Vigilancia del aislamiento eléctrico en buques

Por: Tomás Nuño, director Bender Iberia

El considerable aumento de consumidores eléctricos y electrónicos en los modernos buques, ha incrementado las exigencias a las instalaciones eléctricas, para garantizar la seguridad de las personas contra el riesgo de la corriente eléctrica y la fiabilidad del suministro.

Para ello se utiliza en la mayoría de las instalaciones eléctricas navales la configuración aislada de tierra IT, que supone una ventaja intrínseca de seguridad y fiabilidad frente al resto de las configuraciones de sistemas puestos a tierra.

Sin embargo, para asegurar el mantenimiento de las ventajas del sistema aislado IT es necesario disponer de una vigilancia de aislamiento fiable, que avise de forma preventiva de variaciones en la red y reduzca e esta forma los posibles riesgos e interrupciones del servicio.

Elevadas capacidades de red

Las elevadas capacidades entre el sistema eléctrico activo y el casco, interfieren de forma significativa en las protecciones eléctricas contra falos de aislamiento.

Estas capacidades se producen por las longitudes del cable y los condensadores de los filtros de los sistemas electrónicos y eléctricos del barco. Estos últimos adquieren cada vez mayor importancia por los filtros de armónicos instalados junto a los convertidores de frecuencia y reguladores de velocidad que son utilizados cada vez con mayor frecuencia en los barcos.

Así mismo suman las capacidades de los filtros incluidos en las fuentes conmutadas de los sistemas informáticos, p. ej. de comunicación o control de combate (en buques militares).

La suma de las capacidades presentes en una red galvánicamente unida aislada de tierra IT presenta unas corrientes capacitivas que influyen como magnitud de perturbación en la mayoría de los sistemas de vigilancia del aislamiento.

• Los sistemas de medida de aislamiento por asimetría de tensión (utilizados habitualmente en los sistemas eléctricos navales), se ven perturbados y en muchos casos bloqueados por la capacidad de red y la correspondiente corriente capacitiva natural, siendo habitual ver que todos ellos indican fallo de aislamiento (incluso franco) cuando en realidad no existen fallos de aislamiento resistivos. A esto hay que añadir que, al ser sistemas de medida pasivos, se suelen instalar múltiples indicadores de aislamiento en la misma red galvánicamente unida, produciendo de forma natural una reducción, en algunos casos drástica, del aislamiento global de la instalación.

Hay que indicar que estos sistemas no pueden ser considerados vigilantes de aislamiento según la norma EN 61557-8, ya que no son capaces de detectar de forma correcta y fiable fallos simétricos de aislamiento o fallos tras rectificadores u onduladores.

• Los vigilantes de aislamiento con técnica de medida por superposición de pulsos, que cumplen la normativa y son capaces de detectar fallos simétricos o tras rectificadores, se ven influidos por las capacidades de red, ya que la tensión pulsante de medida superpuesta con frecuencia y amplitud fija, ha de cargar las capacidades de red que, en caso de ser elevadas, no permiten una medida fiable del aislamiento o incluso generan alarmas no correctas. Los mismos errores se pueden producir cuando existen reguladores de velocidad / variadores de frecuencia instalados, cuando los mismos generan frecuencias cercanas o iguales a las inducidas por el vigilante de aislamiento.

Armónicos e interferencias en la red

El elevado número de equipos electrónicos (fuentes conmutadas, variadores de frecuencia, rectificadores, …) generan un amplio espectro de armónicos e interferencias sobre la red, que además de influir negativamente en los sistemas de comunicación y datos del buque, interfieren negativamente en las protección y sistemas de vigilancia del aislamiento.

Especialmente llamativos son los variadores de velocidad de elevada potencia, que generan tensiones de hasta algunos cientos de voltios con frecuencias de entre 0 y 10 Hz. Esto produce en la mayoría de los casos un bloqueo de medida o medidas erróneas del aislamiento.

Ultimo estado de la técnica de medida de aislamiento

Para realizar una medida fiable del aislamiento en modernas instalaciones navales, que tienen una elevada capacidad y un elevado número de equipos electrónicos de potencia, se ha desarrollado la técnica de medida AMP (pulso de medida adaptivo) o le técnica de medida de “código de frecuencia”. Esta técnica, desarrollada con la idea de un pulso de medida de frecuencia autoajustable a las condiciones de la red y a un filtrado activo de las magnitudes de interferencia, asegura en la mayoría de los casos, una medida fiable y segura del valor resistivo del aislamiento de las instalaciones eléctricas navales, independientemente de las capacidades de red o de las interferencias producidas por los consumidores.

Esta técnica de medida, utilizada por los vigilantes de aislamiento iso685 de la empresa Bender, se está utilizando de forma satisfactoria en cientos de instalaciones navales, tanto buques civiles y militares como instalaciones Off-Shore alrededor del mundo.

Ejemplos de aplicación

Con una eslora de 361 m y con una manga de 65 m, el transatlántico “Oasis of the Seas” tiene una capacidad de 6360 pasajeros y 2100 tripulantes. Construido con sistemas de eficiencia energética y los más modernos sistemas de automatización y tracción, es el transatlántico más grande, complejo e innovador del mundo.

Seis generadores con una potencia total de 110.400 kVA, alimentan a través de 5300 km de cable eléctrico más de 40.000 consumidores eléctricos y 100.000 enchufes.

Los sistemas IT de 400V que alimentan compresores, bombas, sistemas contra incendios y de tratamiento de basuras, así como los sistemas IT de 230 V, que alimentan las cabinas de pasajeros, cocinas, calefacción, iluminación general y de emergencia, así como las centrales de suministro de emergencia, están protegidos mediante vigilancia del aislamiento activo con técnica AMP y localización automática del fallo.

De esta forma, se ha conseguido una elevada seguridad y fiabilidad de suministro, así como una reducción considerable de los tiempos y costes de mantenimiento.

El portaaviones “Cavour” de la Marina italiana, que realizo su primer servicio en enero de 2010 para intervenir en la catástrofe de Haití, cuenta con una eslora de 244 m y una manga de 39 m.

Con cuatro turbinas de gas genera 88 MW de potencia, siendo toda la instalación eléctrica, incluido los sistemas de generales y de combate hasta los quirófanos, en configuración de red aislada IT, toda la protección contra contactos indirectos está realizada mediante vigilancia del aislamiento activo con técnica AMP y localización automática del fallo.

Estos equipos están integrados en los sistemas de gestión y visualización del buque gracias a su elevada capacidad de comunicación, portando transparencia de datos y flexibilidad de gestión.

Normativas

Existen diversas normativas aplicables a nivel mundial, que regulan las especificaciones mínimas de los sistemas de protección contra contactos indirectos en instalaciones navales.