIRANA Se mantiene fino para encajar tanto cobre como sea po- > Reduce a la mitad el tiempo típico de 21 prueba al combinar métodos de rango de sible en la ranura del estator y para ofrecer el mejor des- tiempo y frecuencias (PDC y FDS) empeño posible sin dejar de mantener sus dimensiones > Determinación automática del exteriores compactas. Un arco en el aislamiento principal durante el funcionamiento tendría fatales consecuencias. contenido de humedad sin necesidad de Es por eso por lo que inspeccionar el aislamiento del de- conocimientos expertos > Correcto cableado gracias a detallados vanado desempeña una función muy importante durante diagramas del cableado las mediciones eléctricas de diagnóstico. > Sin sobrestimación del contenido de Prueba de humedad humedad debido a la compensación Antes de aplicar altas tensiones de prueba al aislamien- exclusiva de productos de envejecimiento to, es muy importante asegurarse de que esté seco. Para comprobarlo, se mide la resistencia del aislamiento utilizando tensión continua. Si el aislamiento se encuentra en perfecto estado, fluirá una corriente relativamente más alta que con las fases V y W. El PI de la fase U era solo alta después de aplicar la tensión CC, pero después caerá de 1,4 mientras que el de las otras fases era aproxima- bruscamente. La relación de la corriente después de un damente de 4,5. El bajo PI de la fase U significaba que minuto con la corriente transcurridos diez minutos se era necesario efectuar una inspección más detallada del conoce como índice de polarización (PI). El PI es un indica- aislamiento antes de que pudieran realizarse pruebas de dor importante para el estado del aislamiento. Si su valor alta tensión. es inferior a dos, no deben aplicarse altas tensiones al DIRANA: más información en menos tiempo se produzca un arco. Mediante la determinación de la respuesta dieléctrica, En primer lugar se utilizó DIRANA para medir las corrien- DIRANA permite un diagnóstico bastante más detallado tes del aislamiento y el PI. Con la fase U, después de 10 del aislamiento que nunca antes se había podido conse- minutos la corriente del aislamiento era casi 1 000 veces guir utilizando solo el PI. La respuesta dieléctrica puede Corriente de aislamiento en nA aislamiento del devanado puesto que hay riesgo de que 5000 1000 Fase U antes del secado, PI 1,4 500 Fase U tras el secado, PI 1,4 Fase U tras la reparación, PI 5,5 100 Fase V, PI 4,5 50 Fase W, PI 4,5 10 5 1 0,5 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Tiempo en s Corrientes del aislamiento de las fases U, V y W. OMICRON Magazine | Volumen 4 Número 2 2013 22 Aplicación medirse en función del tiempo (PDC – corriente de polarización la prueba de resistencia del aislamiento después de la limpieza, y despolarización) y de la frecuencia (FDS – espectroscopia del do- no hubo mejoras perceptibles. Por lo tanto, los devanados se minio de frecuencia). El método PDC mide la corriente de carga y calentaron y secaron utilizando una corriente CC de alrededor de de descarga en el tiempo. El método FDS detecta la capacitancia y 250 A. Cuando se verificó el calentamiento mediante una cámara el factor de disipación en un amplio rango de frecuencias. DIRANA de imagen térmica, quedó patente que determinadas zonas del combina los dos métodos y, por lo tanto, reduce a la mitad el tiem- devanado en la fase W estaban más calientes que el resto del po típico necesario para la prueba. devanado. Al medir la respuesta dieléctrica, el factor de disipación extrema- La resistencia del devanado se midió después utilizando la unidad damente alto de la fase U con 294% a 10 mHz, en comparación CPC 100 y una corriente CC de 100 A. El resultado indicó que la con aproximadamente el 5% de las dos otras fases, fue especial- resistencia del devanado de la fase W era aproximadamente un mente sorprendente. El brusco aumento de la capacitancia de 25% más alta que la de las otras fases. Cuando se inspeccionó el la fase U de unos 100 nF a 50 Hz hasta pasar a 287 nF a 10 mHz devanado, se determinó que diversas conexiones soldadas en el también quedó patente inmediatamente. cabezal del devanado de la fase W estaban rotas. Seguidamente se procedió a volver a soldar las conexiones dañadas. Posible solución: secado de los devanados Además de lo anterior, se repitieron las mediciones de la resisten- Debido al bajo PI de la fase U, se extrajo el rotor del generador cia del