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Mantenimiento a partir de puntos calientes en la Subestaci�n Santo Domingo 230/138/69kV, utilizando termograf�a infrarroja

 

Maintenance based on hot spots in the 230/138/69kV Santo Domingo Substation, using infrared thermography

 

Manuten��o baseada na hot spots na Subesta��o Santo Domingo 230/138/69kV, utilizando termografia infravermelha

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: fsornoza0471@utm.edu.ec

 

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n ���

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* Recibido: 29 de marzo de 2022 *Aceptado: 19 de abril de 2022 * Publicado: 24 de mayo de 2022

 

        I.            Ingeniero Electromec�nico, Estudiante de Maestr�a en Electricidad, Instituto de Postgrado, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

     II.            Doctora en ciencias t�cnicas, Docente Investigador, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

Resumen

Este trabajo de investigaci�n se fundamenta en los principios b�sicos de la termograf�a infrarroja y la detecci�n temprana de fallas en los sistemas y equipos el�ctricos, mediante la variaci�n de temperatura, se cimienta en la localizaci�n de puntos calientes en las instalaciones que componen la Subestaci�n de alto voltaje Santo Domingo, perteneciente al Sistema Nacional Interconectado del Ecuador; que forma parte del anillo de interconexi�n a 230kV, trabajo que fue desarrollado con la ayuda de una c�mara termogr�fica profesional de alta gama, con el prop�sito de generar un plan de mantenimiento predictivo que se adapte a las condiciones del entorno de trabajo para la infraestructura electromec�nica, y equipos sujetos de estudio, posterior a esto, determinar las posibles fallas mec�nicas y el�ctricas producto del levantamiento termogr�fico, para, finalmente realizar un an�lisis de la data de valores obtenidos y detectar en qu� instalaciones, equipos, conectores y herrajes se presentan el mayor n�mero de incidencias o variaciones en los valores de temperatura.

Palabras claves: Termograf�a infrarroja; puntos calientes; fallas el�ctricas; subestaci�n el�ctrica; mantenimiento; calidad de servicio.

 

Abstract

This research work is based on the basic principles of infrared thermography and the early detection of faults in electrical systems and equipment through temperature variation, it is based on the location of hot spots in the facilities that make up the High Voltage Substation. Santo Domingo, belonging to the National Interconnected System of Ecuador and which is part of the 230kV interconnection ring, work that was developed with the help of a high-end professional thermographic camera, with the purpose of generating a predictive maintenance plan that adapts to the conditions of the work environment for the electromechanical infrastructure and equipment subject to study, after this, determine the possible mechanical and electrical failures resulting from the thermographic survey to finally carry out an analysis of the data of values obtained and detect in which facilities, equipment, connectors and hardware are presented on m greater number of incidences or variations in the temperatura values.

Keywords: Infrared thermography; hot spots; electrical faults; electrical substation; maintenance; quality of service

 

Resumo

Este trabalho de pesquisa baseia-se nos princ�pios b�sicos da termografia infravermelha e na detec��o precoce de falhas em sistemas e equipamentos el�tricos por meio da varia��o de temperatura, baseia-se na localiza��o de pontos quentes nas instala��es que comp�em a Subesta��o de Alta Tens�o. Santo Domingo, pertencente ao Sistema Interligado Nacional do Equador e que faz parte do anel de interconex�o de 230kV, trabalho que foi desenvolvido com a ajuda de uma c�mera termogr�fica profissional de �ltima gera��o, com o objetivo de gerar um plano de manuten��o preditiva que se adapte �s condi��es do ambiente de trabalho para a infraestrutura eletromec�nica e equipamentos objeto de estudo, ap�s isso, determinar as poss�veis falhas mec�nicas e el�tricas decorrentes do levantamento termogr�fico para finalmente realizar uma an�lise dos dados de valores obtidos e detectar em quais instala��es, equipamentos, conectores e acess�rios s�o apresentados a m maior n�mero de incidentes ou varia��es nos valores de temperatura.

