Comprensión de la prueba de 1 Hz: La ciencia detrás de la evaluación mejorada del aislamiento
La integridad del aislamiento es primordial en los equipos eléctricos de alta tensión (AT).
Para evaluar el estado de los aislamientos, los técnicos han recurrido durante décadas a medidas del factor de disipación de la frecuencia de línea (LF DF).
Sin embargo, los avances recientes han demostrado que complementar este método tradicional con mediciones de 1 Hz puede lograr una evaluación más completa y precisa.
Conozcamos la base teórica que sostiene esta estrategia innovadora.
Respuesta dieléctrica en el dominio de frecuencia
Para comprender los ensayos de 1 Hz, primero debemos conocer el concepto de "respuesta dieléctrica".
Cuando aplicamos una señal sinusoidal a un sistema de aislamiento, podemos medir varias propiedades dieléctricas, entre las que se encuentran la capacitancia, la permitividad compleja y la conductividad.
La densidad de corriente total consta de dos componentes:
- uno en fase con el campo aplicado (componente resistivo)
- y un campo aplicado de 90° (capacitivo)
Estas mediciones nos aportan información valiosa sobre el estado del aislamiento sin causar daños.
En particular, la relación entre los componentes imaginarios y reales del coeficiente de permeabilidad compleja ε ̂, conocido como "factor de disipación" o "tangente delta" (δ), es crucial en la evaluación de la salud del aislamiento.
ε ̂=ε^' (ω)-iε"(ω)
tanδ (ω)=(ε" (ω) )/(ε^' (ω) )
La temperatura importa: la ecuación de Arrhenius
Desafortunadamente, las mediciones de tangente delta dependen de la temperatura y una de las dificultades en las mediciones efectuadas en aislamientos es precisamente tener en cuenta las variaciones térmicas.
La ecuación de Arrhenius demuestra cómo la temperatura afecta a la respuesta dieléctrica:
L=ln(f_2 )-ln(f_1)=-E_a/κ_B (1/T_2 -1/T_1 )
Ea es la energía de activación, kB es la constante de Boltzmann y T es la temperatura en grados Kelvin.
Con esta ecuación, es posible normalizar las mediciones a una temperatura de referencia (normalmente, 20 °C). Esta corrección es vital para hacer comparaciones cronológicas o entre distintos activos.
El efecto de la temperatura sobre una muestra de papel impregnado con aceite (OIP) se muestra en la Figura 1.
Factor de disipación de la frecuencia de línea: el enfoque tradicional
Tradicionalmente, la evaluación de los aislamientos se ha efectuado mediante DF de la frecuencia de línea a 50 o 60 Hz. Si bien este método es útil, tiene sus limitaciones.
Los valores DF de la frecuencia de línea a veces pueden permanecer estables incluso cuando el aislamiento se haya deteriorado, lo que significa que los resultados de la medida no revelan los primeros indicios de problemas.
Además, como ya se ha observado, los resultados dependen en gran medida de la temperatura, lo que hace que la interpretación exacta resulte muy complicada sin la debida corrección.
Medición de 1 Hz: una aproximación complementaria
Medir el factor de disipación a 1 Hz y a la frecuencia de línea nos permite disfrutar de varias ventajas:
1. Aumento de la sensibilidad: Las mediciones de 1 Hz son hasta diez veces más sensibles al estado del aislamiento que las mediciones de baja frecuencia.
2. Detección temprana: Los problemas que podrían pasar desapercibidos con la mera medición de DF de la frecuencia de línea se pueden detectar y diagnosticar más fácilmente mediante mediciones de 1 Hz.
3. Interpretación inmediata: Los resultados de 1 Hz a menudo son más fáciles de interpretar sin necesidad de analizar tendencias a largo plazo.
El concepto de la frecuencia de pérdidas más baja
Para apreciar completamente el valor de las medidas a 1 Hz, necesitamos entender el concepto de la frecuencia más baja de pérdidas en la respuesta dieléctrica del aislamiento de papel-aceite.
A medida que nos desplazamos por diferentes frecuencias, observamos un punto de transición (ωr) en el que la respuesta dieléctrica cambia de un sistema relativamente lineal y de baja pérdida a una región con mayor pérdida y mayor dispersión.
Los cambios de temperatura hacen que esta frecuencia de pérdidas más baja cambie. Las temperaturas más altas la llevan a frecuencias más bajas y las más reducidas hacen que disminuyan.
Comprender este cambio es fundamental, porque los cambios en el eje vertical u horizontal de la curva de respuesta dieléctrica pueden indicar un cambio en el estado del aislamiento, como se observa en la Figura 2.
Al efectuar medidas tanto de la frecuencia de línea como de 1 Hz podemos captar mejor este comportamiento y obtener más información sobre el estado del aislamiento.
Conclusión
La combinación de las mediciones de la frecuencia de línea y de DF de 1 Hz, junto con la corrección adecuada de la temperatura, proporciona una poderosa herramienta para evaluar la condición del aislamiento del equipo de alta tensión.
Esta estrategia ofrece mayor sensibilidad, detección de problemas más temprana y resultados más confiables en diversas condiciones de temperatura.
Los límites de los sistemas de alimentación eléctrica están alcanzando nuevas cotas y estos métodos de medición avanzados se vuelven cada vez más necesarios para conservar la confiabilidad y prolongar la vida útil de los activos valiosos.
En publicaciones futuras, analizaremos los usos prácticos de la tecnología de 1 Hz y cómo está revolucionando las prácticas de mantenimiento in situ.
No pierda detalle para saber cómo las mediciones de 1 Hz marcan la diferencia en situaciones reales: desde los transformadores hasta bushings y más allá.
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