aislamiento y del PI. A 513 nA después de 600 segundos, para proceder a limpiar el devanado del estator, que estaba la corriente del aislamiento era más de 10 veces más baja que el extremadamente sucio. No obstante, cuando se volvió a realizar valor registrado antes del proceso de secado. No obstante, el PI de la fase U no sufrió cambios y permaneció en el valor bajo de 1,4. Medición de descargas parciales usando el sistema MPD 600 Se procedió a realizar una medición de descargas parciales para alta tensión localizar la falla. Se conectó un canal de un sistema MPD 600 al lado de alta tensión. Otro se conectó el punto de estrella del devanado U. A una tensión de 2,5 kV, se produjeron descargas parciales muy severas de más de 100 nC en el punto de estrella. Pudieron ser lo- punto de estrella calizadas acústicamente por medio de un detector ultrasónico. La imagen muestra la ubicación de la falla: pinza de montaje afilada en la salida al punto de estrella. Medición de las descargas parciales de la fase U a 2,5 kV. Reparación del devanado defectuoso Sin embargo, la falla real todavía no se había eliminado, algo que se hizo evidente cuando se repitió la medición de la corriente del aislamiento mediante DIRANA. Por lo tanto, se probaron los devanados a su tensión nominal (6 400 V). Durante este prueba, se produjo un arco en la fase U después de unos 10 segundos. La resistencia del devanado que se midió después era tan baja que pudo alimentarse una corriente de 2 A en la ubicación de la falla mediante la unidad CPC 100. A partir de ahí, el punto de entrada de la corriente se alternó entre el lado de alta tensión y el punto de estrella. La varilla defectuosa pudo localizarse utilizando un amperímetro de pinza. El devanado se reparó desconectando la bobina defectuosa y conectando los extremos del devanado restante entre sí. Se volvió a probar la corriente del aislamiento. Se determinó que estaba a un nivel similar al de las otras dos fases. El PI fue Ubicación de la falla de DP en la salida al punto de estrella. OMICRON Magazine | Volumen 4 Número 2 2013 de 5,5 tras las reparaciones, muy por encima del valor crítico de 2. Aplicación CN UN(t) CC1 Z1 Z2 UX(t) U1 V1 W1 U2 V2 W2 23 CX CC2 Mediciones simultáneas de capacitancia, factor de disipación y descargas parciales utilizando la unidad CPC 100 + CP TD1 y MPD 600. CPC 100 + CP TD1 > Mejora en el diagnóstico del aislamiento gracias a pruebas a frecuencia variable > Ligero y fácil de transportar gracias al carro > Pruebas automatizadas con plantillas de pruebas > Informes: análisis detallados con pantallas de tendencias y gráficas www.omicronusa.com/cptd1 Tiempo de prueba total tras las reparaciones: 6 minutos se aumentó automáticamente en incrementos del 10% de la En el paso final, todas las mediciones pertinentes para la tensión nominal hasta el 120% y después se volvió a reducir puesta en servicio de la máquina reparada se realizaron simul- en pasos del 10% hasta volver a cero. Todos los datos, como táneamente. El sistema de pruebas utilizado para la medición la tensión, la corriente, la frecuencia, la capacitancia, el factor simultánea de la capacitancia, el factor de disipación y las de disipación y todos los niveles y patrones de descargas descargas parciales hace que esta prueba sea extremadamen- parciales se registraron y guardaron para todos los niveles de te eficaz. Consta del dispositivo de pruebas universal CPC 100 tensión de prueba. De esta manera, el tiempo que se habría junto con el sistema de pruebas de capacitancia/factor de necesitado para registrar todos estos datos manualmente se disipación CP TD1, y utiliza reactores de compensación CP redujo espectacularmente. CR500 para la compensación de la potencia reactiva y hasta El resultado correcto arrojado por todas estas pruebas cuatro sistemas MPD 600, incluidos condensadores de acopla- demostró la disponibilidad operativa de la máquina tras miento MCC y convertidores de alta frecuencia MCT para la sus reparaciones. El generador hidráulico pudo ponerse en medición de las descargas parciales. Todo el procedimiento de marcha de nuevo. prueba (fase U en comparación con fase V, fase W y estator) se completó en tan solo 6 minutos. Puesto que la prueba ha de realizarse a diversos niveles de tensión, la tensión de prueba Michael Krüger Head of Engineering Services Test & Diagnostics Solutions for Primary Assets OMICRON Magazine | Volumen 4 Número 2 2013