Resumen

El actual escenario de los mercados de energía eléctrica en Brasil y en el mundo hizo con que las empresas del sector operaran en un contexto de alta competitividad, induciendo a una búsqueda constante por mayor eficiencia, mejor calidad de suministro y menores costos. Siguiendo esa tendencia general, ha ocurrido una migración del mantenimiento preventivo para el mantenimiento predictivo, lo que solo es posible a través de sistemas de monitoreo online.

En esas circunstancias, los disyuntores, equipos responsables por el accionamiento eléctrico de líneas de transmisión, transformadores, reactores y otros equipos en las subestaciones, también están siendo monitoreados.

El sistema de monitoreo de disyuntores permite, local o por control remoto y en tiempo real, suministrar informaciones precisas al personal de mantenimiento sobre el estado de los disyuntores, minimizando los riesgos de fallas y el costo de mantenimiento.

Un análisis práctico del desempeño de ese sistema es relatado en este artículo, donde se muestran los tipos de diagnóstico, sus objetivos y los tipos de fallas que ellos pueden prevenir o, caso sucedan súbitamente, ayudar a diagnosticar la causa de esas fallas. De esa forma futuras medidas preventivas podrán ser utilizadas. En esa línea de raciocino, la utilización del monitoreo puede mostrar una nueva gama de abordajes para problemas antes desconocidos o tratados taxonómicamente como un mismo tipo de falla.

Durante mucho tiempo, la integridad de los equipos en las subestaciones y usinas dependía del mantenimiento preventivo. Actualmente las empresas de energía y las industrias conviven con reducidos equipos de ingeniería de mantenimiento, y se hace necesario el desarrollo de herramientas que auxilien en el proceso de toma de decisión para una precisa intervención.

Una de esas herramientas es la implantación de un programa de mantenimiento predictivo en equipos de alta tensión basado en la condición de operación de esos equipos (1). En ese paradigma, los disyuntores asumen gran importancia, ya que son responsables por la seguridad del sistema eléctrico en el caso de faltas. Eso sumado a su natural importancia como dispositivo de maniobra.

Las prácticas de mantenimiento actualmente adoptadas se basan en intervalos de tiempos fijos o en la cantidad de maniobras realizadas, indicadas a través de los contadores de operación (2). El mantenimiento, antes basado en el tiempo, ahora pasa a considerar el estado del equipo. El surgimiento de sistemas que permiten la organización, el almacenamiento, la visualización y la interpretación de datos importantes para el mantenimiento hizo con que ese cambio de paradigma fuera posible. Esos sistemas permiten una operación segura de los equipos y provee los elementos necesarios para las actuales exigencias del mantenimiento basado en el estado.

La Tabla 1 presenta un breve comparativo entre las filosofías de mantenimiento basadas en el tiempo y en el estado.

Comparativo entre las filosofías de monitoreo

Apenas como ejemplo, algunas señales que pueden ser monitoreadas para la detección del mal funcionamiento de componentes del disyuntor, tales como tiempos de abertura y cierre del disyuntor, presión del gas SF6, tiempo de operación de la bomba, fueron citadas en la literatura (3). Al hacer un análisis de esas señales y comparando con el rango de valores especificado por los fabricantes, se pueden detectar defectos incipientes en el disyuntor y clasificarlos como siendo de origen mecánico, eléctrico considerando los circuitos principales o en los circuitos de control y auxiliares.

Esa es la idea por atrás del sistema de diagnóstico basado en reglas.

Los disyuntores son dispositivos de cierre eléctrico que deben ser capaces de conducir, interrumpir y establecer corrientes de las redes de energía eléctrica, incluyendo las altas corrientes de falta (cortocircuito) (4).

Ellos son constituidos por unidades interruptoras, también llamadas de cámaras de extinción, que es donde ocurre la extinción del arco voltaico producido durante la interrupción de corriente, y pueden ser de diversas tecnologías. Poseen un sistema de accionamiento o mecanismo de operación que es el subconjunto constituido de componentes que posibilitan el almacenamiento de la energía necesaria para la operación mecánica del disyuntor, así como para la liberación de esa energía a través de mecanismos apropiados, cuando enviado su comando de abertura y cierre, y por fin una unidad de comando, que es constituida por los elementos de comando, control y supervisión del disyuntor.

Con el objetivo de identificar las causas más comunes de fallas en los disyuntores, algunas pesquisas fueron realizadas por Cigre (5). La primera de esas pesquisas fue realizada entre los años 1974 y 1977, a partir de una base de datos obtenida de observaciones realizadas en 20.000 disyuntores con tensión arriba de 63 kV.

