A la altura: equipos de medición de HBM para pruebas de alta tensión

HBM ha suministrado tres registradores de transitorios de la gama Genesis High Speed al Laboratorio de Alta Tensión de KEMA, perteneciente al grupo DNV GL, en Arnhem, Países Bajos. Estos nuevos sistemas de adquisición de datos sustituirán a los equipos LDS Nicolet que KEMA Laboratories adquirió entre 1995 y 2000, y que han estado en servicio hasta hace poco. El principal motivo para cambiarlos por un equipo nuevo ha sido la implantación de la norma CEI 60060-2 (2010), que contiene directrices para la realización de pruebas de alta tensión, incluidos requisitos aplicables a la tecnología de medición.

Los apagones tienen consecuencias importantes

Este Laboratorio de Alta Tensión está especializado en ensayos y certificación de componentes de alta tensión, equipos eléctricos y unidades de medición, protección y control empleadas en el sector de la generación y distribución de electricidad. Las pruebas y la certificación de la seguridad y el control de las instalaciones y sistemas de alta tensión están ganando importancia de manera creciente, ya que las infraestructuras eléctricas son cada vez más complejas y vulnerables. Los apagones tienen consecuencias importantes que abarcan desde daños económicos considerables hasta situaciones que ponen en peligro la vida de las personas, como consecuencia de fallos en sistemas críticos.

 

"Nos hemos forjado una importante reputación sobre el terreno. Nuestros certificados KEMA de pruebas tipo gozan de reconocimiento internacional”.

John Mooren, ingeniero de pruebas de KEMA Laboratories, en Arnhem.

Acerca de KEMA Laboratories

En el Laboratorio de Alta Tensión y el Laboratorio de Alta Potencia de Arnhem se hacen pruebas de instalaciones y equipos. Estos dos centros pertenecen a KEMA Laboratories, una empresa que a su vez se encuentra englobada en la división de Energía de DNV GL. El Laboratorio de Alta Potencia lleva a cabo pruebas de cortocircuito para determinar la resistencia de cortocircuito de los materiales. Anteriormente se utilizaban cuatro generadores para crear corrientes de cortocircuito de 8.800 MVA. Este valor se incrementó hasta 13.000 MVA en 2015 con la adquisición de dos nuevos generadores.

El Laboratorio de Alta Tensión se ocupa principalmente de probar y certificar cables y componentes de alta tensión, en las condiciones en que los ponen en servicio los fabricantes. Estos ensayos constan principalmente de pruebas dieléctricas que determinan las características aislantes de los materiales. El laboratorio también lleva a cabo otros muchos tipos de pruebas, como ensayos de temperatura en transformadores e instalaciones de conmutación, pruebas de resistencia a largo plazo —que se prolongan durante varios meses— o pruebas mecánicas y calibraciones de alta tensión de componentes, como aislantes y relés de seguridad.

Pruebas dieléctricas

Las pruebas dieléctricas se realizan utilizando, entre otros elementos, corriente alterna (CA), corriente continua (CC) e impulsos atmosféricos (LI). Los registradores de transitorios de HBM se utilizan para el registro de las pruebas con impulsos atmosféricos. Las formas de onda de tensión de impulsos atmosféricos estándar tienen una duración frontal de 1,2 microsegundos y una duración hasta la mitad del valor de 50 microsegundos. El sistema registrador de transitorios de HBM tiene una velocidad de medición muy elevada: 10 nanosegundos. La duración del frente de la forma de onda se determina efectuando aproximadamente 120 mediciones en 1200 nanosegundos. La tensión de pico de una forma de onda de tipo rayo se evalúa mediante fórmulas de software conformes con la norma CEI 60060-2. Este software forma parte del sistema informático de HBM, que procesa los datos de medición. Los registradores de transitorios de la familia Genesis High Speed de HBM son idóneos para este tipo de tareas.

Configuración de ensayo para un sistema de cable de 400 kV con un generador de tensión de impulso de 2,6 MV y un divisor de 3000 kV a la derecha. El armario CEM con el transmisor de HBM está situado en la base del divisor.
Configuración de ensayo para calibrar un divisor de 700 kV con un generador de tensión de impulso de 1 MV. Los armarios CEM con transmisores HBM están situados en la base de los divisores.

Sobretensión de impulso tipo rayo

Para crear una sobretensión de impulso de tipo rayo se emplea un generador de tensión de impulso, formado por varios condensadores de 100 kV (o 200 kV) que se cargan y descargan en serie. El Laboratorio de Alta Tensión cuenta con un total de tres generadores de tensión de impulso. La tensión máxima que se puede conseguir es 2,6 MV (13 condensadores de 200 kV cada uno). También es posible obtener tensiones de 1,6 MV y 1 MV (empleando 16 y 10 condensadores de 100 kV, respectivamente). El valor pico de la tensión de impulso se establece de conformidad con las normas internacionales. El valor pico de la tensión de impulso para los sistemas de alta tensión de 400 kV es 1425 kV. Para los sistemas de media tensión de 12 kV es de 75 kV.

El laboratorio cuenta con seis divisores de alta tensión que se utilizan para medir tensiones de impulso. Cada divisor tiene su propio transmisor digitalizador y también existen dos sistemas que permiten medir señales secundarias. En total hay 8 transmisores y 3 receptores, además de 3 PC/sistemas de medición de HBM.