Palavras chaves: Termografia infravermelha; hot spots; falhas el�tricas; subesta��o el�trica; manuten��o; qualidade de servi�o.����

 

Introducci�n

Actualmente se requiere de una c�mara termogr�fica para localizar y detectar los valores de temperatura anormales en condiciones est�ndar de trabajo a los que est�n sometidos los equipos dentro de una subestaci�n el�ctrica, la c�mara termogr�fica profesional utilizada para ejecutar el levantamiento infrarrojo de la subestaci�n Santo Domingo es una �FLIR T660� que nos permite obtener im�genes t�rmicas n�tidas con una calidad de imagen superior, junto con un alto nivel de detalle para conseguir un diagn�stico m�s preciso para cada anomal�a, el levantamiento termogr�fico fue realizado mediante el m�todo tradicional de barrido. (Kim et al., 2021)

Las instalaciones de la subestaci�n Santo Domingo fueron seleccionadas para realizar el presente trabajo, debido a �que es parte importante del anillo interconectado de 230kV y es parte fundamental para establecer un enlace entre la Costa y Sierra Ecuatoriana, se encuentra ubicada la zona noroccidental del Ecuador, motivo por el cual se realiza el levantamiento infrarrojo de puntos calientes con una c�mara termogr�fica profesional provista por la subgerencia de operaci�n y mantenimiento de CELEC EP- TRANSELECTRIC.

Es importante destacar� que la calendarizaci�n anual de mantenimiento de todas la Subestaciones existentes en la Zona Noroccidental del Ecuador, responde a una programaci�n mensual realizada mediante una data hist�rica de trabajos preventivos basados en los manuales de operaci�n y mantenimiento de cada equipo instalado en las Subestaciones y en funci�n de los avisos de fallo (mantenimientos correctivos) generados por los operadores de cada Subestaci�n, los cuales tienen que ser atendidos de manera mediata o inmediata dependiendo el nivel de afectaci�n de cada equipo, estos avisos de fallo son reportes de eventos no deseados que ponen en riesgo el correcto funcionamiento de los equipos instalados en las Subestaciones y que de una u otra manera tienen injerencia en el correcto funcionamiento del Sistema Nacional de Transmisi�n.

Partiendo de esto, la termograf�a infrarroja nos permitir� desarrollar un plan de mantenimiento predictivo asociado a la incidencia de fallas por puntos calientes en la subestaci�n Santo Domingo, sin mencionar las cuantiosas aplicaciones de esta innovadora y �til t�cnica de predicci�n de anomal�as.(Rodr�guez Atienza, 2020)

Ventajas de la aplicar Termograf�a Infrarroja

Entre las ventajas podemos mencionar que se disminuyen las detenciones o paradas en los procesos productivos y se supervisa la integridad del sistema control y protecci�n, tambi�n localizamos de forma exacta y con suficiente antelaci�n de los posibles puntos de falla mediante el incremento o variaci�n de temperatura, este tiempo de antelaci�n en la detecci�n de la falla permite reducir los tiempos de reparaci�n, lo cual desemboca en un alargamiento de la vida �til de la maquinaria y equipos.

Desventajas de la aplicar Termograf�a Infrarroja

Limitada capacidad de detecci�n posibles fallas por anomal�as internas a medida que las falla no manifieste externamente un incremento o variaci�n de la temperatura, en subestaciones aisladas por aire el efecto del sol puede disimular o entregar una informaci�n err�nea de los defectos encontrados, adicionalmente el flujo de carga sobre el elemento analizado puede influir de manera negativa en el an�lisis termogr�fico del elemento.(Bossio Arango & Ruiz Reyes, 2008)

Este trabajo se desarroll� con el prop�sito de generar un plan de mantenimiento predictivo, que se adapte a las condiciones del entorno de trabajo para la infraestructura electromec�nica, y equipos sujetos de estudio, posterior a esto, determinar las posibles fallas mec�nicas y el�ctricas producto del levantamiento termogr�fico, para, finalmente realizar un an�lisis de la data de valores obtenidos y detectar en qu� instalaciones, equipos, conectores y herrajes se presentan el mayor n�mero de incidencias o variaciones en los valores de temperatura.

 

Materiales y M�todos

La Termograf�a es una t�cnica que estudia el comportamiento de la temperatura de las m�quinas con el fin de determinar si se encuentran funcionando dentro de los valores o par�metros t�rmicos aceptables para su correcto desempe�o y representa una herramienta clave en el mantenimiento y as� evitar p�rdidas econ�micas.(C et al., 2011)

Es importante mencionar que la energ�a emitida por las m�quinas de desplaza en forma de ondas electromagn�ticas a la velocidad de la luz, energ�a que en proporcional directa a la temperatura son iguales, esto significa que, a mayor �ndice t�rmico, mayor es la energ�a emitida. Debido a que estas ondas poseen una longitud superior a la que puede captar el ojo humano, se requiere la utilizaci�n de un instrumento que transforme esta energ�a en una imagen visible, para poder observar y analizar la distribuci�n de esta energ�a. (Neita Duarte & Pe�a Rodr�guez, 2014)

En el mantenimiento de instalaciones el�ctricas como resultado de aplicar termograf�a sobre los equipos en funcionamiento, obtenemos puntos calientes o alertas t�rmicas que refieren los equipos, mismas que no pueden verse de manera convencional, estas alarmas de los sistemas el�ctricos pueden desembocar en p�rdidas muy significativas, no solo en la parte econ�mica, sino tambi�n cobrando vidas humanas, adicionalmente el suministro el�ctrico que abastece �reas tales como: Salud, Educaci�n y Producci�n tanto en mini, micro y macro industrial. (2.-RTA-1S-2019.pdf, s. f.)

A pesar de que ha existido una evoluci�n de los equipos e instalaciones, las necesidades de mantenimiento se mantienen con el paso del tiempo. Por esta raz�n y entendiendo el mantenimiento como un conjunto de acciones t�cnicas que permiten regular el funcionamiento de manera continua y eficiente, lo dividiremos en tres grandes grupos:

Mantenimiento Correctivo, dedicado a la reparaci�n de los equipos en el momento en que ocurre una falla.

Mantenimiento Preventivo, detecta da�os en los equipos antes de que �stos dejen de funcionar y detengan el proceso de producci�n.

Mantenimiento Predictivo, o mantenimiento con base en la condici�n, que se basa en la constante supervisi�n del equipo en funcionamiento y en la previsi�n de aver�as.(C et al., 2010)

Como punto de partida para el levantamiento de termogr�fico en las diferentes �reas de la subestaci�n objeto de an�lisis, lo cual comprende: vanos de entrada a la subestaci�n, conexiones a equipos primarios incluyendo el conexionado entre ellos, conectores de bushings de alta, media y baja tensi�n de transformadores de potencia, conexi�n a los transformadores para instrumentos tableros de protecci�n, control y medici�n y finalmente los� equipos de servicios auxiliares, esta actividad nos ubica en una investigaci�n cuantitativa � deductiva, resultado de este proceso de recolecci�n de im�genes infrarrojas obtendremos una data informativa que nos permitir� clasificar las posibles fallas encontradas y hacer uso de esta informaci�n para desarrollar un plan de mantenimiento lo m�s apegado a la realidad de los equipos para brindar un servicio estable e ininterrumpido y de calidad a la sociedad.

 

Resultados

Se realiz� el levantamiento de im�genes termogr�ficas en las instalaciones de la subestaci�n Santo Domingo y utilizando la norma de la International Electric Testing Association por sus siglas en ingles NETA ATS 2009, misma que establece normas y criterios para la industria en el �mbito de pruebas el�ctricas ha determinado una tabla de criterios, que constituyen una ayuda �til para la termograf�a y determina el grado de severidad de un problema el�ctrico, �nicamente para mediciones directas de temperatura.

