Mantenimiento a Subestación Eléctrica 800 kVA | Espacio Corporativo

Revista Técnica

Espacio Corporativo

Directorio

Ing. Juan Callejas Trejo Director General KAFSA

Arq. Eduardo Cervantes Olguín Coordinación Proyectos

Lic. Diego Armando Zúñiga Páramo Director de Comunicación | Editorial

Ing. Jorge Vázquez Cárcamo Coordinador de Operaciones

Ing. Oscar Barrios Sánchez Estudios Eléctricos

Lic. Miguel Ángel López Cruz Fotografía

La presente Revista Técnica contiene el desarrollo Teórico, Metódológico y Técnico de la Evaluación efectuada a la Subestación Eléctrica de 800 kVA, que proporciona el suministro de Energía Eléctrica a las Instalaciones del Inmueble denominado “Espacio Corporativo”, el cual fue realizado el pasado 26 de Noviembre de 2022, desarrollado bajo las especificaciones de las Normas Oficiales Mexicanas, Normas Mexicanas y Normas de Referencia a continuación descrita:

NORMATIVIDAD

1. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012. Relativa a las instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica.

2. Norma Mexicana NMX-J-098-ANCE-2014. Sistemas Eléctricos, Tensiones Eléctricas Normalizadas.

3. Norma Mexicana NMX-J-116-ANCE-2017. Transformadores de Distribución tipo poste y tipo subestación.

9. Norma Mexicana NMX-J-271/1 ANCE-2007. Técnicas de prueba en alta tensión - parte 1: definiciones generales y requisitos de prueba.

10. Norma Mexicana NMX-J-287-ANCE-2020. Transformadores tipo sumergible monofásicos y Trifásicos para distribución subterránea.

4. Norma Mexicana NMX-J-136-ANCE-2019. Abreviaturas y símbolos para el diseño e interpretación de diagramas, planos y equipos eléctricos.

5. Norma Mexicana NMX-J-141-1-ANCE-2014. Fusibles de alta tensión-parte 1: cortacircuitos-fusibles limitadores de corriente.

6. Norma Mexicana NMX-J-141-2-ANCE-2016. Fusibles para alta tensión-Parte 2: Cortacircuitos-Fusible de expulsión-Especificaciones y métodos de prueba.

11. Norma Mexicana NMX-J351-1-ANCE-2016. Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia tipo secos Especificaciones.

12. Norma Mexicana NMX-J351-2-ANCE-2016. Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia tipo secos métodos de prueba.

13. Norma Mexicana NMX-J351-3-ANCE-2016. Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia tipo secos capacidad para soportar Cortocircuitos.

7. Norma Mexicana NMX-J-142-1-ANCE-2019 Conductores-Cables de Energía con Pantalla Metálica, aislados con polietileno de cadena cruzada o a base de Etileno-Propileno.

8. Norma Mexicana NMX-J-169-ANCE-2015. Transformadores y Autotransformadores de Distribución y potencia – Métodos de Prueba.

14. Norma Mexicana NMX-J-549-ANCE-2005 Sistemas de Protección Contra Tormentas Eléctricas-especificaciones, Materiales y Métodos de Medición.

15. Procedimiento de pruebas de campo para equipo primario de subestaciones eléctricas de distribución (abril de 1994 C.F.E.).

OBJETIVO

Evaluación mediante pruebas, inspección y estudios eléctricos de la infraestructura que integra la Subestación Eléctrica para alimentar el Sistema de Distribución del Edificio denominado Espacio Corporativo, ubicado en C.Lago Alberto No.375, con el objetivo de disminuir las probabilidades de falla y mejorando así la continuidad del servicio.

GENERALIDADES

Las subestaciones eléctricas son las encargadas del suministro de energía eléctrica a los diferentes centros de carga, por lo que conservar sus diferentes elementos en las mejores condiciones de operación garantiza la continuidad del servicio, haciendo necesario cumplir con un programa de mantenimiento predictivo y preventivo que minimice la probabilidad de falla por un corte de energía inesperado, además de dar una mayor seguridad y eficiencia a la operación al sistema.

Al implementar los programas de mantenimiento se alcanza una mayor productividad, se incrementa la seguridad del personal y operativa del equipo, así como se reducen los costos de operación.

Mantenimiento Correctivo

Es el concepto de mantenimiento más antiguo, puesto que permite operar el equipo hasta que la falla ocurra antes de su reparación o sustitución. Este tipo de mantenimiento requiere poca planeación y control, ocasionando interrupciones al servicio. La desventaja es que lo hacen inaceptable en las instalaciones, ya que el trabajo es realizado sobre una base de emergencia, la cual resulta en carencias wde la mano de obra, materiales y refacciones.

Mantenimiento Preventivo

Las actividades de mantenimiento preventivo, tienen la finalidad de evitar que el equipo falle durante el periodo de su vida útil y la técnica su aplicación, se apoya en el análisis de antecedentes históricos del equipo después de pasar el periodo de puesta de servicio. Reduce las posibilidades de falla, este tipo de mantenimiento basa sus actividades en aspectos de periodicidad, realizando pruebas y programando mantenimientos, con base a lo preestablecido para cada tipo de equipos.

