Monitorización de la actividad de descargas parciales en sistemas aislantes papel-aceite mediante la detección y análisis de sus emisiones acústicas

Resumen

Los sistemas aislantes papel-aceite son una parte crítica en el diseño y en el correcto funcionamiento de los transformadores de potencia. Debido a las condiciones de operación del transformador, el sistema aislante está sometido a un estrés continuo, provocando una degradación constante en el mismo hasta su fallo. Para diagnosticar con la suficiente antelación la aparición de daño en el aislante y anticipar el fallo del transformador es necesario monitorizar un fenómeno que esté asociado a la degradación del sistema aislante. En este sentido, las descargas parciales (DP) han demostrado que son un marcador fiable del envejecimiento del aislante, ya que son a su vez síntoma y causa de dicho envejecimiento. Las DP son un fenómeno físico complejo que consiste en descargas eléctricas localizadas causadas por la ruptura parcial del medio aislante bajo la influencia de la tensión del campo eléctrico local. Se manifiestan como pulsos de corriente extremadamente rápidos (duración menor que 1 µs) y de baja magnitud (menor que 10000 pC). Son además un proceso estocástico, por lo que una DP no es significativa de la presencia de un fallo en el aislante, y es necesario un acercamiento estadístico sobre un conjunto de medidas de DP. La monitorización de DP se puede realizar por procedimientos eléctricos (corrientes inducidas) y acústicos (impulsos de ultrasonidos), los cuales resultan ser complementarios. De la medida eléctrica, además de la posible identificación del tipo de descargas, se obtiene una referencia de tiempos cero para calcular el tiempo de vuelo de las señales acústicas detectadas, permitiendo con ello la localización del origen de la DP. El objetivo del presente trabajo es monitorizar DP a través de sus emisiones acústicas, utilizando como referencia de tiempos la señal eléctrica, para obtener información relacionada con el grado de envejecimiento del aislante. Para alcanzar este objetivo se han marcado cuatro hitos principales. El primero consiste en diseñar una plataforma de ensayo que permita generar y estudiar distintos tipos de descargas parciales. Con este estudio se pretende caracterizar sus señales eléctricas y las emisiones acústicas asociadas, así como conocer los efectos producidos sobre el aislante por la presencia de distintos tipos de descargas. El segundo hito está relacionado con la dificultad para detectar e identificar las emisiones acústicas de DP debido a la atenuación y a la degradación. Por ello se presentan varias técnicas de procesamiento que permiten analizar las señales acústicas y eléctricas de las DP. Posteriormente, se caracteriza la respuesta de cada técnica mediante una simulación creada específicamente para ese fin. El tercer hito es el diseño y programación de un algoritmo en Matlab® que permite la monitorización de la actividad de DP con distintos tipos de sensores. Por último, el cuarto hito consiste en aplicar el sistema de monitorización a un problema real y conocido dentro de la plataforma de ensayo y estudiar su viabilidad para utilizarlo en entornos más complejos.