 

Tabla 1. Acciones basadas en el incremento de temperatura

Fuente: International Electric Testing Association 2009. Elaboraci�n: Propia

 

 

O/A: Over Ambient. (Sobre la temperatura ambiente)

O/S: Over Similar. (Sobre la temperatura de un cuerpo similar en condici�n normal)

1.- Termograma obtenido de la grapa terminal de la salida del interruptor hacia el seccionador de l�nea:

 

Ilustraci�n 1: An�lisis termogr�fico en conectores de interruptor de 230kV.

 

 

Fuente: Proyecto de Investigaci�n. Elaboraci�n: Propia

 

 

Tabla 2. Clasificaci�n de la anomal�a.

Elaboraci�n: Propia

 

Diagn�stico: Reparar en la pr�xima parada disponible.

2.- Termograma obtenido de la grapa terminal de la salida del transformador de corriente hacia la salida de la l�nea:

 

Ilustraci�n 2: An�lisis termogr�fico en conectores en transformador de corriente de 69kV.

 

 

Fuente: Proyecto de Investigaci�n. Elaboraci�n: Propia

 

 

Tabla 3. Clasificaci�n de la anomal�a.

Fuente: Proyecto de Investigaci�n. Elaboraci�n: Propia

 

Diagn�stico: Reparar tan pronto como sea posible

3.- Termograma obtenido de la grapa terminal de la salida del seccionador de barra hacia el interruptor:

 

Bah�a	Fase	Elemento	Ubicaci�n	Potencia
ATU 138kV	AB	89-1U1	Grapa terminal hacia 52-1U2	98(MW)

Ilustraci�n 2: An�lisis termogr�fico en conectores en transformador de corriente de 69kV.

 

 

Fuente: Proyecto de Investigaci�n. Elaboraci�n: Propia

 

 

Tabla 4. Clasificaci�n de la anomal�a.

Fuente: Proyecto de Investigaci�n. Elaboraci�n: Propia

 

Diagn�stico: Reparar inmediatamente.

De los veinte puntos levantados en el barrido termogr�fico para obtener los puntos calientes en la subestaci�n y seg�n la caracterizaci�n de cada uno de ellos se desprende el tipo de mantenimiento requerido en los equipos, como se muestra en la tabla descrita a continuaci�n:

 

Tabla 4. Resumen del levantamiento termogr�fico general y tipo de mantenimiento requerido.

�tem	Bah�a	Fase	Elemento	Ubicaci�n	T. m�x �C	Delta �C	Potencia (MW)	Observaciones	Tipo de mantenimiento requerido
1	Santa Rosa 2	BC	52-212	Grapa terminal hacia seccionador� �89-213	40	11,8	110	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
2	Santa Rosa 2	AC	52-212	Grapa terminal hacia seccionador �89-211	38,3	10,9	110	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
3	Santa Rosa 2	A	Cuello de cadena vertical	Terminal ponchado hacia seccionador 89-217 y 89-219	47,3	22,1	110	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
4	Santa Rosa 1	BC	52-222	Grapa terminal hacia secc. 89-223	45,7	12,4	112	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
5	Santa Rosa 1	A	52-222	Grapa terminal hacia secc. 89-221	52,7	24,9	112	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
6	Barra 1 230kV	A	Cuello cadena horizontal vertical p�rtico	Terminal ponchado hacia seccionador 89-227	45,4	20,7	295	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
7	Santa Rosa 1	B	Cuello de cadena vertical	Terminal ponchado hacia 89-227 y�������� 89-229	45,2	21,5	112	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
8	ATU 230kV	C	Cuello cadena horizontal vertical p�rtico	Terminal ponchado hacia seccionador 89-2U7	53,4	28,2	97	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
9	ATU 230kV	C	52-2U2	Grapa terminal hacia 89-2U1	45,5	14,8	97	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
10	BABA	A	Trampa de onda	Grapa paralela hacia 89-233	52,2	27,5	78	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
11	ATU 138kV	AB	89-1U3	Grapa terminal hacia 89-1U5	66	35,1	98	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
12	ATU 138kV	AB	89-1U1	Grapa terminal hacia 52-1U2	91,9	54,6	98	Grado 4 (Reparar inmediatamente)	Mtto. Correctivo
13	ATU 138kV	BC	89-1U1	Grapa terminal hacia BP	42	12,2	98	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
14	Barra terciaria Trafos ATR	C	Aislador Neutro	Grapa terminal hacia Barra N 13.8kV	47,8	22,8		Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
15	SDM 2	BC	89-011	Grapa terminal hacia BP	58,1	14	68	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
16	SDM 2	BC	89-013	Grapa terminal hacia TC	51,7	9,2	68	Grado 2 (Reparar en la pr�xima parada disponible)	Mtto. preventivo
17	SDM 2	C	TC	Grapa terminal hacia cadena vertical p�rtico	69	44	68	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
18	ATR 69kV	C	89-0R3	Grapa terminal hacia 89-0R5	59,1	16	54	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
19	ATR 69kV	BC	52-0R2	Grapa terminal hacia 89-0R3	54,9	23,7	54	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo
20	LT� SDM1QND	B	TORRE� EOO1	Grapa paralela de cuello	75,8	49,4	54	Grado 3 (Reparar tan pronto como sea posible)	Mtto. preventivo

 

 

Conclusiones

Aporte muy importante de esta investigaci�n es la c�mara FLIR T660 ya que este es el instrumento utilizado para traducir las im�genes t�rmicas a valores num�ricos de temperatura, siendo los puntos calientes un indicador de aver�a o futuras fallas en un sistema el�ctrico de alta tensi�n, con los resultados obtenidos del levantamiento termogr�fico se realizar� una propuesta de mantenimiento predictivo, debido a que este tipo de mantenimiento eval�a el estado de las instalaciones y recomienda intervenir o no en funci�n del estado de las mismas, adicionalmente es un conjunto de t�cnicas instrumentadas de medida y an�lisis de variables para caracterizar en t�rminos de fallas potenciales la condici�n operativa de los equipos, finalmente con el levantamiento termogr�fico se logra mantener la vida �til del sistema el�ctrico logrando un r�gimen estable de suministro, garantizando la calidad de suministro el�ctrico a los abonados.

Referencias

1. 2.-RTA-1S-2019.pdf. (s. f.). Recuperado 9 de febrero de 2022, de https://itsfo.edu.ec/web/wp-content/uploads/2020/04/2.-RTA-1S 2019.pdf#page=64
2. Bossio Arango, V., & Ruiz Reyes, A. E. (2008). Termograf�a en el mantenimiento de equipos instalados en subestaciones de potencia convencionales. http://biblioteca.utb.edu.co/notas/tesis/0043907.pdf. https://repositorio.utb.edu.co/handle/20.500.12585/1581
3. C, W. O., A, M. B., & A, B. C. (2010). T�cnicas de mantenimiento predictivo utilizadas en la industria. Scientia et Technica, 2(45), 223-226.
4. C, W. O., A, M. B., & Zabaleta, B. C. (2011). Aplicaci�n de la termograf�a en el mantenimiento predictivo. Scientia et Technica, 2(48), 253-256. https://doi.org/10.22517/23447214.1303
5. Kim, J. S., Choi, K. N., & Kang, S. W. (2021). Infrared Thermal Image-Based Sustainable Fault Detection for Electrical Facilities. Sustainability, 13(2), 557. https://doi.org/10.3390/su13020557
6. Neita Duarte, L. Y., & Pe�a Rodr�guez, E. O. (2014). Principios b�sicos de la termograf�a infrarroja y su utilizaci�n como t�cnica para mantenimiento predictivo. En Instname:Universidad Pontificia Bolivariana. Universidad Pontificia Bolivariana. https://repository.upb.edu.co/handle/20.500.11912/1561
7. Rodr�guez Atienza, F. J. (2020). Aplicaciones de la termograf�a infrarroja en las instalaciones el�ctricas. https://idus.us.es/handle/11441/102252

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).