Mantenimiento Predictivo

El tipo de mantenimiento predictivo, tiene como finalidad combinar las ventajas de los dos tipos de mantenimientos anteriores; para lograr el máximo tiempo de operación del equipo, se aplican técnicas de revisión y pruebas más avanzadas, requiere de controles rigurosos para su planeación y ejecución.

Cuchillas de Operación con Carga

Las cuchillas desconectadores son utilizadas como dispositivo de seccionamiento de circuitos, para operar con carga, en sistemas de alta y media tensión, especialmente para aislar subestaciones, barras y circuitos de la fuente de suministro o para seccionar redes particulares de Media Tensión que operan en arreglo de anillo abierto.

Su principal aplicación en sistemas de distribución es operar como cuchillas de paso o en arreglos de cuchillas de paso y prueba en subestaciones compactas.

En la siguiente Tabla se muestran las normas de diseño, operación y construcción de las cuchillas de operación.

los que se colocan en las líneas de transmisión. La tensión a que operan los apartarrayos se conoce técnicamente conoce como tensión de cebado del apartarrayos.

Apartarrayos

Un apartarrayos es un dispositivo de protección que limita sobretensiones transitorias, mediante la descarga de la onda de sobretensión, luego de lo cual también impide que continúe el flujo de la corriente permaneciendo hábil para repetir estas funciones (Figura 1).

Con el objeto de determinar mediante pruebas dieléctricas el posible deterioro o contaminación en apartarrayos de una sección o en unidades de varias secciones, se efectúan las pruebas de resistencia de aislamiento. Con la prueba de Resistencia de aislamiento se puede detectar los siguientes aspectos:

1.-Contaminación por humedad.

2.-Contaminación por suciedad en las superficies internas del material aislante.

3.-Entre hierros corroídos.

4.-Depósitos de sales de aluminio, causados por interacciones entre la humedad y los productos resultantes del efecto corona.

5.-Porcelana rota.

Otra función de los apartarrayos es proteger las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protección. Para mayor seguridad a las instalaciones contra las cargas directas se instalan unas varillas conocidas como bayonetas e hilos de guarda semejantes a

Los valores de resistencia de aislamiento en apartarrayos son variables dependiendo de la marca y tipo, pudiendo ser desde 5000 hasta 50,000 MΩ, se recomienda efectuar comparaciones con apartarrayos de la misma marca, tipo y voltaje. Figura 1: Apartarrayo de resistencia variable.

Figura 2: Diagrama de conexiones.

Resistencia de Aislamiento.

Es la resistencia en megaohms que ofrece un aislamiento al aplicarle un voltaje de corriente directa durante un tiempo dado, medido a partir de la aplicación de este. A la corriente resultante de la aplicación de voltaje de corriente directa, se le denomina “corriente de aislamiento” y consta de dos componentes:

●Corriente capacitiva.

●Corriente de absorción dieléctrica.

Corriente de fuga.

La medición de esta resistencia independientemente de ser cuantitativa también es relativa, ya que el hecho de estar influenciada por aislamientos, tales como la porcelana, papel, aceite, barnices, etc., la convierten en indicadora de la presencia de humedad y suciedad de estos mismos materiales.

Esta prueba se realiza con MEGGER ELECTRÓNICO de 5,000 VCD, verificando que el núcleo y tanque del transformador estén referenciados a tierra y los devanados del primario y el secundario no tengan contacto.

de Absorción.

La resistencia de aislamiento varia directamente con el espesor del aislamiento e inversamente al área de este; cuando repentinamente se aplica un voltaje de corriente directa a un aislamiento, la resistencia se inicia con un valor bajo y gradualmente va aumentando con el tiempo hasta estabilizarse, dependiendo del grado de contaminación de este.

El índice de absorción se obtiene de la división del valor de resistencia obtenida 1 minuto, entre el valor obtenido al 1/2 minuto para un transformador con un aceite dieléctrico limpio y un aislamiento sólido limpio y relativamente seco, se obtendrán índices de absorción de 1.2 ó más, una lectura menor a 1 indica envejecimiento del aislamiento o el requerimiento de mantenimiento, provocando un aumento en la corriente de absorción.

Índice de Polarización

Por lo general después de registrar la lectura de 1 min., de resistencia de aislamiento, la prueba continua por un total de 10 min., la relación de la resistencia de aislamiento de 10 min., a la de 1 min., se denomina índice de polarización, para un buen sistema de aislamiento en un aceite dieléctrico limpio, por lo general demostrará un índice de polarización de 1.5 o más, una lectura de 1.0 o menos puede indicar presencia de humedad excesiva o contaminación conductiva del aceite, del aislamiento sólido o ambos. Para un mejor análisis de los aislamientos las pruebas deben hacerse al mismo potencial, las lecturas corregidas a una misma base (20 0C) y en lo posible, efectuar las pruebas bajo las mismas condiciones ambientales. En la siguiente Tabla se muestra la interpretación de los valores de índice de polarización y del índice de absorción dieléctrica.

Tabla 1: Condición del aislamiento.

En la Tabla 2 se muestran los valores mínimos de resistencia de aislamiento en transformadores sumergidos en aceite aislante y tipo seco en servicio, de acuerdo con la Norma ANSI/NETA MTS – 2007. Valores mínimos de resistencia de aislamiento a 20 0C de los transformadores según su tensión de operación.

Tabla 2:Valores mínimos de resistencia de aislamiento en transformadores tipo seco.

Resistencia mínima de aislamiento de transformadores a 20º c.

Tabla 3:Factores de corrección por temperatura.

Diagrama de conexiones para realizar la prueba

Figura 5: Diagrama de conexiones.

Relación de Transformación

La relación de transformación puede definirse en función de las características de construcción o en función de las variables de operación. En función de las características de construcción es la razón del número de vueltas del devanado de alta tensión al número de vueltas del devanado de baja tensión.

Desde el punto de vista de pruebas de laboratorio, la segunda definición es la que nos interesa. En esta definición incluimos la necesidad de que el transformador se excite en vacío, es decir, sin carga, puesto que, si existieran corrientes en los devanados, las tensiones que mediríamos no serían iguales a las fuerzas electromotrices inducidas, debido a que se producirían caídas de voltaje en las resistencias y reactancias de dispersión. Para determinar la relación de transformación en laboratorio existen tres métodos:

● Método de los voltímetros.

● Método del transformador patrón.

● Método del potenciómetro de resistencia.

Básicamente, los tres métodos consisten en aplicar a uno de los devanados una tensión alterna, y detectar el valor del voltaje inducido en el otro devanado. Los artificios para llevar a cabo estas operaciones son lo que dan las tres variantes fundamentales. En todos los casos es importante efectuar las conexiones respetando la polaridad de los devanados. Cuando se aplica a un devanado una onda senoidal de voltaje, en el otro devanado se induce otra onda proporcional a la aplicada. La onda aplicada y la inducida prácticamente se encuentran en fase, de manera que habrá una terminal de alta tensión y una de baja tensión que en cualquier instante tengan siempre la misma polaridad. Estas terminales se identifican en los diagramas con un punto, y en las terminales del transformador con mismos subíndices.

Figura 6: Identificación de terminales.

Método del transformador patrón.

Para este método se dispone de un transformador cuya relación de transformación es conocida, y por comparación, se obtiene la relación del transformador en prueba. Los transformadores patrón podemos clasificarlos en dos grupos:

●Transformador patrón de relación constante.

●Transformador patrón de relación variable (TTR). El transformador patrón de relación constante nos permite verificar que el transformador en prueba se apegue a la misma relación del patrón. Se aplica una tensión alterna, a voltaje nominal o menor y frecuencia nominal o mayor, a un devanado del transformador patrón y al correspondiente del transformador en prueba, conectados en paralelo. El transformador patrón con relación variable, conocido comercialmente con las siglas TTR TTR (Transformer Turn-Ratio), es un instrumento que nos permite medir cualquier relación de transformación dentro de una escala de valores muy amplia. Al conectar el TTR al transformador en prueba es importante observar las polaridades pues en caso de una conexión equivocada, el instrumento no dará lectura.

La relación de transformación se define como la relación de vueltas o del voltaje del primario al secundario, o la relación de corrientes del secundario al primario en los transformadores y es obtenida por la relación: El objetivo de esta prueba es detectar el desbalance del voltaje de salida en transformadores, así como devanados en cortocircuito, abiertos y falsos contactos; esta prueba se realiza con un equipo TTR (Transformer Turn Ratio). Para calcular la diferencia entre la relación teórica y la relación medida se utiliza la siguiente fórmula:

Como valor establecido por COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE) el valor máximo de diferencia permitido es de +/- 0.4% y de acuerdo con la NORMA ANSI/I.E.E.E. C-57.12, el porciento de diferencia no deberá ser mayor de +/-0.5%.

Figura 7: Diagrama de conexiones.

Diagrama de conexiones para realizar la prueba

Termografía infrarroja

La termografía infrarroja juega un papel muy importante en las actividades de mantenimiento predictivo. La termografía es una técnica muy consolidada para la detección de anomalías térmicas (Puntos calientes) en instalaciones eléctricas, mecánicas, térmicas, estructuras, edificios y otros. Además, se utiliza en los países más industrializados, así como los países en vías de desarrollo y una de sus principales características es que no necesita estar en contacto con el equipo a medir, así que no interfiere con los procesos de producción, al contrario, es un requisito indispensable que los equipos se encuentren funcionando para poder ser monitoreados por dicha técnica. En la Industria, es el método principal para diagnosticar fallas y se utiliza en los programas de mantenimiento preventivo. También, es uno de los métodos no destructivos aprobados por la asociación de pruebas no destructivas (ASNT). Ningún sistema eléctrico tiene una eficiencia del 100%, siempre hay una pequeña cantidad de energía que se transforma en calor debido al paso de la corriente eléctrica. El tiempo, cargas elevadas o fluctuantes, vibraciones, fatiga de materiales, condiciones ambientales, etc. Provocan que tanto los componentes como las superficies de contacto se vayan deteriorando, y por tanto aumentando la resistencia eléctrica. Este aumento de resistencia lleva consigo inevitablemente un aumento de la temperatura del componente que en ocasiones puede producir problemas eléctricos como cortocircuitos o fallos en la alimentación a otros sistemas, pero además puede derivar en otros riesgos como incendios o daños personales. Poder detectar este incremento de temperatura sin modificar las condiciones de trabajo, será fundamental para poder adelantarnos a la avería y de esta manera evitar un posible desastre futuro. Es aquí donde las cámaras termográficas se convierten en un instrumento eficaz en el mantenimiento predictivo y preventivo ya que de una manera rápida y visual el termógrafo

