Detección de arco eléctrico de averías de arco de forma precisa y en tiempo real

La medición precisa de niveles bajos de acetileno disuelto en un fluido aislante (aceite) en presencia de gases que causan interferencias es esencial para identificar rápidamente averías críticas de arco eléctrico en transformadores de potencia. Los monitores de análisis en línea de gases disueltos (DGA) que integran esta función solían tener un coste muy elevado, lo que dificultaba su implementación a gran escala en el sector. Esta nota de la aplicación presenta una solución novedosa: el Megger InsuLogix G2, que proporciona mediciones precisas de acetileno disuelto en aceite y de hidrógeno como indicador precoz de averías. Todo ello con un precio que justifica su integración en transformadores de mediana y gran potencia.

InsuLogix G2 de Megger.

La monitorización de gases críticos en transformadores viene de largo y se remonta a la introducción del relé Buchholz en 1921, que responde esencialmente al aumento de la presión que se produce a medida que se acumulan este tipo de gases. Un avance importante fue la introducción de los DGA en línea en los años 70, cuyo propósito inicial consistía en evaluar el nivel de humedad del aceite. Aunque la humedad no es un gas indicador de avería, un aumento de su concentración puede afectar negativamente a la vida útil del transformador. Poco después, la tecnología DGA vio ampliadas sus posibilidades al poder monitorizar el nivel de hidrógeno (H2) en el aceite. Este hecho supuso otro gran avance, al poder detectar ahora condiciones de averías activas casi en tiempo real en sus primeras fases, ya que era posible medir la concentración de un gas combustible específico.

A finales de esa misma década, se introdujo la medición en línea de los gases en el aceite mediante la tecnología de celda de combustible. En la actualidad, esta tecnología sigue plenamente vigente al poder detectar cuatro gases combustibles en diferentes porcentajes de sus concentraciones reales. Además, permite detectar averías incipientes de manera aproximada, pero no puede diferenciar entre averías críticas de arco eléctrico y de baja energía. Otra tecnología que se ha popularizado en las dos últimas décadas ha sido la monitorización del hidrógeno con sensores de humedad. Puede emplearse para implementar una solución de advertencia o alarma relativamente sencilla y de bajo coste, que proporciona una respuesta de primer nivel a averías incipientes, con el hidrógeno como indicador clave de descargas parciales o del efecto corona.

Estas variantes de DGA en línea son indudablemente útiles, pero comparten un gran defecto: carecen de la capacidad de detectar averías críticas de alta energía (arco eléctrico) de forma fiable, precisa y clara.

InsuLogix G2 es una excelente alternativa a la tecnología de celda de combustible porque realiza mediciones independientes y puede detectar de manera irrefutable concentraciones reales de hidrógeno y acetileno. InsuLogix G2 también es la solución ideal para los operadores de transformadores que emplean únicamente sensores de hidrógeno, y que buscan mejorar su estrategia de monitorización de gases para poder identificar claramente averías por arco eléctrico.

Figura 2: Concentraciones relativas de gas disuelto en aceite mineral frente a tipos de averías. Fuente: Megger.

El nuevo InsuLogix G2 de Megger ofrece una solución rentable y fiable para la detección de averías de arco de forma precisa y en tiempo real. Para ello, monitoriza los niveles de acetileno en el aceite, cuya importancia se refleja en la información de la Figura 2, que se ha tomado de la norma IEEE C57- 104 2019.

Como se muestra en este diagrama, el hidrógeno y el acetileno (C2H2) son los dos gases críticos que deben monitorizarse para ofrecer un nivel de protección alto a un transformador. A medida que la avería comienza a desarrollarse, el hidrógeno suele ser el gas que más se genera. Sin embargo, los niveles de acumulación del acetileno superiores a 2 ppm (y en aumento) indican una avería crítica de arco eléctrico que se podría pasar por alto fácilmente si solo se monitoriza el hidrógeno.

Al combinar las dos estrategias (detección de averías incipientes basada en mediciones de hidrógeno y detección de averías críticas basada en mediciones de acetileno), el InsuLogix G2 ayuda a evitar averías graves. La monitorización combinada del hidrógeno y del acetileno que lleva a cabo InsuLogix G2 era el eslabón perdido entre los monitores de hidrógeno y los monitores multigases (>7 gases).

Entre ambas opciones se encuentran los monitores intermedios (de 3 a 5 gases), si bien no proporcionan suficiente información o su coste de adquisición o mantenimiento resulta excesivo. Este hecho ha impedido que la solución de “red inteligente” haya acabado imponiéndose, de manera que todos los transformadores críticos de una red puedan monitorizarse en tiempo real con un software centralizado.

El InsuLogix G2 de Megger utiliza un espectrómetro láser de diodo regulable (TLDS). El espectrómetro hace pasar un rayo láser a través del gas y mide la cantidad de luz absorbida. Los diferentes gases absorben la luz en diferentes partes del espectro, por lo que al analizar la absorción, es posible realizar mediciones relacionadas con un gas específico, ignorando otros gases que causan interferencias y que puedan estar presentes. En el InsuLogix G2, el sistema láser se regula selectivamente al espectro del acetileno.

Entre los gases y compuestos gases que causan interferencias en el aceite del transformador se incluyen, entre otros, hidrógeno, agua, etano, metano, etileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y compuestos pesados como alcoholes, cetonas y aldehídos. Cuando es necesario medir pequeñas concentraciones de un gas concreto, como el acetileno, los gases y compuestos que causan interferencias contribuyen significativamente a aumentar los errores de medición si se utilizan tecnologías convencionales.

Gracias a su capacidad de regulación selectiva, el sistema TDLS del InsuLogix G2 proporciona una solución efectiva y económica a este problema. El equipo ofrece lecturas precisas de hidrógeno y de la humedad, y tiene un límite de detección inferior (LDL) de 0,5 ppm para acetileno, lo que proporciona información que permite a los usuarios reaccionar de forma rápida y fiable ante averías incipientes y críticas en transformadores de potencia. Sin embargo, de acuerdo con las prácticas recomendadas para todos los programas de monitorización en línea, es aconsejable utilizar el InsuLogix G2 como complemento en lugar de sustitución de las pruebas fuera de línea en un laboratorio.

El InsuLogix G2 es un equipo compacto y resistente con un índice de protección IP66 que puede instalarse en casi cualquier lugar sin necesidad de protección adicional. Presenta un diseño de válvula única que reduce el tiempo de instalación y permite trasladarlo fácilmente entre transformadores. No tiene componentes consumibles y no requiere mantenimiento rutinario.

La pantalla integral del equipo proporciona un fácil acceso a las mediciones de acetileno, hidrógeno, humedad y temperatura, mientras que la interfaz de usuario basada en web permite acceder de forma remota y segura tanto a los datos actuales, como a las mediciones y tendencias históricas. Los resultados se pueden presentar cómodamente en la propia pantalla de panel, como se muestra en el ejemplo de la Figura 3. La unidad también cuenta con 12 salidas de relé de estado sólido personalizables que se pueden configurar, por ejemplo, para proporcionar advertencias y alarmas cuando se alcanzan niveles de medición predefinidos.