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TRANSBA S.A. Argentina Experiencias en el desarrollo de trabajos con tensión en el mantenimiento de subestaciones, líneas y centros de transformación. Buenos Aires, Abril de 2005. EXPERIENCIAS CON AISLADORES ORGANICOS DE EPDM – SU REEMPLAZO CON TENSIÓN Autores: Ing. JOSE INSOGNA, Ing. HORACIO PARISI ,Ing. GUSTAVO ALONSO e Ing. ROBERTO FERRELLI Empresa o entidad: TRANSBA S.A. y HANGAR SERVICIOS S.A. Cargos: Especialistas en Mantenimiento de Líneas y EETT, Gerente de Hangar Servicios y Gerente de Gestión de Mantenimiento de TRANSBA S.A., respectivamente. Palabras claves: (Trabajo con Tensión) (Transmisión ) (Mantenimiento) (Líneas)

DATOS DE LAS EMPRESAS TRANSBA S.A. Dirección: Paseo Colón 728 6° Piso (1063) Capital Federal Tel: 54 11 4342 6925 Fax: 54 11 4342 4861 HANGAR SERVICIOS S.A. Dirección: Calle 517 Nº 2048 (1897) Manuel B Gonnet Tel: 54 11 221 484 0270 mails : [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Contenido 1.-Objetivo del trabajo 2.-Fallas de aisladores 3.-Inspección aérea de la cuádruple terna 4.-Ensayo de Laboratorio 5.-Consideraciones previas al reemplazo con tensión 6.-Conclusiones Anexo I

Cacier 2005 – Experiencia con aisladores orgánicos de EPDM – Su reemplazo con tensión

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1.-Objetivo Describir los antecedentes de fallas y experiencias adquiridas por TRANSBA en el comportamiento de aisladores poliméricos de compuesto EPDM; instalados en las líneas de 132 KV de TRANSBA S.A. ("G Chaves - Necochea"; “Miramar Necochea" y "Necochea -Tandil"), de configuración inicial en cuádruple terna, ubicadas en una zona de muy alta contaminación salina (mayor a 40 kg/m3, instalados en 1993. Brindar detalles de los informes de laboratorio realizados y los registros tomados con cámara especial para visualización y cuantificación del efecto corona ( Ver anexo I). Brindar los estudios realizados y el análisis de los mismos. Dar a conocer las pautas directoras dentro de TRANSBA para efectuar el reemplazo de los aisladores (de este tipo) dañados, empleando técnicas de trabajos con tensión. 2.-Fallas de aisladores El 2 de Febrero de 2003 se produjo la avería de un aislador polimérico de EPDM en el piquete 18 de la línea de 132 KV “Miramar - Necochea”. Esta es la terna superior de la cuádruple terna. El aislador presentaba tres orificios extremos y en el medio. Este hecho provocó la indisponibilidad forzada de la línea. El 6 de Agosto de 2003 se produjo la avería de un aislador polimérico de EPDM en el piquete 16 de la línea de 132 KV “Miramar - Necochea”. Este hecho provocó la indisponibilidad forzada de la línea. Resumen de las dos fallas: Fecha LAT Piquete 2/2/03 Miramar18 Necochea 6/8/03 Miramar16 Necochea

Fase F2

Aislador EPDM

F3

EPDM

Instalado en Sept ‘93 Sept’93

Distancia al mar 3000m 3000m

Zona geográfica donde ocurrieron las fallas:

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3 Aislador fallado el día 2-2-2003

3.-Inspección aérea Resultado de la inspección aérea del 30 de Septiembre de 2003. Cuadruple terna (28 soportes) G Chaves Necochea Mar del Plata Necochea Miramar Necochea Necochea Tandil

Instalados

Contorne ados

Pérdida de hidrofobicidad

Normales

60

6

54

0

Reempl TcT lapso Oct-Dic ‘03 33

66

22

36

2

60

65

16

39

10

41

68

10

55

3

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Fotos aéreas de aisladores dañados y con pérdida de hidrofobicidad, instalados en en la cuadruple terna

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Fotos con el detalle de lo observado desde el helicóptero:

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5 4.-ENSAYO DE LABORATORIO Frente al panorama planteado, se decidió ampliar el análisis de las anormalidades encontradas, realizándose los ensayos de laboratorio mencionados al comienzo del presente. Los mismos se llevaron a cabo el día nueve de septiembre de dos mil tres, en el Instituto de investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos de la Facultad de Ingeniería (IITREE) de la Universidad Nacional de La Plata. Para los registros del efecto corona se contó con la colaboración de la Empresa Hangar Servicios S.A. Los ensayos de laboratorio comprendieron: • • • •

Inspección detallada de una serie de aisladores de muestra. Ensayo de corriente de fuga bajo distintas condiciones de los aisladores (Seco, húmedo y bajo lluvia. Visualización de efecto corona Ensayo de hidrofobicidad.

Inspección detallada: El aislador verificado tenía perforada la interfaz entre núcleo y revestimiento. El camino estaba ubicado del lado interno del aislador (mirando la torre) y a 90º del eje de la línea. Se recortó el revestimiento, con una franja de 1 cm de ancho, observándose el núcleo carbonizado en toda su extensión provocada por el pasaje del arco eléctrico.

