Sinopsis

La utilización generalizada de la energía eléctrica que conocemos en la actualidad se fundamenta en la operación correcta de múltiples equipos que intervienen en la generación, transporte y distribución de este bien considerado esencial en las sociedades desarrolladas. Para conseguir este objetivo, tanto las máqui-nas eléctricas, transformadores y aparamenta, así como los cables empleados para estas funciones deben estar diseñados y mantenidos correctamente, no solo en lo que afecta a los materiales conductores y ferro-magnéticos, sino también a sus materiales aislantes. Estos últimos son, generalmente, el aspecto más críti-co a considerar en equipos eléctricos, pues son los que se degradan y envejecen más rápidamente, y de-terminan en gran medida, los límites de operación de los activos eléctricos de alta tensión. Además, es ne-cesario recordar que un fallo inesperado en uno de estos equipos da lugar a graves pérdidas económicas para compañías y usuarios.
Este libro se centra en el estudio de los sistemas de aislamiento de equipos eléctricos de alta tensión. El objetivo esencial será describir las técnicas de ensayo para validar estos sistemas en laboratorio y las nue-vas tendencias en monitorización del estado del aislamiento en máquinas y cables aislados. Para ello, será necesario abordar previamente los principios físicos que subyacen al comportamiento de estos dieléctricos y las propiedades de los principales materiales aislantes, las técnicas más empleadas para diseñar sistemas de aislamiento y los mecanismos de degradación que pueden dar lugar al envejecimiento prematuro en los mismos.