podrá determinar el estado de la instalación eléctrica, así como el de los componentes que la forman. Funcionamiento de la Cámara Termográfica

La energía infrarroja (A) que irradia un objeto se enfoca con el sistema óptico (B) sobre un detector de infrarrojos (C). El detector envía los datos al sensor electrónico (D) para procesar la imagen. Finalmente, el sensor traduce los datos en una imagen (E), compatible con el visor y visible en un monitor de vídeo estándar o una pantalla LCD.

Figura 8: Funcionamiento de cámara termográfica.

La termografía de infrarrojos es el arte de transformar una imagen infrarroja en una imagen radiométrica que permita leer los valores de temperatura. Por lo tanto, cada píxel de la imagen radiométrica es, de hecho, una medición de temperatura. Para ello se incorporan a la cámara termográfica algoritmos complejos. Todos estos elementos componen una cámara termográfica. Esto hace de la cámara termográfica una herramienta perfecta para aplicaciones eléctricas.

Aplicaciones eléctricas

Las cámaras termográficas son potentes herramientas para la supervisión y el diagnóstico del estado de los componentes y de las instalaciones eléctricas, la termografía se utiliza para detectar puntos calientes que pueden generar averías. A nivel técnico, la aplicación de la termografía nos va a permitir visualizar los patrones de temperatura de

los sistemas e instalaciones eléctricas. En este sentido, hay que tener en cuenta que una causa de fallo en los sistemas eléctricos es un exceso de temperatura provocado por diferentes motivos:

● Incremento de resistencia en puntos de conexión. Es decir, un incremento de la resistencia de contacto da lugar a un incremento de la potencia disipada en dicho contacto, lo cual se traduce, en condiciones normales, en un incremento de su temperatura dando lugar a un “punto caliente”, el cual se puede detectar de una forma precisa con una cámara termográfica. Este incremento de la resistencia de contacto puede deberse a un fenómeno de oxidación o corrosión, tornillos que se aflojan o una presión insuficiente en los contactos móviles.

● Fallos en los sistemas de refrigeración. El calor que se genera, por ejemplo, en los transformadores de potencia, debe ser evacuado al exterior a través de los sistemas de refrigeración en los intercambiadores de calor. Si esta extracción de calor se reduce o falla, debido por ejemplo a una obstrucción en los tubos del intercambiador o un fallo en los ventiladores en caso de tratarse de una ventilación forzada, el transformador se va a calentar en exceso lo cual puede dar lugar en última instancia al fallo del mismo.

● Corrientes de fuga en sistemas aisladores. La reducción de la resistencia de aislamiento debido a suciedad o contaminantes puede dar lugar a la aparición de corrientes de fuga y arcos que dan lugar al calentamiento de los equipos y por lo tanto a su deterioro. Con una cámara termográfica, puede identificar problemas en una fase temprana, de forma que se pueden documentar y corregir antes de que se agraven y resulten más costosos de reparar. Algunas de las aplicaciones de la termografía en el campo eléctrico son:

● Estado de conexiones, bornes y aisladores.

● Estudio de transformadores.

● Estado de bobinados de motores / generadores, armónicos e inducciones.

● Desequilibrio de fases.

Prueba de Ultrasonido

La detección de ultrasonidos es complementaria a las inspecciones termográficas, puesto que algunos modos de fallo como el efecto corona no produce calor y por lo tanto no es detectable mediante la técnica del análisis termográfico.

Mencionado lo anterior la detección de ultrasonido es una técnica de mantenimiento predictivo que aprovecha las propiedades de las ondas sonoras para detectar los problemas de los equipos de una forma rápida, exacta y segura. Esta técnica se basa en el estudio de las ondas sonoras de alta frecuencia que se producen en los equipos cuando algo anormal está sucediendo.

Esta herramienta está fundamentada en el hecho de que las fuerzas de rozamiento, las descargas eléctricas y las pérdidas de presión o vacío en las plantas, generan ondas sonoras de alta frecuencia, corta longitud y rápida pérdida de energía lo cual permite localizar con exactitud los problemas en los equipos antes de que se produzcan fallas que interrumpan el desarrollo normal de los equipos.

Para detectar el ultrasonido, se utiliza un instrumento llamado detector de ultrasonidos el cual está diseñado para capturar ondas ultrasónicas y convertirlas en señales con frecuencias dentro del rango de audición humana.

Este dispositivo cuenta con la tecnología necesaria para que una vez convertidas las ondas de ultrasonido puedan escucharse a través de audífonos o visualizarse en un display por medio de un aumento de su intensidad.