Sector de extracción del material polimérico

Núcleo carbonizado

Núcleo carbonizado

Material con signos de deterioro

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Ensayos eléctricos: Montaje de los aisladores para los ensayos eléctricos.

En este ensayo se midió la corriente de fuga de diferentes especimenes y en diferentes condiciones. ( secos, húmedos y bajo lluvia ) Procedimiento La tensión se aplicó en forma ascendente desde cero, midiendo la corriente de fuga a partir de 50 kV y en escalones de 5 kV ó 10 kV hasta 100 kV ó 120 kV, según el caso. El tiempo que se mantuvo la tensión en cada valor fue el requerido para tomar los registros con la cámara especial y para tomar los valores de corriente de fuga. •

Característica del aislador seco: Se aplicó la tensión al aislador en las condiciones que se retiró de la línea, sin realizarse limpieza superficial, salvo el aislador Nº 2 que se le midió hidrofobicidad para lo cual se lo mojó con agua corriente,

•

Características de la lluvia: Las características de la precipitación utilizada fueron las indicadas en la sub cláusula IEC 60060-1 – Second edition 1989-11: “ High voltaje test techniques. Part 1 : General definitions and test requestment”.

•

Características de la humectación: La misma consistió en el rociado de la totalidad de la superficie del aislador con solución “contaminada”, con goteo entre aletas. La solución “contaminada”, se preparó con agua desmineralizada agregando el 1 % de NaCl (10gr de NaCl por litro de solución).

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Resumen de los resultados de los ensayos eléctricos de Laboratorio, de los aisladores, retirados de servicio: Sintéticamente en el ensayo de corriente de fuga en seco y a tensiones entre los 70 y 120 kV ,las corrientes medidas estaban en el orden de los 0,1 a 0,2 mA En caso de bajo lluvia se registraron corrientes máximas de 5 a 6 mA En este ultimo caso, el aislador con mayor corriente de fuga fue un aislador con deterioro en el núcleo. Los aisladores fueron retirados de servicio de acuerdo a lo que se indica en el presente cuadro: Aislador N° 2 5 7 9

Instalado en LAT 132 kV “Miramar - Necochea”, piquete 18 LAT 132 kV “Necochea - Tandil”, piquete 18 LAT 132 kV “Gonzalez Chaves - Necochea”, piquete 11 LAT 132 kV “Gonzalez Chaves - Necochea”, piquete 11

Se vuelca en el cuadro siguiente el comportamiento de los especimenes para un valor de tensión de aplicada de 75 kV, por considerar que este valor es el que se presenta en condiciones normales de servicio. Aislador N° 2 5 7 9

Estado Seco con Aro Humedo NaCl 1% con aros Con lluvia con aros Seco con aros Con lluvia con aros Seco con aros Con lluvia con aros Seco sin aros Con lluvia sin aros Con lluvia con aros

Corriente de fuga mA 6,0 0,1 0,2 0,1 1,5 0,1 1,2 3,0

Efecto Corona

Leve No visible Leve No visible Muy notable Muy notable Muy notable

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Visualización de efecto corona: El aislador con mayor corriente de fuga, que presentaba deterioro en el núcleo, registró presencia de efecto corona en niveles del orden de 5000 a 6000 fotones.

Aislador Nº 7 seco, con aro

Aislador Nº 5 seco, con aro

Aislador Nº 9 mojado con lluvia sin aro inferior

Aislador Nº 9 mojado con lluvia con aro inferior

Todos los aisladores tuvieron escasa corriente de fuga en estado seco y presentaron presencia mayor de corona en estado húmedo y elevada corriente de fuga bajo lluvia a tensiones nominales, pero en ningún caso se produjo contorneo de los aisladores

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Ensayo de hidrofobicidad: En todos los casos la hidrofobicidad resultó de HC7, que corresponde a la mas baja clasificación de acuerdo con la “STRI Guide 92/1, Hydrophobicity Classificaction Gudie”, por lo que se puede considerar que la superficie de los aisladores ensayados es totalmente hidrofílica.

5.-Consideraciones previas al reemplazo con tensión: Para comprobar el estado que presenta el aislador (previo a su reemplazo) se tomó como referencia inicial las recomendaciones del CIGRE y de la Comisión Nº 21 de la AEA, sintetizadas en el siguiente cuadro: Referencias técnicas

Recomienda

Trabajo de Cigré, Ing. Tourreil

Detección visual, infrarroja y medición del campo eléctrico.

Sugerencia de la C21 (AEA) Condiciones climáticas (humedad y punto de rocío), medición de la temperatura superficial del aislador y detección visual

TRANSBA, para la verificación del estado de daño de los aisladores, adoptó lo siguiente: TRANSBA

Inspección visual minuciosa Medición de la corriente de fuga

Consideraciones para proceder al reemplazo con tensión: Prohibido el reemplazo con tensión

Que existan perforaciones de la cubierta del núcleo con evidencias de descarga eléctrica. Excesiva corriente de fuga medida con la pinza AEMC 3730 Pronostico de lluvia.