Índice

1. Equipos eléctricos de alta tensión: fiabilidad y mantenimiento
1.1. Presentación del problema
1.2. Expectativas de fiabilidad en equipos de alta tensión
1.3. Nuevos retos
2. Materiales aislantes empleados en ingeniería de alta tensión
2.1. Revisión de conceptos físicos
2.2. Gases dieléctricos
2.2.1. Mecanismos de ionización en gases
2.2.2. El aire como aislamiento eléctrico
2.2.3. Superficies aislantes expuestas a la intempe-rie
2.2.4. El hexafluoruro de azufre (SF6) como aisla-miento eléctrico
2.3. Materiales aislantes líquidos
2.3.1. Mecanismos de ionización
2.3.2. El aceite mineral
2.3.3. Otros fluidos aislantes
2.4. Materiales aislantes sólidos
2.4.1. Ruptura intrínseca
2.4.2. Ruptura electromecánica
2.4.3. Ruptura térmica
2.4.4. Ruptura química
2.4.5. Ruptura por corrientes superficiales y descar-gas parciales
3. Generación y medidas en ensayos de alta tensión
3.1. Generación de altas tensiones
3.1.1. Generación de tensiones alternas
3.1.2. Generación de tensiones continuas
3.1.3. Sobretensiones transitorias. Impulsos rayo y maniobra
3.1.4. Circuitos de generación de transitorios. Circui-to multietapa
3.2. Medidas en alta tensión
3.2.1. Limitaciones en las medidas en alta tensión
3.2.2. Voltímetros de cresta
3.2.3. Resistencias de medida en AT. Transducción tensión-corriente
3.2.4. Divisores de tensión en CA y CC
3.2.5. Divisores de tensión para medidas de transito-rios
3.2.6. Transformadores de tensión para medidas en CA
3.2.7. Circuitos de medición del factor de disipación
3.2.8. Circuitos de medición de descargas parciales
3.3. Errores comunes en sistemas de medida
3.3.1. Error de muestreo y error de cuantización
3.3.2. Apantallamientos
3.3.3. Conexiones de tierra
4. Diseño de sistemas de aislamiento
4.1. Análisis elemental de los esfuerzos dieléctricos en geometrías sencillas
4.1.1. Cálculo analítico del campo eléctrico con geometrías elementales con dieléctricos ho-mogéneos
4.1.2. El campo eléctrico con dieléctricos homogé-neos
4.1.3. Análisis básico del campo eléctrico en la fron-tera entre varios dieléctricos
4.1.4. Cálculo de campos eléctricos mediante méto-dos numéricos
4.2. Sistemas de aislamiento reales. Técnicas más em-pleadas
4.2.1. Estrategia general de diseño
4.2.2. Capas semiconductoras y sistemas de gra-duación de campo en máquinas rotativas y ca-bles
4.2.3. Sistemas de aislamiento de cables aislados
4.2.4. Sistemas de aislamiento de máquinas rotati-vas
4.2.5. Sistemas de aislamiento de transformadores
4.3. Sistemas de refrigeración
4.3.1. Transformadores
4.3.2. Máquinas rotativas
5. Mecanismos de degradación del aislamiento eléc-trico en alta tensión
5.1. Mecanismos de degradación
5.2. Cables aislados
5.2.1. Cables de papel impregnado-aceite
5.2.2. Cables aislados con polímeros
5.3. Aisladores
5.4. Pasatapas
5.5. Interruptores
5.6. Transformadores
5.6.1. Humedad
5.6.2. Degradación del papel
5.6.3. Degradación del aceite
5.7. Máquinas rotativas
5.7.1. Degradación térmica
5.7.2. Ciclaje térmico
5.7.3. Degradación mecánica. Bobinas sueltas en ranuras
5.7.4. Sobretensiones
5.7.5. Contaminación superficial (tracking)
5.7.6. Partículas abrasivas
5.7.7. Ataque químico
5.7.8. Pérdidas de agua del circuito de refrigeración
5.7.9. Conexiones eléctricas defectuosas
5.7.10. Calentamiento del núcleo
5.7.11. Abrasión por desequilibrio mecánico
5.7.12. Fuerzas centrífugas
6. Técnicas generales de evaluación del aislamiento eléctrico de equipos de alta tensión
6.1. Resistencia de aislamiento
6.1.1. Principio físico de la medida
6.1.2. Montaje experimental. Conexiones
6.1.3. Condiciones de realización. Metodología
6.1.4. Información que suministra el ensayo
6.1.5. Limitaciones y precauciones
6.2. Alta tensión soportada (hipot)
6.2.1. Principio físico de la medida
6.2.2. Montaje experimental. Conexiones
6.2.3. Condiciones de realización. Metodología
6.2.3.3. Cables
6.2.4. Información que suministra el ensayo
6.2.5. Limitaciones y precauciones
6.3. Ensayos de sobretensión transitoria
6.3.1. Principio físico de la medida
6.3.2. Montaje experimental. Conexiones
6.3.3. Condiciones en que se realiza. Metodología
6.3.4. Información que suministra este ensayo
6.3.5. Limitaciones
6.4. Capacidad y factor de disipación
6.4.1. Principio físico de la medida
6.4.2. Montaje experimental. Conexiones
6.4.3. Condiciones en que se realiza. Metodología
6.4.4. Información aportada
6.4.5. Condiciones que afectan a la técnica. Limita-ciones
6.5. Descargas parciales (DP)
6.5.1. Principio físico de la medida
6.5.2. Montaje experimental. Conexiones
6.5.3. Condiciones en que se realiza. Metodología
6.5.4. Información aportada por el ensayo
6.5.5. Condiciones que afectan a la técnica. Limita-ciones
7. Métodos específicos de evaluación de equipamien-to eléctrico de alta tensión
7.1. Técnicas de diagnóstico específicas de máquinas rotativas
7.1.1. Ensayo para detección de imperfecciones en el núcleo magnético estatórico a flujo nominal
7.1.2. Detección electromagnética de imperfecciones en el núcleo magnético estatórico (EL-CID)
7.1.3. Monitorización de vibraciones en barras y ca-bezas de bobina
7.1.4. Monitorización de temperatura
7.1.5. Medida de resistencia de devanados
7.1.6. Análisis de vibraciones
7.1.7. Análisis de corrientes (en motores)
7.2. Técnicas de diagnóstico específicas de transforma-dores
7.2.1. Análisis del aceite
7.2.2. Medidas en papel aislante. Medida del grado de polimerización
7.2.3. Ensayo de medida de relación de transforma-ción
7.2.4. Análisis de la respuesta en frecuencia
7.2.5. Espectroscopía dieléctrica
7.2.6. Ensayos específicos en subcomponentes
7.3. Localización de faltas en cables aislados
7.3.1. Objetivos
7.3.2. Método de seccionado
7.3.3. Métodos de lazo
7.3.4. Reflectometría
7.3.5. Detección acústica y electromagnética de rup-tura por impulsos
7.3.6. Ensayo de continuidad y resistencia eléctrica de la pantalla y de los conductores de los sis-temas nuevos de cable
7.3.7. Ensayo de comprobación de la cubierta