Otras características novedosas son la separación de la función de adquisición de datos y la transferencia de los datos de medición a un PC mediante fibra óptica. Esto último ofrece interesantes ventajas, porque elimina las interferencias y contribuye a que los datos de medición sean más precisos. También se incrementa la seguridad, ya que no existe riesgo de fugas de alta tensión a través de la fibra óptica. La exposición a tensiones de esta magnitud puede ser fatal.

¿Por qué un equipo nuevo?

“En 2009 decidimos sustituir el equipo existente. Esta decisión no se debió únicamente al traslado al nuevo laboratorio ese mismo año. Estuvo motivada, sobre todo, por los cambios en la norma CEI 60060, que entró en vigor en 2010”. Nuestro Laboratorio de Alta Tensión, contamos con representación en el comité de las normas CEI, ya que queremos mantenernos al día y llevar a cabo pruebas y certificaciones de conformidad con los requisitos más actuales. La norma CEI 60060 describe unas condiciones uniformes para las pruebas de alta tensión. Contiene definiciones y directrices precisas para generar la tensión necesaria para las pruebas. Además describe los requisitos para realizar los ensayos dentro de las tolerancias de medición permitidas y los criterios aplicables a los sistemas de medición''.'

John Mooren, ingeniero de pruebas de KEMA Laboratories, en Arnhem.

Tras la aprobación en 2010 de una propuesta de inversión para adquirir nuevos equipos de medición, se abrió una licitación en la que participaron cinco fabricantes de primera línea. Después de una selección preliminar de las ofertas, se invitó a tres de los fabricantes a que hicieran demostraciones en el laboratorio en 2011. Finalmente se eligió la solución de HBM porque ofrecía la mejor relación precio-prestaciones.

En realidad, al decantarse por la propuesta de HBM, DNV GL eligió el mismo equipo. Al fin y al cabo, HBM había absorbido las actividades de LDS Nicolet y, en 2009, había lanzado al mercado un equipo renovado, ya con la denominación Genesis High Speed. Esta gama de productos modulares es idónea para registrar transitorios y adquirir datos a velocidades extremadamente altas. El equipo de adquisición de datos se utiliza en pruebas de resistencia, pruebas de balística y pruebas de tensión de cortocircuito e impulsos atmosféricos, entre otras.

Software Perception

Captura de pantalla del Software Perception de HBM, según CEI 60060-1 (2010) con el método del Factor K con ajuste de curva y filtro (verificado conforme a la norma CEI 61083-2).
Las unidades de recepción y transmisión en Serie ISOB5600 de HBM están alojadas en carcasas EMC.

Implantación

El nuevo equipo se entregó a principios de 2012. Constaba de tres registradores de transitorios ISOBE5600m de la familia Genesis Speed, con una velocidad de muestreo de 100 MS/s (100 millones de muestras por segundo). Los sistemas ISOBE5600 constan de una unidad transmisora/digitalizadora —que se instala en el entorno del ensayo de alta tensión— y de una unidad receptora situada en otra ubicación, que se puede conectar a un sistema de adquisición de datos o un PC. La comunicación entre el transmisor y el receptor se establece mediante fibra óptica, lo que asegura un aislamiento eléctrico total entre la célula de ensayo y la sala de control. El software Perception de HBM para el procesamiento de los datos de medición también forma parte de la solución y efectúa los cálculos que requiere la norma CEI 60060-2.

Los transmisores/digitalizadores ISOBE5600t de HBM del Laboratorio de Alta Tensión disponen de atenuadores que procesan las señales de entrada. Estos dispositivos están instalados como unidades fijas en un armario CEM que impide que los resultados de medida se vean afectados por las interferencias electromagnéticas. Los armarios CEM están conectados a los divisores. Los digitalizadores/transmisores digitalizan las señales de medida, de modo que puedan transmitirse al receptor a través del cable de fibra óptica.  El módulo de software Perception High Voltage Impulse Analysis (HV-IA) proporciona un panel de control que permite configurar las pruebas, además de una interfaz del usuario gráfica en la que se pueden visualizar la mayoría de las funciones (en forma de curvas de tensión, por ejemplo). El receptor ISOBE5600r se encuentra instalado en una sala de medición junto a un panel de control y un PC. Los datos se representan en LabVIEW a través de una interfaz con el software Perception.

La configuración inicial se puso en marcha y se acreditó en 2012. Posteriormente se integró en LabVIEW. El último Nicolet dejó de utilizarse a finales de 2015 y, desde entonces, el Laboratorio de Alta Tensión de DNV-GL emplea exclusivamente los equipos Genesis High Speed. Los nuevos equipos son considerablemente más precisos que el sistema antiguo, ya que permiten llevar a cabo pruebas y elaborar informes cumpliendo estrictamente la norma CEI 60060.

*Los productos Genesis High Speed de HBM se comercializaban anteriormente bajo las marcas LDS Nicolet, LDS Dactron y Gould Nicolet. La marca Nicolet es propiedad de Thermo Fisher Scientific Inc. Corporation. Gould es una marca de Gould Electronics GmbH.