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Para entender mejor la confiabilidad de una subestación eléctrica, primero hay que identificar el origen de los posibles desperfectos. A continuación, las causas principales de fallas en subestaciones eléctricas:

Cables bajo tierra

Una de las grandes preocupaciones sobre los cables bajo tierra es la penetración de humedad en la presencia de un campo eléctrico, lo que reduce la fuerza dieléctrica del aislamiento del cable. Cuando esta se degrada lo suficiente, los transitorios causados por rayos o el switching pueden resultar en una descompostura dieléctrica. Esto conoce en inglés como electrochemical treeing.

El fenómeno usualmente afecta a los cables dieléctricos extruidos como los cables de polietileno de cadena cruzada (XLPE) y de etileno propileno (EPR), y se atribuye principalmente a imperfecciones en el aislamiento y una fabricación defectuosa.

Para reducir las fallas en subestaciones eléctricas se puede instalar una protección contra descargas en los postes verticales (transiciones de arriba a subterráneo), comprar cable retardante o probar los carretes antes de comprarlos.


Los cables existentes pueden probarse y reemplazarse si se encuentra algún problema. Una manera de hacerlo es aplicando una prueba de voltaje de Corriente Continua (CC).


Otro método de prueba es inyectar una pequeña señal en un extremo y verificar si algún tipo de reflejo ocurre en los puntos parciales de descarga. También se puede aplicar espectroscopía, analizar las muestras físicas del aislamiento en busca de una descompostura polimérica o usar indentadores en los cables para probar la dureza del aislamiento.

No todas las fallas del sistema de cables subterráneo se deben al aislamiento. Un porcentaje importante ocurre en las terminaciones, articulaciones y empalmes. Las causas principales tienen que ver con el contacto con el agua y errores humanos. Se pueden utilizar cubiertas termocontráctiles en estas áreas para hacerlas a prueba de agua y mejorar su confiabilidad.

Otra gran preocupación son las excavaciones. La maquinaria pesada suele romper los cables enterrados, por lo que es necesario identificar las rutas antes de comenzar a trabajar.

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Fallas en los transformadores

Los transformadores son enlaces muy importantes en las subestaciones eléctricas, y puede tomar mucho tiempo reemplazarlos si existe una falla. El estrés físico extremo en los devanados suele ser la causa principal de las descomposturas.


Las sobrecargas rara vez resultan en fallas, pero sí que deterioran el aislamiento de los devanados.


Cuando un transformador se calienta, el aislamiento en los devanados lentamente se descompone y se vuelve más frágil. La tasa de una descompostura térmica se duplica con cada 10°C.

Debido a esta relación exponencial, las sobrecargas en los transformadores pueden resultar en un rápido envejecimiento. Cuando el aislamiento se encuentra ya muy frágil, la siguiente falla de corriente que pasa sacude mecánicamente a los devanados, lo que origina grietas en el aislamiento y una eventual falla interna.


Altas temperaturas en los transformadores llenos de líquido pueden resultar en fallas.


Esto se debe a que los sitios calientes pueden generar burbujas que reducen la fuerza dieléctrica del líquido. Y aunque esto no ocurra, las altas temperaturas incrementarán la presión en el tanque generando un desbordamiento o ruptura.

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Rayos

La caída de un rayo ocurre cuando el voltaje generado entre la nube y la tierra excede la fuerza dieléctrica del aire. Esto resulta en una corriente masiva que usualmente excede los 30,000 amperios. Además, las caídas consisten en múltiples descargas en una fracción de segundo.

Los rayos pueden afectar los sistemas de energía a través de impactos directos (cuando hay contacto) o indirectos (cuando una ola de voltaje cercana viaja hasta establecer contacto).

Formas de proteger estructuras contra rayos:

  • Un sistema BIL (Basic Insulation Level).
  • Protección para cables.
  • Pararrayos.
  • Baja impedancia de puesta a tierra.

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Contacto con árboles

El continuo crecimiento de los árboles pone en peligro a los conductores, ya que las ramas pueden caer sobre estos, acercarlos los unos con los otros e incluso pueden servir como entrada para distintos animales. Por esta razón, la poda constante es considerada una actividad de mantenimiento preventivo.

Hay que aclarar que una rama caída que une dos conductores no ocasiona una falla de forma inmediata. Esto es debe a que una húmeda tiene una resistencia sustancial. Pero después de unos minutos, la celulosa se carboniza y la resistencia disminuye, lo que en breve genera un cortocircuito. Las ramas que tocan conductores de fase generalmente no resultan en fallas del sistema.

Este problema puede evitarse en gran medida utilizando cables aéreos especiales, los cuales cuentan con un aislamiento superior.

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Aves

Entre los animales, las aves son las que más causan fallas en subestaciones eléctricas. Las distintas especies ocasionan problemas diferentes.

Las que anidan comúnmente lo hacen en las torres de alta tensión o en subestaciones. Este material puede ocasionar fallas, mientras que el excremento puede contaminar a los aislantes.

De igual forma, su presencia puede atraer a todo tipo de depredadores, lo que significa más animales de los cuales hay que preocuparse.

Algunas aves prefieren solo posarse en los cables para descansar o buscar a sus presas. Mientras estén sobre uno solo no hay ningún tipo de riesgo, pero sí tocan otro generan un circuito que las electrocuta. Existen varios dispositivos para prevenir que estos animales se posen sobre el equipo.

Los pájaros carpinteros también representan un gran problema, pues su constante picoteo puede generar daño importante en los postes de alta tensión. Una forma de evitarlo es usando repelentes o haciéndole creer al ave que otra ya vive en el poste; esto tiene que ver con el hecho de que son sumamente territoriales.

Las fallas en subestaciones eléctricas ocasionadas por las aves son todo un reto para los técnicos que se ocupan del mantenimiento.

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Animales terrestres

Ardillas

Estos animales son una preocupación en áreas boscosas, y aunque no suelen escalar los postes de alta tensión, sí que pueden saltar a ellos desde los árboles contiguos. Las ardillas pueden ocasionar fallas al tender un puente entre el equipo de puesta a tierra y los conductores. El problema puede ser mitigado cortando las ramas de acceso o instalando obstáculos.

 

Serpientes

Debido a su tamaño, las serpientes son motivo de preocupación por las fallas en subestaciones eléctricas y en los sistemas subterráneos. Ya que casi siempre están en busca de presas, remover la presencia de ratas puede ser la solución. También hay algunas vallas especiales para evitar que entren a las instalaciones.

 

Insectos

Es muy común que las hormigas construyan sus colonias en los equipos. El material puede causar un cortocircuito, además de que estas pueden comerse al aislamiento de los conductores.

 

Osos o ganado

Estos animales de gran tamaño suelen dañar los postes de alta tensión rasgándolos con sus garras o cuernos. Los osos incluso trepan en estos. Lo mejor es instalar vallas o algún tipo de protección para evitarlo.

 

Ratas y ratones

Estos roedores pueden acabar con el aislamiento de los cables subterráneos, además de que atraen serpientes al lugar. Se tratan de los animales que más causan fallas eléctricas en subestaciones eléctricas y el equipo subterráneo.

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Vandalismo

El vandalismo puede ser de muchas formas, desde gente disparando al equipo hasta ladrones profesionales en busca de robar material valioso. Hay que tomar cartas en el asunto instalando la seguridad y vigilancia correspondiente. Una de las fallas en subestaciones eléctricas que pueden evitarse con las medidas adecuadas.

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Fuente: Electrical Engineering Portal