La detección del efecto corona se está usando como herramienta de diagnóstico para controlar componentes críticos en una red eléctrica. Al usar una cámara de radiación ultravioleta de alta sensibilidad como las CoroCAM de Amperis, se pueden registrar las radiaciones corona y ultravioleta para evaluar el estado de un equipo. Las fallas en los equipos de alto voltaje conllevan un riesgo muy elevado por lo que un mantenimiento preventivo ahorra elevados costos. Las descargas parciales se pueden dar también por defectos estructurales o problemas en el aislamiento.
Cuando se producen fenómenos de descarga parcial y corona, se empiten grandes cantidades de radiación ultravioleta que nos indica las condiciones del aislamiento del equipo operativo y la detección de defectos. El método óptico es sin duda el método de diagnóstico de descarga más idóneo y el que ofrece mayor sensibilidad y resolución en todas las condiciones.
Al usar un receptor de radiación ultravioleta de alta sensibilidad, se pueden registrar las radiaciones corona y ultravioleta para evaluar el estado del equipo a través del procesamiento y análisis de los datos obtenidos.
Fig. 1: Linea de alto voltage con descarga parcial Fig. 2: Descarga causada por la rotura de un aislante
El principio de detección de descarga de corona usando una cámara de imagen ultravioleta
Cuando se produce una descarga de ionización en un equipo de alto voltaje, se puede producir una corona, un flameo o un arco debido a la diferencia en la intensidad del campo eléctrico. Durante este proceso de ionización de los electrones (descarga) se libera energía, se emite luz, sonido, ozono, ultravioleta, etc. Con la tecnología de imágenes UV se detectan estas señales ultravioletas producidas durante el proceso de descarga. Mediante esta tecnología se puede detectar la ubicación y la intensidad de la corona después del procesamiento de datos, imágenes y superposición con imágenes de luz visible.
Entre todas las frecuencias de luz emitidas, las ondas UV han demostrado ser la única forma eficiente para este tipo de pruebas. El rango de longitud de onda UV es usualmente de 40 - 400 nm. la longitud de onda del ultravioleta solar que llega a la superficie de la Tierra es más de 300 nm. (debido a la capa de ozono de la Tierra, que absorbe una parte del ultravioleta de onda larga)
Las ondas de luz ultravioleta de menos de 280 nm se encuentran en el área ciega solar. Si se puede detectar, entonces solo puede ser de la radiación de la Tierra.
Figura 3. Emisión de luz de la descarga de corona. Se ha de tener en cuenta que la mayor parte de la luz emitida está en el UV.
El principio de nuestras cámaras CoroCAM es utilizar el intervalo ciego solar gracias a la apliación de filtros especiales, por lo que el instrumento puede trabajar entre la longitud de onda de 240 a 280 nm de ultravioleta durante el día (banda UV ciega solar), de modo que incluso durante el día el efecto corona puede ser observado. Algunas de las cámaras de imagen ultravioleta solo se pueden usar en un momento determinado del día o de la noche debido a la interferencia del sol proveniente de los rayos ultravioletas.
El efecto corona en un equipo de alto voltaje en la etapa inicial de descarga no es continuo, sino fugaz. Las cámaras CoroCAM de imagen ultravioleta permiten la observación de la corona con dos modos: monitoreo en tiempo real y modo integrado, que muestra y retiene la cantidad de fotones ultravioleta en un cierto tiempo y área determinada (la región puede ajustarse) en la pantalla, y se actualiza en tiempo real.
Es decir, la corona es un efecto luminoso desencadenado por altos campos eléctricos localizados que excenden un cierto valor crítico que ioniza el aire y se produce la descarga (en condiciones atmosféricas normales ese valor crítico esta entre 20-30 kV/cm
Durante el proceso de DP, las moléculas de nitrógeno en elel aire está excitado y emiten radiación ultravioleta, generalmente en el rango de longitud de onda de 200-405 nm.
Los principales factores que afectan la detección UV
Con la cámara de efecto corona se observan el número de fotones y este parámetro se usa como índice de intensidad en el objeto observado de la corona. Muchos factores tienen un efecto directo y afectan al recuentro de fotones como: la distancia de detección, la humedad de la atmósfera, la temperatura ambiente, la presión, la altitud y la configuración de ganancia del instrumento:
- Distancia de detección: La distancia de detección tiene un efecto destacado en los resultados, es decir a mayor distancia de detección menor campo de visión y menos sensibilidad.
- Humedad y contaminación: La humedad juega un papel importante y se debe encontrar la manera de solucionar este problema para permitir el análisis. A medida que aumenta la humedad, se mejora la conductividad de la superficie del aislador, lo que favorece la descarga. A más humedad atmosférica esta absorbe más luz ultravioleta de modo que se reduce la detección de radiación ultravioleta.