Los detectores de ultrasonido son equipos fáciles de utilizar, gracias a que el comportamiento del sonido es direccional, el operador puede verificar cualquier área ubicando la fuente del problema el cual se manifiesta como con un sonido mucho más fuerte que en los demás puntos (figura 8).

El oído humano detecta los sonidos cuyas frecuencias se encuentran entre los 20 Hz y los 20 kHz. Las ondas sonoras cuya frecuencia se encuentra por debajo de los 20 Hz se conocen con el nombre de Infrasonido; y las ondas cuya frecuencia es mayor a los 20 kHz se llaman Ultrasonido, en la figura 9 se puede observar un diagrama de bloques del diseño interno de un detector ultrasónico.

Aplicaciones de los ultrasonidos en el mantenimiento de equipos eléctricos. El estudio de ultrasonidos se ha consolidado como una técnica rápida y segura para detectar fallos eléctricos, tanto en alta como en baja tensión. Las inspecciones de ultrasonidos para detección de fallos eléctricos se aplican a:

●Líneas de transmisión y distribución de alta tensión.

●Inspecciones predictivas de subestaciones.

●Conmutadores.

●Transformadores.

●Cuadros eléctricos de media y baja tensión.

Las anomalías en los circuitos eléctricos provocan emisiones ultrasónicas. Al escanear el área con los detectores de ultrasonidos se localizan los puntos donde se generan estas emisiones de ultrasonidos. Algunas de las anomalías que puede detectar el estudio de ultrasonidos son:

Descargas Parciales

Las descargas parciales sólo se producen en instalaciones de media y alta tensión. Son descargas eléctricas no deseadas que atraviesan el aislamiento entre conductor y tierra. El flujo de corriente resultante puede causar una avería y derivar en el fallo total del equipo. La fuga de corriente eléctrica provoca una ionización del aire alrededor de la cual se produce un amplio espectro de sonido, que incluye frecuencias de ultrasonidos. Los componentes de la actividad ultrasónica contienen abundante información útil para poder distinguir entre los efectos corona, tracking y arcos.

Figura 10: Estructura interna de un detector de ultrasonido.

La detección se basa primero en escuchar la señal, pero el diagnóstico preciso de estos fallos se facilita en gran medida cuando se incorpora el análisis de la onda y del espectro de frecuencia de las señales de los ultrasonidos.

Figura 9: Pistola de Ultrasonido UltraProbe 15000.

Efecto Corona

El efecto corona afecta a los conductores eléctricos por encima de 1 kV. Produce ozono nocivo para el aislamiento, también produce ácido nítrico que oxida los metales en presencia de humedad y genera interferencias electromagnéticas.

El efecto corona se escucha como un zumbido constante, un sonido regular similar al producido al freír. Cuando se encuentra en un estado avanzado, se producen al azar sonidos de explosiones. El efecto corona avanzado tiene un tono más grave y profundo.

La representación de la onda de la señal de una descarga de corona muestra picos con espaciados y amplitudes regulares. Cuando se encuentra en un estado avanzado, se añaden picos adicionales de mayor amplitud que aparecen de manera aleatoria.

La representación de la señal de frecuencia de la corona muestra un pico predominante en la frecuencia fundamental de 50 ó 60 Hz y unos pocos armónicos más débiles. Cuanto más avanzado se encuentra el fenómeno corona, más armónicos aparecen y su amplitud crece en comparación con la de la frecuencia fundamental.

Efecto Tracking

El fenómeno llamado tracking es la formación de caminos conducto

res en la zona de la superficie de un aislante eléctrico.Este fenómeno se ve agravado por la contaminación y la humedad.

El tracking se escucha como un sonido de zumbido y chisporroteos intermitentes, con pausas y caídas y crecimientos en intensidad. La intensidad puede aumentar hasta llegar al punto de combustión súbita (flashover). Después de la combustión súbita todo este sonido se convierte en silencio.

La representación de la onda de la señal de tracking muestra altas cumbres muy cortas, pero con elevada amplitud. El espacio de tiempo entre picos y las amplitudes de los picos no es regulares. La amplitud de los picos es un indicador de la gravedad del defecto. La representación de la señal en frecuencia no muestra picos predominantes.

Arco Eléctrico

El arco es una corriente que fluye a través del aire y produce una descarga de plasma, generando un sonido violento con un comienzo y un desvanecimiento bruscos. La representación de la onda de señal del arco muestra picos de muy elevada amplitud que aparecen aleatoriamente en el tiempo. La principal diferencia es que con el tracking es que la duración de cada descarga es más larga, por lo que la representación de la señal de temporal del arco revela picos más anchos.

Definición de sistema de Tierra

Es la combinación de electrodos, conductores y diferentes componentes químicos, que se agregarán a un área determinada de terreno para disminuir su resistencia eléctrica natural, asegurando una elevada conductividad en forma permanente.

Objetivo de la conexión a Tierra

Los sistemas se conectan a tierra para limitar las sobretensiones eléctricas debidas a descargas atmosféricas, transitorios en la red o contacto accidental con líneas de alta tensión, y para estabilizar la tensión eléctrica a tierra durante su funcionamiento normal. Los equipos se conectan a tierra de modo que ofrezcan un camino de baja impedancia para las corrientes eléctricas de falla, y que faciliten el funcionamiento de los dispositivos de protección contra sobre corriente en caso de falla a tierra.

Funciones de la puesta a tierra

Un sistema de puesta a tierra es un elemento más de cualquier instalación eléctrica y tiene las siguientes funciones:

1.-Conducir o drenar a tierra las corrientes producidas por sobretensiones.

2.- Evitar sobre tensiones peligrosas que pongan en riesgo la seguridad del personal.

3.- Brindar una referencia de potencial “cero” durante la operación del sistema eléctrico, como lo hace para las conexiones de los neutros de equipos eléctricos conformados por devanados, evitando sobre tensiones que pudieran resultar peligrosos para los mismos y para el personal.

4.- Conexiones a tierra que se realicen temporalmente durante maniobras o mantenimiento de la instalación.

5.- La disponibilidad de una conexión a tierra para protección contra descargas atmosféricas.

6.- En el caso de los conductores de puesta a tierra, proporcionar un camino de baja impedancia, para facilitar la acción de los dispositivos de sobre corriente en caso de falla a tierra.

Medición de la Resistencia Eléctrica del Sistema de Tierra por el Método del 62%

El método del 62% ha sido adoptado después de la consideración gráfica. Es el método más preciso o exacto, pero está limitado por el hecho de que es una sola medición.

Este método se aplica cuando los electrodos están en línea recta y se desea medir la resistencia de un solo electrodo individual o del sistema de tierra instalado, para que la medición sea más confiable se recomienda complementarlo con mediciones a diferentes longitudes del electrodo auxiliar de tensión, para permitir graficar y comprobar los valores de resistencia eléctrica del sistema integral

Figura 10: Medición de la Resistencia eléctrica del Sistema de Tierra por el Método del 62%

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

De acuerdo con inspección realizada a los equipos eléctricos que integran la Subestación Eléctrica, se determina que no existe alguna anomalía, es decir, no existe la presencia de alguna posible falla provocada por una descarga parcial, por efecto corona o arco eléctrico.

Estado del Equipo

ESTUDIO DE TERMOGRAFÍA INFRARROJA

El estudio de Termografía infrarroja juega un papel muy importante en las actividades de mantenimiento predictivo. Esta técnica es un medio que permite identificar sin contacto fallas inminentes o áreas con excesiva pérdida de calor. que usualmente son síntomas de fallas. Para realizar esta prueba de inspección se utilizó una cámara termográfica de la marca Flir modelo T440. Se anexan fotos de la ejecución de la prueba.

Cajas Derivadoras Media Tensión

Normal Emergencia Mantenimiento

Barras de Transformador

Tablero General de Distribución

Barras de Tablero General de Distribución

TC´S de Transformador Tipo Seco Normal Emergencia Mantenimiento

Estado del Equipo

Liberación de cargas Eléctricas

Previo al Mantenimiento preventivo se realiza la desenergización de cargas eléctricas del Tablero General de Distribución conectadas al sistema.

Apertura de los Desconectores en Aire de la Sub. Eléctrica

Se realiza la apertura de los desconectadores en aire que protegen al Transformador de 300 Y 500 kVA.

Estado del Equipo

Normal Emergencia

Mantenimiento

Liberación de Acomentida en Media Tensión

Se realiza la libranza en Media Tensión por Personal de CFE mediante la apertura de las cuchillas portafusibles.

Nota

Posterior a la liberación de la Acometida en Media Tensión y de manera conjunta con personal de la compañía Suministradora (CFE) se verifico la ausencia de potencial para proceder a la descarga de alimentadores y equipos en Media Tensión, así como, la instalación del puente de tierra en el circuito de alimentación.

Limpieza y

Mantenimiento

Preventivo a Cuchilla de Operación sin

Se realiza la limpieza general de los componentes del Juego de Cuchillas Operación sin Carga, se verifica el reapriete de las conexiones eléctricas y mecánicas, se ajusta y calibra el mecanismo de accionamiento manual, se realiza ajuste del juego de cuchillas con respecto a los contactos fijos y se realizan pruebas de accionamiento.

Limpieza y ajuste

Carga

Lubricación de cuchillas de operación

Limpieza y Mantenimiento Preventivo al Desconectador de Aire de Acometida 1

Se realiza la limpieza general de los componentes del Desconectador en Aire, se verifica el reapriete de las conexiones eléctricas y mecánicas, se ajusta y calibra el mecanismo de accionamiento manual y por corto circuito, ajuste del juego de cuchillas principales y auxiliares, alineación de cámaras de arqueo y contactos fijos, ajuste de tirantes de accionamiento, pruebas de accionamiento manual y por corto circuito.

Limpieza y reapriete del desconectador en aire

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Limpieza y Mantenimiento Preventivo a Transformador Tipo Seco (VPI) de 300 kVA

Se realiza la limpieza general y el Mantenimiento Preventivo de los componentes del Transformador tipo Seco, Marca ORION. Se aplica aire a presión para retirar el exceso de polvo y liberar los ductos de refrigeración.

Se reaprietan las conexiones eléctricas para eliminar falsos contactos y se ajustan las conexiones mecánicas, para eliminar vibraciones y ruidos excesivos del Transformador.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Mantenimiento

Preventivo a Tablero General de Distribución TGN-4

Se realiza la limpieza general y reapriete de conexiones eléctricas al Tablero General de Distribución de Baja Tensión.

2

Limpieza y Mantenimiento Preventivo al Desconectador en Aire de Acometia

Se realiza la limpieza general de los componentes del Desconectador en Aire, se verifica el reapriete de las conexiones eléctricas y mecánicas, se ajusta y calibra el mecanismo de accionamiento manual y por corto circuito, ajuste del juego de cuchillas principales y auxiliares, alineación de cámaras de arqueo y contactos fijos, ajuste de tirantes de accionamiento, pruebas de accionamiento manual y por corto circuito.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Limpieza y

Mantenimiento Preventivo

a Transformador Tipo Seco (VPI) de 500 kVA

Se realiza la limpieza general y el Mantenimiento Preventivo de los componentes del Transformador tipo Seco, Marca ORION. Se aplica aire a presión para retirar el exceso de polvo y liberar los ductos de refrigeración.

Ajuste y calibración del mecanismo de operación manual y por corto circuito

Se reaprietan las conexiones eléctricas para eliminar falsos contactos y se ajustan las conexiones mecánicas, para eliminar vibraciones y ruidos excesivos del Transformador.

Estado del Equipo

Mantenimiento Preventivo a Cajas Derivadoras

Se realiza la limpieza general, inspección, revisión y verificación del ajuste de las conexiones.

1.- Terminal tipo codo operación con carga.

2.-Terminal tipo codo Portafusible.

Normal Emergencia Mantenimiento

Mantenimiento Preventivo a Tableros de Baja Tensión

Se realiza la limpieza general, revisión ocular y reapriete de las conexiones eléctricas para evitar falsos contactos en los Tableros de Baja Tensión.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Mantenimiento

Preventivo a Tableros de Transferencia Automática

ATS1 - ATS2

Se realiza la limpieza general, revisión ocular y reapriete de las conexiones eléctricas para evitar falsos contactos en los Tableros de Transferencia Automática.

Este Mantenimiento se realiza con presencia de potencial en el lado de emergencia y carga.

Prueba 1.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Alta) vs (Devanados de Baja + Tierra). Resistencia del aislamiento:

Prueba 2.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Alta) vs (Devanados de Baja).

Resistencia del aislamiento: 163.9 GΩ

Prueba 3.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Baja) vs (Devanados de Alta + Tierra).

Resistencia del aislamiento: 117.7 GΩ

Prueba 1.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Alta) vs (Devanados de Baja + Tierra).

Resistencia del aislamiento: 1.198 TΩ

Prueba 3.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Baja) vs (Devanados de Alta + Tierra).

Resistencia del aislamiento: 171.1 GΩ

Resistencia de Aislamiento a Transformador de 500 kVA

Resistencia del aislamiento: 374.4 GΩ

Nota

La prueba se realizó con la interconexión de los conductores del lado Secundario del Transformador, por encontrarse sellada la garganta de Baja Tensión por parte de la Compañía Suministradora de Energía.

Resistencia del aislamiento: 79.47 GΩ

Nota

La prueba se realizó con la interconexión de los conductores del lado Secundario del Transformador, por encontrarse sellada la garganta de Baja Tensión por parte de la Compañía Suministradora de Energía.

2.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Alta) vs (Devanados de Baja).

Prueba 3.- Resistencia de aislamiento (Devanados de Baja) vs (Devanados de Alta + Tierra).

Resistencia del aislamiento: 204.5 GΩ

Nota

La prueba se realizó con la interconexión de los conductores del lado Secundario del Transformador, por encontrarse sellada la garganta de Baja Tensión por parte de la Compañía Suministradora de Energía.

De acuerdo con las pruebas de resistencia de aislamiento efectuadas a los transformadores Tipo Seco, se obtuvieron los siguientes resultados:

TRANSFORMADOR DE 300 kVA MARCA SQUARE-D

TRANSFORMADOR DE 300 kVA MARCA SQUARE-D

TRANSFORMADOR DE 300 kVA MARCA SQUARE-D

Comparando los resultados obtenidos contra los valores recomendados por la Norma ANSI-NETA-MTS-2007, podemos determinar que el aislamiento en las bobinas de Alta y Baja Tensión se encuentra libres de agentes contaminantes y fracturas en su estructura, proporcionando el nivel de aislamiento necesario para continuar en operación.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

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Normal Emergencia Mantenimiento

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Observaciones

De acuerdo con el procedimiento de pruebas de campo para equipo primario de Subestaciones de Distribución emitido por CFE, los valores de Resistencia de Aislamiento en apartarrayos son variables, dependiendo de la marca y tipo, tomando como referencia desde 500 hasta 50,000 Megaohms.

De acuerdo con los resultados obtenidos en las pruebas de campo, podemos determinar que las envolventes del juego de apartarrayos no presentan degradaciones o fisuras, así como, sus componentes internos se encuentran libres de agentes contaminantes y suciedad.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Relación de transformación “Fase A“

Relación de transformación “Fase B“

Relación de transformación “Fase C“

Durante la prueba de relación de transformación se obtuvo una desviación del 0.16% respecto al valor teórico, desviación inferior a la máxima especificada por los diferentes estándares aplicables.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Relación de transformación “Fase A“

Relación de transformación “Fase B“

Relación de transformación “Fase C“

Durante la prueba de relación de transformación se obtuvo una desviación del 0.03% respecto al valor teórico, desviación inferior a la máxima especificada por los diferentes estándares aplicables.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Relación de transformación “Fase A“

Relación de transformación “Fase B“

Observaciones

Comparando los resultados obtenidos durante las pruebas de Relación de Transformación efectuadas a los diferentes Transformadores tipo Seco, con respecto a los valores teóricos, podemos determinar que en los devanados de los Transformadores no existen espiras flojas, abiertas o en cortocircuito, permitiendo obtener en el secundario del transformador un perfil de tension semejante al nominal para cada una de las fases.

Como valor establecido por COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE) el valor máximo de diferencia permitido es de ±0.4% y de acuerdo a la NORMA ANSI/I.E.E.E. C-57.12, el porciento de diferencia no deberá ser mayor de ±0.5%.

Estado del Equipo

Normal Emergencia Mantenimiento

Medición del Sistema Puesta a Tierra

Para realizar la medición del Sistema de Tierra, se utilizó el método del 62 %, y se complementó con mediciones a diferentes longitudes del electrodo auxiliar de tensión, para permitir graficar y comprobar los valores de resistencia eléctrica del sistema integral.

La medición de la resistencia eléctrica del Sistema de Tierra de la Subestación es uno de los principales parámetros a evaluar, ya que nos permite determinar la confiabilidad operativa de los sistemas, equipos, dispositivos de protección y sobre todo la seguridad del personal.

La medición se realizó en el Sótano 9 del Edificio Espacio Corporativo el día 29 de Noviembre de 2022, utilizando un Telurómetro de la Marca AEMC modelo 6471, con fecha de calibración vigente.

Nota

La linealidad de la gráfica es consecuencia de utilizar electrodos auxiliares ubicados en el sótano 9 y que no es posible separarlos eléctricamente.

El valor de Resistencia Eléctrica obtenido para el Sistema Integral fue de 1.28 Ohms, el cual, se determinó por el método del 62% y se encuentra dentro de los parámetros especificados por la Normatividad Mexicana (NOM-022-STPS-2015 y NOM-001-SEDE-2012).

Conclusiones

• De acuerdo con la inspección efectuada a los componentes que integran a la Subestación Eléctrica y a los resultados de las pruebas efectuadas, podemos concluir que el equipo en general puede continuar en operación de manera segura y funcional.

• El nivel de aislamiento obtenido en las pruebas dieléctricas efectuadas al grupo de Transformadores que integran la Subestación Eléctrica de 800 kVA son superiores a las mínimas recomendas, lo que nos permite determinar que no existe contacto eléctrico entre Devanados y con respecto a Tierra.

• El nivel de aislamiento obtenido en las pruebas dieléctricas efectuadas al grupo de apartarrayos que integran la Subestación Eléctrica de 800 kVA son superiores a las mínimas recomendas por los estandares normalizados,podemos determinar que las envolventes del juego de apartarrayos no presentan degradaciones o fisuras, así como, sus componentes internos se encuentran libres de agentes contaminantes y suciedad.

• La variación existente en los resultados de la prueba de relación de transformación entre el valor teórico y el valor obtenido en campo se encuentra por debajo del valor máximo recomendado, el cual, es establecido por Comisión Federal de Electricidad (CFE) como valor máximo de diferencia permitido de +/-0.4% y de acuerdo con la Norma NMX-J-169-ANCE-2015 y a los estándares ANSI/I.E.E.E. C-57.12, el porciento de diferencia no deberá ser mayor de +/-0.5% , por lo cual, con base en los valores obtenidos en campo podemos determinar que en los devanados de los transformadores no existen espiras flojas,abiertas o en cortocircuito.

• El valor de Resistencia Eléctrica obtenido para el Sistema de Tierra se encuentra por debajo del valor maximo recomendado especificados por la Normatividad Mexicana (NOM-022-STPS-2015 y NOM-001SEDE-2012), lo cual, nos permite determinar la confiabilidad operativa de los sistemas, equipos, dispositivos de protección y brindar mayor seguridad del personal.

Recomendaciones

• Se recomienda realizar el mantenimiento Mantenimiento Predictivo y Preventivo anualmente, para evitar la acumulación de suciedad y concentración de polvo en toda la Subestación Eléctrica , haciendo las pruebas eléctricas de rutina correspondientes para prevenir posibles fallas y cortes de Energia inesperados.

• Se recomienda realizar el reemplazo de las zapatas mecánicas de la transferencia automática por zapatas hidraulicas para mejorar la interconexion eléctrica.