Los resultados de esa pesquisa mostraron que 70% de las fallas más frecuentes en disyuntores tienen como origen factores mecánicos, 19% son relacionadas a los circuitos de control y auxiliares y 11% a factores eléctricos del circuito principal.

El resumen de los resultados de la segunda pesquisa realizada por Cigre en el período de 1988 a 1991 en 18.000  disyuntores  a  SF6   para  tensiones  arriba de 63 kV es presentado en la Tabla 2, publicado en el guía IEEE Std.C37.10-1995 (6) y aquí transcrito.

Se trata de un procedimiento para la investigación de diagnósticos y fallas en disyuntores, proporcionando una visión general de los componentes en los disyuntores responsables por las fallas más frecuentes.

Estadística de causas de fallas en disyuntores (6)

Los resultados obtenidos en esas pesquisas nos permiten concluir que la mayoría de las fallas en los disyuntores está asociada a los componentes del mecanismo de operación de los disyuntores, en un segundo índice a los componentes de alta tensión y en último grado a los circuitos de control (7).

El objetivo del monitoreo online es precaver de problemas derivados de los puntos presentados en la Tabla 2.

El Sistema de Monitoreo de Disyuntores instalado en la SE Río Verde es una herramienta para la ingeniería de mantenimiento que efectúa la adquisición, el almacenamiento y el tratamiento de las mediciones efectuadas en los equipos monitoreados, generando diagnósticos y pronósticos de eventuales problemas que podrán ocasionar interrupciones en el suministro de energía eléctrica (8).

Entre los varios análisis de ese sistema de monitoreo, citamos los considerados más importantes en ese proyecto:

• El rápido diagnóstico del estado actual del equipo, de modo a fornecer subsidios a la toma de decisión cuanto a la operación o no del disyuntor, ayudando así a preservarlo no solo a él mismo, cuanto al equipo que él está energizando.
• El pronóstico precoz de condiciones de falla antes de su operación, de manera a aumentar la disponibilidad del sistema y posibilitar la parada del equipo apenas cuando sea necesario para acciones correctivas o no ponerlo en el sistema para evitar dañarlo.
• El monitoreo de las condiciones de operación del equipo a lo largo de toda su vida, para mantener los equipos disponibles para operación, además del control de equipos en final de vida útil.
• Acceso rápido a las informaciones del estado de los equipos a través de la red intranet de Furnas, facilitando el acceso a todas las informaciones del equipo.
• Posibilidad de integración con los demás sistemas de monitoreo y de administración de mantenimiento de la empresa.
• La integración de la administración del mantenimiento y la reducción de sus costos.
• El monitoreo de varios tipos de disyuntores.
• La administración de inversiones y la negociación de premios de seguros.
• Preservación del imagen corporativo.

La arquitectura utilizada en la red de sensoriamento es mostrada en la Figura 1.

Las principales variables obtenidas por el sensoriamento del sistema de monitoreo son mostradas en la Tabla 3:

Principales variables obtenidas por el sistema de monitoreo (8)

Como podemos observar por la Figura , para que todo el sistema sea funcional, existen etapas sucesivas en la adquisición de los datos para que ellos puedan ser utilizados en las reglas de monitoreo.

• 1^er Etapa: el sensoriamento de campo es responsable por la adquisición de todas las variables en el sistema de monitoreo de disyuntores, durante operaciones de abertura y cierre, carga de muelles, motor y variables que puedan ser obtenidas sin que haya operación, por ejemplo, la presión del gas SF6.
• 2ª Etapa: los datos obtenidos son transferidos para el software localizado en el servidor de monitoreo donde son efectuados todos los cálculos necesarios para que esas informaciones sean exhibidas al usuario. Todos esos datos son gravados en el banco de datos SQL Server instalado en el servidor de monitoreo después de esa etapa.
• 3^er Etapa: ese banco de datos SQL Server del OLM Explorer es leído por el sistema de monitoreo de disyuntores, a cada nuevo registro incluido, efectuando así todas las comparaciones y los cálculos necesarios para que el resultado de las reglas de monitoreo sean exhibidas a los usuarios.

Después de esa etapa, en el caso de alguna alarma ser detectada, la información será mostrada en la página Web del sistema de monitoreo y un alerta vía email será recibido por los responsables del sector de mantenimiento.

El sistema de reglas codificado en el software de monitoreo permite que las informaciones obtenidas por los sensores sean transformadas en diagnósticos automáticos, indicándole al equipo de mantenimiento la clase del problema, la gravedad y el tiempo máximo para la intervención, si esa situación se aplica.

En la Tabla 4 – Principales reglas de diagnóstico utilizadas por el sistema de monitoreo (8) son mostradas las reglas de diagnóstico y su principal función: