capitulo 9

CAPÍTULO 9 Resolución de Probelmas

Protección Catódica Nivel I Manual de Enseñanza © NACE International, 2000 01/01/02

Introducción En este curso le hemos enseñado varias técnicas para monitorear la protección catódica. Como ya dijimos, el monitoreo es fundamental para asegurar un funcionamiento adecuado y continuado de la protección catódica. De tanto en tanto, usted se encontrará con problemas con la protección catódica que esté monitoreando. Muchos de ellos pueden resolverse con técnicas básicas, cuando las mediciones de potencial estructura-electrolito indican una protección inadecuada o cuando hay algún otro tipo de disfunción.

Aislación Eléctrica

General Un solo contacto metálico (llamado “cortocircuito” o, directamente, “corto”) puede destruir la efectividad de todo un sistema de protección catódica. Toda la estructura accidentalmente en corto con la estructura o instalación protegida, pasa a ser parte del sistema a proteger. La gravedad del problema dependerá de la posición y la superficie de la estructura que provoca el corto. La protección catódica sólo se logra si la corriente pasa del electrolito al metal. Si toda la corriente pasa de la estructura que provoca el corto a la estructura protegida, a través del cortocircuito, no se logra ninguna protección de la estructura deseada. Esto se ilustra en la Figura 9.1.

Resolución de Problemas 9:2


Anode Foreign Structure

Protected Structure

Metallic Short

A Foreign Structure

Protected Structure

Metallic Short

Figura 9.1 Estructura en Corto

Medición en una Cañería

Perfil de Corriente

En una cañería, es posible localizar un corto siguiendo el flujo de corriente. En un sistema de distribución, en el que las derivaciones a servicios son eléctricamente continuas con las cañerías troncales o principales, un aislante que falla en el servicio causará un cortocircuito. La corriente de protección catódica que se pierde a otras estructuras a través de este corto, retornará al ramal principal utilizando el servicio. Usando un amperímetro del tipo pinza, pueden medirse las corrientes provenientes de las derivaciones en el área afectada. Una corriente que circula por la derivación en la dirección de retorno a la cañería principal será el indicador del contacto. Véase la Figura 9.2.



Figura 9.2 Localizando un Corto a Través del Flujo de Corriente

Generadores de Audio

Los localizadores de cañerías que generan tonos audibles son muy útiles para encontrar aislaciones en corto o contactos bajo tierra. El transmisor genera una señal de baja frecuencia que es transportada hacia el caño a través de los cables de medición. Esta señal crea un campo electromagnético alrededor del caño. El receptor recoge este campo. La señal circulará sólo a lo largo de caminos eléctricamente continuos. Tenga cuidado al conectar y desconectar este tipo de localizadores, ya que pueden generarse voltajes elevados. Además, no utilice este tipo de instrumentos en una atmósfera explosiva, ya que una chispa puede provocar la ignición. El transmisor se conecta entre la cañería y una conexión a tierra, normalmente una varilla simplemente hincada en el terreno. Si hay un servicio en corto, la señal circulará por la línea y a través del aislante. Si existe un contacto bajo tierra, generalmente se perderá la señal en el caño en este punto y se la encontrará en alguna otra estructura, generalmente en ángulo con la cañería. La Figura 9.3 muestra esta situación.

Contacto

Corriente medida en la derivación alservicio

Corriente de PC



Short

Tone Generator

Signal Path

Sho

Tone Generator

Signal Path

Figura 9.3 Utilización de un Localizador de Señales de Audio para Localizar Cortos

Contactos en Casing (Caños Camisa) Los casings deben estar eléctricamente aislados de la cañería principal. Esto es necesario para evitar que el casing recoja la corriente de protección catódica, reduciendo así la efectividad de la protección en la cañería. La aislación también es necesaria para permitir que la protección catódica llegue al caño dentro del casing, si hubiera agua u otro electrolito entre los dos. Una manera simple de verificar si hay cortos es medir el potencial caño-suelo del casing y de la cañería. Esto requiere cables conectados tanto al caño como al casing. Si no hay cables conectados al casing, se puede usar el tubo de venteo. Debe haber una diferencia de entre 0.250 volt y 1.000 volt o más entre los dos potenciales. Si el casing tiene ánodos conectados, la diferencia puede ser más pequeña. En ese caso, pueden requerirse mediciones de corriente o resistencia entre el casing y la cañería.



El ensayo de envío de corriente se realiza aplicando una corriente de protección catódica a la cañería y midiendo el desplazamiento del potencial caño-suelo resultante. Si se verifica el mismo desplazamiento de potencial en el casing, es porque existe un corto. El ensayo de resistencia se muestra en la Figura 9.4. Los cálculos de resistencia se dan en el Capítulo 1.

Cablesdeben serde color

0.17 M V

+_

Cañeria

FuenteEnergia

+_

Interruptor+

_

AMPS

VOLTS

CASING

Figura 9.4 Ensayo de Resistencia entre un Casing y una Cañería

En un casing puede darse un corto metálico o electrolítico. Un corto metálico es un contacto metal-metal entre el casing y la cañería. Este tipo de cortos generalmente causa un desplazamiento positivo del potencial caño-suelo en la zona en que se encuentra el casing. El potencial puede desplazarse, por ejemplo, de –959 mV a –750 mV. El desplazamiento positivo es especialmente pronunciado si el casing no está revestido. Si usted descubre un desplazamiento de este tipo en el potencial caño-suelo, es probable que haya un corto. Si hay un corto metálico, el potencial con respecto a un electrodo de cobre-sulfato de cobre será básicamente el mismo en el caño y los cables conectados al casing.

Cuando ingresa un medio de baja resistencia, como agua salada, agua salobre, o algún otro material de muy baja resistividad, al espacio anular entre el casing y la cañería, la manifestación en el potencial caño-suelo en la zona en que se encuentra el casing es similar a la de un corto metálico –un desplazamiento positivo del potencial. El desplazamiento puede no ser tan grande como en el caso de un corto metálico. Se lo puede reconocer



porque entre el casing y el caño aún habrá una diferencia de potencial. El caño puede tener 0.750 mV (CSE) y el casing –0.650 mV (CSE). Recuerde que no puede usar un instrumento del tipo óhmetro para medir la resistencia entre un caño y un casing. Esto se explicó en el Capítulo 1, pero lo repetimos aquí: hay dos razones por las que no se puede usar un óhmetro. Primero, cuando dos estructuras están eléctricamente aisladas mediante un accesorio o un separador de casing, sigue habiendo una resistencia en paralelo a través del electrolito. El óhmetro no puede distinguir entre la resistencia del accesorio y la del electrolito. Sin embargo, más importante aún es el hecho de que casi siempre hay una diferencia de potencial entre dos estructuras aisladas. Este voltaje afecta el voltaje total del circuito y genera errores considerables. Con los cables conectados de una manera, puede medirse una resistencia muy alta, y con los cables conectados en forma inversa, una resistencia muy baja.

Cortos en las Juntas Aislantes Las juntas aislantes enterradas (bridas, cuplas aislantes, juntas monolíticas,etc.) deberían tener cables conectados a cada lado para poder medir la efectividad de la junta. Si no hubiera cables conectados, la medición se puede llevar a cabo si se puede hacer contacto con el caño a cada lado de la junta. El ensayo es similar al de un casing. Si la junta es efectiva, el potencial caño-suelo a cada lado de la junta debe diferir en generalmente 0.250 volt a 1.000 volt o más. Si el caño a cada lado de la junta tiene protección catódica, puede haber poca o ninguna diferencia entre las dos lecturas. En este caso, se puede averiguar la efectividad de la junta con un ensayo de envio de corriente o de resistencia (como se describe más arriba en “Contactos en Casings”). La Figura 9.5 muestra un ensayo de resistencia .



Cables decolor

0.17 mV

+_

CAñERIA

fUENTEENERGIA

+_

InterruptCorriente

+_

AMPS

VOLTS

ELEMENTO AISLAN TE

Figura 9.5 Ensayo de Resistencia en una Junta Aislante

Si hay cables para medir, puede usarse un “verificador de aislación” (“insulation checker”) para aislaciones enterradas. Este instrumento es similar al verificador de aislación a nivel, pero está diseñado para usarse sólo con cables conectados a un accesorio aislante enterrado. Los accesorios aislantes a nivel también pueden verificarse con los potenciales caño-suelo. Estos accesorios también pueden medirse usando verificadores de aislación que utilizan radio frecuencia. Este instrumento sólo puede usarse en accesorios aislantes a nivel, ya que la señal de radiofrecuencia viaja sólo una distancia muy corta. Esta característica hace que el instrumento sea muy útil para encontrar un aislante en corto en un manifold o grupo de accesorios aislantes en paralelo. Se puede realizar una medición rápida usando un audífono que detecta la presencia de diferencias de potencial AC o DC en el accesorio aislante. Si el accesorio funciona correctamente, y hay AC, se oirá un zumbido en el audífono. Si no hay AC, y existe una diferencia de potencial DC en el accesorio, se oirá un ruido como un razgado cuando se haga el contacto en un accesorio que funciona correctamente. El audífono debe usarse con precaución, ya que niveles elevados de AC pueden generar ruidos excesivamente altos. Además, si el potencial estructura-electrolito es igual a ambos lados de la junta aislante y no hay AC, el ensayo no tendrá precisión. Este ensayo rápido no es confiable para determinar definitivamente la efectividad de un accesorio aislante.



Niveles de Protección Catódica De tanto en tanto en su trabajo usted se encontrará con que su estructura no alcanza los niveles de protección deseados. Como se mencionó antes, el motivo puede ser un accesorio aislante o un casing en corto. Puede haberse desarrollado también un problema de interferencia de corrientes vagabundas (véase Capítulo 5). Tal vez exista alguna falla en los ánodos galvánicos o en el rectificador de corriente impresa. Un relevamiento detallado o, en una cañería, un perfil de potenciales caño-suelo, puede ayudar a identificar el problema.

Funcionamiento Defectuoso de Dispersores

Dispersores de Corriente Impresa y Galvánicos

Deterioro de los Ánodos

El deterioro de los ánodos produce una reducción de su tamaño. A medida que disminuye el tamaño de los ánodos, aumenta la resistencia del ánodo al electrolito. A medida que aumenta la resistencia, cae el drenaje de corriente para un voltaje dado. Si usted nota que frecuentemente debe aumentar el voltaje del rectificador para mantener la corriente deseada, la causa puede ser el deterioro de los ánodos.

Relleno Inapropiado

El relleno anódico debe ser cuidadosamente compactado en capas alrededor de los ánodos de manera que el contacto entre ánodo y relleno sea bueno. Esto permite la transferencia electrónica de corriente desde el ánodo hacia el relleno, extendiendo la vida útil del ánodo. Si el relleno no está bien colocado, no servirá a su propósito y se acelerará el deterioro del ánodo. Esto aumentará la resistencia del ánodo a tierra, acortando su vida útil.

Rotura de los Cables

Los cables pueden romperse por daños de terceros en excavaciones o por la descarga de corriente desde cables positivos. Si una conexión no está bien aislada o si el cable está expuesto, se deteriorará rápidamente. Estas roturas de cables son indicadas por una brusca reducción del drenaje de corriente del rectificador.



La falla también puede ocurrir en un cable negativo. Si esto sucede, generalmente la corriente del rectificador cae a cero. Si el cable se desconecta de la estructura, pero se mantiene en sus cercanías, la salida de corriente del rectificador puede caer, pero no a cero. Esto se debe a que la corriente retorna al cable negativo a través del electrolito. Nótese que si esto sucede, se producirá una corrosión acelerada de la estructura en el punto de descarga.

Problemas de Ventilación de los Gases

Éste es un problema común en ánodos profundos y en suelos muy compactados. Ocurre debido a que el gas (por ejemplo, oxígeno o cloro) generado en la reacción anódica no puede escaparse del ánodo. El gas aumenta la resistencia ánodo-tierra, reduciendo la salida de corriente del rectificador.

Secado del Suelo

En tiempos de sequía o bajo contenido de humedad del suelo, la resistividad del suelo aumenta en forma considerable. Esto aumentará la resistencia del dispersor a la tierra. Será necesario un voltaje más elevado para producir la corriente deseada. Sin embargo, antes de realizar cambios en la salida de voltaje, verifique el nivel de protección catódica en la estructura. En suelos de alta resistividad, se requiere menos corriente de protección que en suelos de baja resistividad. Por lo tanto, es probable que usted pueda mantener la protección con menos corriente durante los períodos de sequía.

Rectificadores

Mantenimiento de Rutina Con un mantenimiento regular pueden evitarse muchos problemas en los rectificadores. El principal objetivo de un buen programa de mantenimiento del rectificador es prevenir las fallas y reparar rápidamente las fallas que sí ocurran. Para cañerías que transportan gas o hidrocarburos líquidos, el monitoreo regular está requerido normalmente por el Ente regulador.



Si se tienen en cuenta ciertas observaciones cada vez que se está por hacer una medición de rutina del rectificador, se pueden evitar muchas fallas potenciales. La siguiente lista de observaciones puede ayudar a detectar rápidamente un potencial problema. • Oiga si hay cualquier ruido inusual. • Observe si hay signos de calor (decoloración). • Observe si hay obstrucciones en el venteo. • Observe si hay cambios significativos en el drenaje. • Huela si hay cualquier olor inusual (por ejemplo: huevos podridos–

fallas en placas de selenio, ozono –fallas en la aislación, quemado–fallas en la aislación).

• Detecte si hay una generación de calor inusual (apague la fuente antes de tocar los componentes activos).

Por lo menos una vez al año (generalmente al momento del relevamiento de corrosión anual), hay que inspeccionar cuidadosa y sistemáticamente los rectificadores. Debe prestarse especial atención a los siguientes puntos: • Limpie y ajuste todas las conexiones que conducen corriente. • Limpie todas las mallas de ventilación y elimine cualquier obstrucción

que hubiere. • Elimine insectos o nidos de animales y tapone los puntos de entrada. • Verifique los medidores comparándolos con instrumentos portátiles

calibrados. • Reemplace cualquier cable con la aislación rota o deteriorada. • Verifique que ningún elemento de protección (llaves, fusibles, o

pararrayos) esté dañado. • Inspeccione cuidadosamente si hay un excesivo calentamiento. • Para unidades sumergidas en aceite, verifique el color y el nivel del

mismo. Cámbielo si los componentes del rectificador no pueden verse a través del aceite.

Problemas de Drenaje Un buen programa de mantenimiento puede detectar fallas potenciales del rectificador antes de que ocurran, permitiendo realizar reparaciones antes de sacarlo de servicio. Sin embargo, aún con el mejor programa de mantenimiento, ocurren fallas. Las técnicas básicas paso-a-paso de resolución de problemas (troubleshooting) pueden por lo general



determinar la causa de la salida de servicio. En el siguiente análisis se consideran solamente rectificadores monofásicos de ajuste manual. Al revisar el drenaje del rectificador rutinariamente, hay cuatro síntomas básicos que requieren investigación: corriente y voltaje cero, corriente cero sin cambios en el voltaje, cambios significativos en la corriente sin cambios en el voltaje, o cambios significativos tanto en el voltaje como en la corriente.

Corriente y Voltaje Cero:

En el caso de que tanto la corriente como el voltaje sean cero, o bien no hay energía en la unidad o bien existe un circuito abierto dentro del rectificador. Primero, determine si hay voltaje de entrada AC. Si no lo hay, el problema es externo al rectificador. Si hay voltaje AC en los terminales de entrada, hay un circuito abierto dentro del rectificador. Sin embargo, el circuito abierto puede deberse a un llave térmica que ha saltado en la entrada del rectificador. El componente que causa el circuito abierto puede localizarse si se tiene en cuenta que el voltaje del rectificador debe existir a través del mismo. Si se determina que la llave térmica ha saltado, ha habido una elevada corriente o sobrecarga. Esta corriente elevada puede haber sido un problema temporal, tal vez un rayo, o un cortocircuito permanente. La mejor manera de proceder en este caso es reducir el sistema de regulación de voltaje a un nivel bajo y volver a enganchar la llave térmica. Si esta no saltara ahora,, probablemente el problema haya sido temporario y se puede restablecer por completo el voltaje de salida. Si se repitiera el salto de la llave térmica, esto indica un cortocircuito permanente. Para determinar si el corto es externo al rectificador, desconecte uno de los cables de salida DC y vuelva a conectar la llave térmica. Si el corto es externo, la llave térmica no volverá a saltar. Si el corto es interno, la llave térmica volverá a saltar. A continuación, lo mejor es individualizar el problema a una determinada sección del rectificador, comenzando con los terminales de entrada y agregando de a un componente por vez hasta que el la llave térmica vuelve a saltar. El cortocircuito debe ser el último componente incorporado antes de que la llave térmica haya saltado. Por ejemplo, se puede conectar el transformador con las conexiones para el ajuste de la tensión desconectadas.



La Figura 9.9 muestra la secuencia para localizar un cortocircuito.

Isolate shortedcomponent by adding

one component at a time

AC Input

Voltage Problem externalto rectifier on theinput side

No

Yes

Tripped Input Circuit

Breaker

Locate opencircuit by findingcomponent withvoltage drop.

No

Lower Voltage Taps & Reset Breaker

Yes

DoesBreaker

Trip

Temporary short-restore output voltage level

No

Yes

Dessconnect OutputLead & Reset Breaker

DoesBreaker

TripShort is in output circuit

No

Yes

Figura 9.9 Localización de un Cortocircuito en un Rectificador

Corriente Cero sin Cambios en el Voltaje

Si el voltaje de corriente continua de salida del rectificador permanece relativamente inalterado pero la salida de corriente es cero, es porque existe un circuito abierto, que puede estar causado por: • Un fusible abierto en el circuito de salida • Un cable abierto (positivo o negativo) • Una falla en el dispersor Si se encuentra un fusible abierto en el circuito de salida, es porque existe (o ha existido) un corto en el circuito.

Cambios Significativos en la Corriente sin Cambios en el Voltaje

Si la salida de corriente continua cambia significativamente sin cambios en el voltaje de salida, es porque ha cambiado la resistencia del circuito. Si la



corriente ha aumentado, la resistencia ha disminuido. Esto puede deberse a agregados al sistema, cortos a otras estructuras enterradas, o grandes daños en el revestimiento. Si la salida de corriente disminuye sensiblemente, la resistencia ha aumentado. Algunas causas posibles incluyen instalación de aislantes sobre la línea, deterioro del dispersor, discontinuidad debida a la desconexión de algún componente del sistema, o bloqueo de gases. Las variaciones estacionales de las condiciones del suelo, como sequías o congelamiento, también pueden aumentar la resistencia en el circuito.

Cambios Significativos tanto en el Voltaje como en la Corriente

A veces disminuyen sensiblemente tanto el voltaje como la corriente de salida. Si disminuyen aproximadamente a la mitad de sus valores normales, la causa más probable es la falla parcial de los placas rectificadoras (solamente media onda rectificada). Si las placas rectificadoras están funcionando normalmente, debe verificarse que nos haya cortos en los arrollamientos de los bobinados.

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