Medición de descargas parciales en GIS: acústica y UHF en servicio con trazabilidad IEC

Resumen Ejecutivo

Las subestaciones aisladas en gas (GIS) pueden presentar actividad de descargas parciales (DP) tan alta o mayor que cables o barrajes; medir en servicio con técnicas acústicas y UHF permite detectar, evaluar y localizar defectos sin interrumpir la operación. La combinación de métodos no convencionales (acústico/UHF, IEC TS 62478) con el método convencional (IEC 60270) ofrece cuantificación, localización y gestión efectiva del ruido para diagnósticos confiables.

Introducción

Los GIS son críticos por su compacidad y alta confiabilidad esperada; no obstante, partículas metálicas, puntas afiladas, delaminaciones y contaminación pueden detonar DP y derivar en fallas. A diferencia de otros activos, gran parte de la evaluación puede realizarse en servicio, reduciendo indisponibilidades. La clave es seleccionar el método adecuado: acústica y UHF para detectar y localizar, y, cuando se requiera cuantificar en pC, recurrir al método IEC 60270. Estándares y prácticas establecidas guían el diseño de campañas en campo y la interpretación de resultados.

Marco normativo, magnitudes y sensibilidad

• Estándares:
  • IEC 60270: método eléctrico convencional para medición y calibración en carga aparente (pC); marco de referencia para cuantificación y aceptación en fábrica.
  • IEC TS 62478: guía para métodos no convencionales electromagnéticos (HF/VHF/UHF) y acústicos aplicables en campo y en servicio.
• Magnitudes y visualización:
  • Método convencional: carga aparente (pC/nC) y patrones resueltos en fase (PRPD).
  • Métodos no convencionales: niveles relativos (microV, dB) y patrones/firmas; útiles para localización y tendencias.
• Sensibilidad y comparativas:
  • En GIS, la detección acústica logra sensibilidades comparables a la eléctrica convencional y es superior para ciertos defectos como “partículas que saltan/rebotan”.
  • La medición en servicio evita desmontajes, facilita el cribado de bahías y acelera decisiones de mantenimiento.

Métodos de medición en GIS

1. Acústico (piezoeléctrico)

• Qué mide: ondas de presión generadas por los pulsos de DP que se acoplan mecánicamente al tanque.
• Ventajas:
  • Aplicable 100% en servicio, sin interrupciones.
  • Alta eficacia para defectos por partículas móviles, puntas y descargas superficiales.
  • Localización por barrido y triangulación temporal.
• Implementación con AIAcompact:
  • Alimentación por batería (≈3 h), detección automática de sensor/preamplificador.
  • Preamplificadores integrados o externo RPA1F cerca del sensor para bajos niveles o cables largos.
  • Modo SCOPE: patrón PRPD y función “Congelar” para evaluación y captura.
  • Modo MEDIDOR: barras de RMS, pico y contenido a 50/60/100 Hz para cuantificar actividad.
  • Gating por software para reducción de ruido HF.

2. UHF/VHF (electromagnético)

• Qué mide: radiación EM de los pulsos de DP; muy adecuada en entornos ruidosos si se selecciona banda limpia.
• Implementación con AIAcompact + FCU2:
  • FCU2 (convertidor logarítmico) cubre 100 MHz–1800 MHz; el instrumento lo detecta automáticamente y cambia a escala logarítmica.
  • Posible uso con sensores UHF integrados en GIS o sensores externos; recomendable proteger la entrada con IPU2B.
• Beneficios:
  • Excelente relación señal/ruido por separación espectral.
  • Posible correlación con PRPD y mapeo de intensidades por bahía.

3. Método eléctrico convencional (IEC 60270)

• Rol en GIS:
  • Referencia cuantitativa en pC para aceptación y diagnóstico cuando se dispone de puntos de acoplamiento adecuados.
  • En campo, se usa como complemento para cuantificar hallazgos identificados por acústica/UHF.

Flujo recomendado de campaña en servicio (paso a paso)

1. Planificación

• Definir objetivo: cribado, localización o confirmación de hallazgo previo.
• Recopilar planos y puntos de acceso a sensores integrados; identificar caras accesibles del tanque para sensores acústicos.

2. Reconocimiento y seguridad

• GIS energizado: permisos, distancias, rutas de acceso; no abrir compartimentos.
• Limpieza de superficies de contacto y verificación de puestas a tierra instrumentales.