Fig. 4: Una tapa de acero aislante envejecida. Fig. 5: Descarga causada por una conexión suelta.
- Efectos de la presión y temperatura del aire: Si la presión aumenta o la temperatura disminuye, la intensidad del campo eléctrico de la corona aumenta, ya que la densidad del aire aumenta, por lo que la distancia promedio entre las moléculas de aire aumenta y el camino libre de los electrones disminuye y el aire es más difícil de ionizar, aumentando la intensidad del campo eléctrico de la corona.
- Efectos de la altitud: Cuando la elevación aumenta, la presión disminuye, por lo que el voltaje que causa la corona inicial disminuye. Es decir a más altitud menor efecto corona.
- La influencia de la ganancia del detector: La ganancia de la cámara se regula, por lo que el instrumento puede ser sensible a la corona, mientras que la influencia de la interferencia de fondo se puede reducir.
Características de la inspección por efecto corona
La inspección UV está diseñada para detectar fenómenos externos en la superficie del equipo.
Como hemos visto antes la humedad nos perjudica la medición, pero se pueden realizar inspecciones bajo prácticamente cualquier condición climática (sin incluir la lluvia). Dichas inspecciones permiten detectar potenciales problemas en sus primeras etapas, antes de que hayan progresado hasta el punto de un daño grave y la necesidad correspondiente de reemplazo rápido del componente afectado. Al estar relacionado con el voltaje en lugar de con la corriente, la descarga en corona tiene una apariencia periódica intermitente que corresponden al patrón sinusoidal de la línea.
La corrosión y la erosión debidas al ozono y los óxidos de nitrógeno creados por la corona son procesos que coexisten con la descarga de corona. Por lo que se produce la corrosión en el aislador de porcelana (en la figura de abajo se ven las 2 separaciones formadas).
Efecto Corona: preocupación ambiental y de seguridad
Como se mencionó, la descarga parcial, como es una fuente de ruido de audio (AN) o interferencias de radio o TV (RI o TVI), por lo que debe eliminarse incluso si no tiene un efecto inmediato en la confiabilidad de la línea. Lo primero que se debe hacer es localizar exactamente la fuente de DP buscando la corona. Con el uso de la gama de cámaras de efcto corona CoroCAM de Amperis, en pocos minutos las fuentes de descarga están perfectamente ubicadas e identificadas.
Corona agente activo de degradación
Con las CoroCAM de Amperis se pueden detectar actividades de efecto corona en aislantes de polímero. Estos aislantes no cerámicos son susceptibles de degradación por el efecto corona, ya que el ácido nítrico formado por el óxido de nitrógeno generado y los vapores de agua dañan la carcasa de polímero. Además, una grieta o pinchazo en la carcasa de polímero permitirá que la humedad penetre en la fibra de vidrio barra. La combinación de humedad y el material ácido degrada la varilla de fibra de vidrio produciendo incluso la fractura.
Los aisladores de porcelana también sufren los efectos de las DP. En estos casos la cámara de efecto corona indica arcos cortos o internos, cemento agrietado o erosionado, junta oxidada, etc.
Corona como indicador
Como hemos explicado, el efecto corona es una indicador de diseños e instalaciones defectuosos, así como de material deficiente. La aparición de corona indica procesos de degradación en proceso y nos ayuda como alerta. Una de las aplicaciones para la inspección de corona se encuentra en la etapa de puesta en marcha de cualquier instalación eléctrica nueva. La CorCAM es una herramienta para permitir que el operador del sistema de potencia verifique que la instalación se realizó correctamente. Usando las cámaras de efecto corona durante la puesta en marcha da como resultado menos esfuerzos de mantenimiento.
Conclusión
Una cámara de efecto corona que genera imágenes UV desempeña un papel importante en la detección de defectos en construcciones eléctricas de alta y media tensión. Así detectamos e identificamos la ubicación real de la descarga a través de la alta resolución de las CoroCAM.
Las cámaras para la detección de efecto corona de Amperis, usan la imagen ultravioleta que es una tecnología relativamente nueva, pero es fácil de usar, eficiente, intuitiva y la monitorización en vivo facilita la detección y el mantenimiento. Estas cámaras proporcionan una respuesta inmediata en procesos con problemas que quedarían sin detectar y sin asistencia. La inspección UV en líneas aéreas de distribución y subestaciones nos facilita información de las condiciones en las que se encuentra la línea (detección temprana de fallas) y sobre la calidad del diseño y de la mano de obra durante la fase de instalación.
Hay muchas más aplicaciones en la industria de la energía que pueden explotarse con esta tecnología. La detección de descarga de corona es solo una de ellas.