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10 Condiciones climáticas que permiten el reemplazo TcT

Las condiciones del tiempo serán estables y no existirá pronostico de lluvia. La temperatura ambiente se encontrará 6°C por encima de la Temperatura del Punto de Rocío por un período superior a una hora antes de comenzar los trabajos. Si la humedad no supera el 65 % y el día es de sol pleno, se dejará transcurrir una hora en estas condiciones y luego se podrá efectuar el trabajo.

6.- Conclusiones TRANBA S.A. comenzó con la instalación de aisladores poliméricos en el año 1992 y en los tres primeros años se adquirieron e instalaron aproximadamente 2.500 de compuesto EPDM. A partir de 1996 se instalaron sólo aisladores de goma silicona. Desde el principio, y dado que no había antecedentes suficientes, TRANSBA S.A. adoptó para el nivel de 132 kV. una política de compra conservadora en el sentido de sobredimensionar la distancia de fuga y adquirir éste tipo de material sólo a fábricas de reconocido prestigio internacional. Al respecto se debe destacar que el costo inicial de compra del aislador en general no es el más significativo a la hora de contabilizar los costos asociados a las fallas (penalizaciones y energía no suministrada), recorridos para detección de aisladores fallados y su reemplazo. Los aisladores de EPDM comenzaron a presentar fallas en 2003 lo que nos llevó a investigar el origen de las mismas, cómo detectarlas y la posibilidad de reemplazar con tensión los aisladores deteriorados. Como ya se indicó se observó una degradación del material con pérdida de hidrofobicidad y en algunos casos, perforaciones en el compuesto en la zona adherida al núcleo, que daban lugar a la entrada de humedad. Las fallas comienzan en una zona de muy alta contaminación salina condición ésta que evidentemente aceleró el proceso. Se efectuó una prueba experimental con una cámara COROCAM IV + para ver cómo influía la degradación del material en el aumento del efecto corona, se realizó un recorrido aéreo detallado para determinar el estado de cada uno de los aisladores de éste tipo, se tomó la decisión de reemplazarlos comenzando por el tramo de mayor contaminación, se efectuaron mediciones de laboratorio para determinar como se modificaba la rigidez dieléctrica y consecuentemente las corrientes de fuga se observó que en el estado seco (sin lluvia) las corrientes de fuga eran del orden de un aislador sano, se elaboró un método de trabajo seguro para reemplazarlos con tensión por otros de goma silicona. Se debe destacar que a la fecha se han reemplazado preventivamente el 40 % de los aisladores de EPDM que teníamos instalados, hallando que, en general, fuera de la zona de muy alta contaminación el proceso de degradación es mucho mas lento y, consecuentemente, aún no presentan riesgo de falla. No obstante se los mantiene controlados y contamos con un plan de reemplazo gradual. Finalmente debemos destacar que TRANSBA S.A. ha instalado desde 1996 más de 12.000 aisladores de goma silicona, no registrando fallas hasta la fecha salvo tres casos puntuales por defectos constructivos. Los aisladores poliméricos, además de las ventajas que presentan para su manipuleo e instalación, han sido muy una buena solución para los problemas de vandalismo.

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ANEXO I Efecto Corona Que es corona? • Corona es un fenómeno que resulta de la ionización del aire debido al alto campo eléctrico. • Los altos campos eléctricos usualmente se forman como resultado de una pobre distribución del campo debido a: 1) La incorrecta elección de parámetros durante el diseño; y/o 2) Los depósitos de contaminación ambiental durante la operación; y/o 3) El daño mecánico a los herrajes durante la construcción; y/o 4) Deterioro y desgaste del equipo. Que es la ionización • Durante el proceso de ionización, los electrones de gas nitrógeno ganan y liberan energía continuamente. Cuando los electrones liberan la energía, ondas de luz y sonido son irradiadas. Las cámaras de detección de corona detectan y producen imágenes de las ondas de luz generadas por la corona. Las ondas de luz/sonido son también direccionales. El espectro de corona • La frecuencia de esta luz desciende en un espectro que es específico al gas que está siendo ionizado. En el aire, que contiene cerca de un 80% de gas nitrógeno, su espectro de luz desciende mayormente como luz ultravioleta (UV), esto significa entre λ = 280-400 nm. • Hay, sin embargo, una pequeña porción de la energía que es menor a 280 nm. Esta longitud de onda desciende en el espectro solar filtrado y es usada en la detección de corona por la CoroCAM IV+. No hay radiación solar por debajo de los 280nm por lo que sólo la radiación terrestre es detectada.

Como aparece: La Corona aparecerá siempre donde el valor del campo eléctrico por área cuadrada de superficie sea suficientemente alta (más de 3 kV./mm2) para ionizar el aire circundante. Este proceso de ionización genera una señal a una cierta frecuencia (radio Interferencia). Cuando esta fuente de Corona está suficientemente cerca a un vecindario también puede crear señales de Interferencia de TV. Así mismo este efecto produce una degradación o envejecimiento acelerado del aislador.

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