3. Barrido acústico

• Colocar el sensor piezo en puntos regulares (bridas, ventanas de inspección, secciones adyacentes a interruptores/seccionadores).
• Si el nivel es bajo o se usan cables largos, insertar RPA1F cerca del sensor.
• Registrar en SCOPE y MEDIDOR; usar Congelar para comparar posiciones.
• Construir un “mapa de intensidad” por bahía; el máximo guía el punto caliente.

4. Verificación UHF

• Conectar a sensor UHF integrado o externo con FCU2.
• Hacer barrido espectral en 100–1800 MHz para elegir banda limpia; activar gating si es necesario.
• Registrar niveles relativos y, si es posible, patrones resolvidos en fase.

5. Interpretación y decisión

• Coherencia espacial (máximos acústicos/UHF en la misma zona).
• Coherencia de patrón PRPD y contenido 50/60/100 Hz en MEDIDOR.
• Si se requiere cuantificación, planificar prueba IEC 60270 en parada con acopladores apropiados.

Diagrama conceptual (descripción)

• Cadena acústica:
  • Sensor piezo en la envolvente -> (opcional RPA1F) -> entrada AIAcompact -> procesamiento PRPD/gating -> laptop por fibra óptica USB para almacenamiento y reporte.
• Cadena UHF:
  • Sensor UHF integrado/externo -> IPU2B (protección) -> FCU2 (100–1800 MHz log) -> AIAcompact (escala logarítmica, gating) -> laptop.

Consideraciones prácticas y de mitigación

• Ruido e interferencias:
  • El gating por software y la elección de banda UHF mitigarán interferencias; documentar el ruido de fondo antes de la campaña.
• Calibración y repetibilidad:
  • En medición convencional IEC 60270, calibrar en cada montaje. En acústica/UHF, mantener consistencia de posiciones, presión de contacto y ruta de cables para comparar campañas.
• Acciones ante hallazgos:
  • Partículas: en muchos casos requiere apertura y limpieza del compartimento.
  • Puntas/irregularidades: correcciones geométricas y mejoras de apantallamiento.
  • Validar corrección con nueva campaña en servicio post-mitigación.

Aplicaciones Prácticas

• Evaluación rápida del estado de subestaciones en servicio: cribado periódico por bahía para priorizar intervenciones.
• Diagnóstico post-evento: localización de la fase y compartimento sospechoso tras disparos o alarmas.
• Comisionamiento y pos-mantenimiento: verificación de ausencia de actividad anómala antes de entrega al servicio.
• Tendencias: repetición semestral/anual de mapas acústicos/UHF para detectar evolución.

Conclusiones Clave

• La medición acústica y UHF en GIS permite detectar y localizar DP sin sacar de servicio, con sensibilidades comparables a la eléctrica y ventajas claras para defectos por partículas.
• La combinación con IEC 60270 aporta cuantificación en pC cuando es necesaria, conformando una estrategia integral de diagnóstico.
• Herramientas como AIAcompact, con detección automática de sensores, modos PRPD/MEDIDOR, gating y FCU2 (100–1800 MHz), simplifican campañas, elevan la confiabilidad y agilizan decisiones.
• Un flujo disciplinado de barrido, verificación cruzada y documentación asegura repetibilidad y valor en tendencia.

Fuentes de la Base de Conocimiento

• ID 0 (Catálogo Power Diagnostix): AIAcompact para DP acústicas y UHF en GIS; detección automática de sensores, operación a batería, modos SCOPE/MEDIDOR, gating, FCU2 (100–1800 MHz), IPU2B, fibra óptica USB, exportación y PRPD coloreado; superioridad acústica para partículas saltantes y sensibilidad comparable a IEC 60270.
• ID 6–7 (Introducción y normalización): IEC 60270 (método convencional) e IEC TS 62478 (métodos electromagnéticos y acústicos); roles y limitaciones de métodos no convencionales.
• ID 1 (Webinar, P38): En GIS la actividad de DP puede ser tan o más elevada que en cables/barrajes; relevancia de su evaluación en servicio.
• ID 2 (Webinar, P26): Conveniencia de combinar medición convencional (cuantificar) y no convencional (localizar) según objetivo y condiciones de ruido.