2737-tesis-Febrero-2011-1496296758

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS 
 
 
 
 
 
TESIS 
 
 
DIAGNÓSTICO DE FALLAS ELÉCTRICAS EN INTERRUPTORES 
DE POTENCIA MEDIANTE PROCESAMIENTO DIGITAL DE 
IMÁGENES 
 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
 INGENIERO ELECTRICISTA 
 
 
 PRESENTAN: 
 
DANIEL MENDOZA GONZALEZ 
 
VICTOR URIEL HAU HERNÁNDEZ 
 
 
 
 
ASESOR TÉCNICO: DR. PRIMO ALBERTO CALVA CHAVARRÍA 
ASESOR DE ESTRUCTURA: M. en C. GUILIBALDO TOLENTINO ESLAVA 
 
 
MÉXICO, D.F. MARZO 2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Agradecimientos 
 
 
Al Instituto Politécnico Nacional por darnos la oportunidad de formarnos ética y 
profesionalmente y ser parte de las generaciones que contribuyen día a día con el 
desarrollo de la ingeniería en nuestro país, poniendo siempre la “Técnica al 
Servicio de la Patria”. 
 
A nuestros profesores, Dr. Primo Alberto Calva Chavarría, M. en C. Guilibaldo 
Tolentino Eslava, M. en C. René Tolentino Eslava, Ing. Armando Flores Jaime, 
M. en C. Álvaro Anzueta, ya que con sus conocimientos, confianza y apoyo 
hicieron posible la culminación de este trabajo. 
 
A la Comisión Federal de Electricidad, de manera especial al Dr. Carlos Ramírez 
Pacheco, por proporcionarnos los conocimientos sobre las fallas en interruptores 
de Potencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
Daniel Mendoza Gonzalez 
 
Quiero agradecer en primer término a mi familia, quienes con su apoyo y 
constante motivación, me llevaron a la conclusión de este gran proyecto de vida. 
 
Gracias a mis padres por darme los elementos que necesité como persona y 
alumno; para enfocar mis metas y así llegar a cumplirlas. Gracias mamá por ser la 
luz de mi camino y por ser mi madre. 
 
A mis hermanos; Toño, Kike, Suse, Alis, Gil y Lalito; que también como mis 
mejores amigos, me brindaron esperanzas, consejos y alegrías. Gracias por ser mi 
motivación y mi pilar social. Los quiero mucho. 
 
Gracias Mari por ser mi mejor amiga, sobre todo por ser el amor de mi vida; por 
ayudarme a volver al camino que había perdido, por no abandonar la esperanza 
en mi y motivarme a salir adelante, gracias por estar siempre ahí. Te amo. 
 
A mi hermano Mitzel, gracias por ser mi amigo y por acompañarme estés donde 
estés. También a mi hermano José por estar ahí cuando más te necesité. A 
Eduardo y Lisandro por ser como son y dejarme entrar en sus vidas. A mi querido 
amigo Víctor Uriel por ser mi compañero de tesis y enseñarme que existe algo 
bueno en los demás. 
 
A mis “buenos” profesores de la ESIME ZACATENCO, en especial al Dr. Primo 
Alberto Calva Chavarría, M. en C. Guilibaldo Tolentino Eslava y a Valentina 
Castillo López. Por darnos su apoyo en este proyecto de investigación, por sus 
consejos y sus enseñanzas. 
 
Gracias glorioso INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL, por dejarme ser 
politécnico por convicción, y no por circunstancia. 
 
A todos y cada uno de ustedes, gracias por vivir esta vida conmigo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
Gracias a Dios por permitirme terminar una etapa más de mi vida con tantas 
bendiciones, a mi amada familia por todo su apoyo, por su amor y su entrega 
diaria, a las personas que con su ayuda y oraciones me otorgaron ánimos y fuerza 
para seguir, a los MSP por su impulso sin cansancio hacia la vida, a mis 
profesores que con su conocimiento me abrieron los ojos para observar mejor el 
universo de la ingeniería, a mis amigos de carrera. 
Gracias a todos, este humilde trabajo es para y por ustedes, Dios les bendiga 
siempre. 
 
Victor Uriel Hau Hernández 
 
 
 
 
Índice 
 
 
Contenido Página 
Objetivo. 
Justificación. 
Resumen. 
i 
 
iii 
Introducción. 
 
 
iv 
Capítulo 1. Los interruptores de potencia. 
 
1 
1.1 Funcionamiento del interruptor de potencia. 2 
1.2 Instalación y mantenimiento de un interruptor de potencia. 9 
1.3 Método de análisis de fallas de origen eléctrico en interruptores 
 de potencia 
16 
1.4 Procedimientos de seguridad. 
 
19 
Capítulo 2. Fallas de origen eléctrico. 
 
23 
2.1 Tipos de fallas. 24 
2.2 Procedimiento de investigación del interruptor de potencia. 29 
2.3 Física de las descargas. 31 
 
Capítulo 3. Procesamiento digital de imágenes de fallas 
eléctricas. 
 
40 
3.1 Lectura y manipulación de la imagen. 41 
3.2 Obtención de valores de la imagen. 44 
3.3 Conteo de nodos y segmentos. 
 
 
 
51 
 
 
 
 
Capítulo 4. Análisis y diagnóstico de la falla. 
 
56 
4.1 Procesamiento de imágenes de fallas en interruptores. 57 
4.2 Correspondencia del análisis con patrones de las fallas 
 eléctricas 
63 
4.3 Diagnóstico de la falla. 
 
65 
Resultados. 
Conclusiones. 
 
67 
69 
Bibliografía. 
 
72 
Anexos. 
 
73 
Anexo 1. Recomendaciones para realizar el análisis y toma ótima 74 
 de imágenes a analizar. 
Anexo 2. Código en MATLAB® para el procesamiento de imágenes. 78 
Índice de figuras. 
Descripción Página 
Figura 1. Representación del arco eléctrico en Interruptores de 
Potencia. 
3 
Figura 2. Arquitectura de un Interruptor de potencia simbólico, en 
sus etapas de operación. 
7 
Figura 3. Elementos de un interruptor en SF6 para tensión Media. 11 
Figura 4. Dimensiones típicas de interruptores 115 kV - 230 kV. 12 
Figura 5. Dimensiones típicas de interruptores 13.5 kV – 34.5 kV. 13 
Figura 6. Descripción de la propagación de la avalancha 
electrónica en un campo eléctrico. 
32 
Figura 7. Esquema representativo del campo eléctrico cerca del 
electrodo punta. 
35 
Figura 8. Etapas de una descarga eléctrica. 39 
Figura 9. Imagen original de la descarga atmosférica. 41 
Figura 10. Imagen de la capa roja (R). 42 
Figura 11. Imagen de la capa verde (G). 
Figura 12. Imagen de la capa azul (B). 
43 
Figura 13. Vinculo abierto de la instrucción imtool (B). 
Figura 14. Distribución matricial de los pixeles. 
45 
Figura 15. Muestra de la capa óptima. 46 
Figura 16. Cortes en partes iguales de la muestra permanente. 47 
Figura 17. Matriz de índices de color del cuadro 1. 48 
Figura 18. Histograma del cuadro 1. 49 
Figura 19. Adelgazamiento parcial. 
Figura 20. Índices de color. 
50 
Figura 21. Nodos encontrados del cuadro 1. 52 
Figura 22. Componentes de segmentos encontrados del cuadro 1. 
Figura 23. Correspondencia de los puntos encontrados. 
53 
Figura 24. Nodos encontrados en los cuadros restantes. 
Figura 25. Representación geométrica de un segmento de recta. 
54 
Figura 26. Arborescencia plasmada sobre el émbolo de un 
interruptor de potencia de 400 kV. 
58 
Figura 27. Muestra permanente de la capa roja. 
Figura 28. División en partes iguales de la muestra. 
59 
Figura 29. Histograma para la determinación del intervalo de 
búsqueda. 
60 
Figura 30. Zona de interés generada por el ajuste de contraste. 61 
Figura 31. Sección de los nodos encontrados en el cuadro1. 
Figura 32. Nodos encontrados en los cuadros 1 y 2 de la muestra 
de la falla del interruptor de 400 kV. 
62 
Figura 33. Nodos encontrados en los cuadros 3 y 4 de la muestra 
de la falla del interruptor de 400 kV. 
63 
 
i 
 
OBJETIVO: 
 
Desarrollar una metodología mediante el procesamiento digital de imágenes de 
fallas de origen eléctrico en interruptores de potencia para diagnosticar su origen a 
partir del análisis de su trayectoria segmentada. 
 
JUSTIFICACIÓN: 
 
De acuerdo con datos de CIGRÉ, las fallas que se presentan en los interruptores 
de potencia son el 70% de origen mecánico, y el 30% de origen eléctrico; las fallas 
de origen eléctrico más comunes son las fallas de tensiones transitorias de ruptura 
o por degradación del material dieléctrico del interruptor. 
 
Debido a que las fallas de origen eléctrico en los interruptores de potencia han 
sido menos analizadas dado su grado de complejidad, es necesario un estudio 
más específico de dichas fallas para que losgastos de reparación, instalación y 
mantenimiento se reduzcan implementando un programa de mantenimiento 
preventivo y correctivo. 
 
Cuando sucede un fenómeno que altere el funcionamiento de interruptor de 
potencia, se generan cargos por mala instalación, o gastos de restauración del 
equipo, demandas de efecto de la garantía de los interruptores de potencia. Estos 
puntos en cierto grado son injustificados porque no se cuenta con una herramienta 
que facilite un diagnóstico confiable ya que generalmente se da un diagnóstico de 
la falla en base a la experiencia del personal de mantenimiento. 
 
Lo anterior repercute sustancialmente en la economía de la empresa 
suministradora, ya que la falla puede volver a presentarse sin saber el motivo real 
que la origina, pudiendo provocar un daño en mayor grado al interruptor después 
de una reparación que tal vez no fue adecuada para solucionar el problema. 
 
ii 
 
Con una metodología en base al procesamiento digital de imágenes de fallas de 
origen eléctrico en interruptores de potencia, y con el análisis de dicho 
procesamiento en las trayectorias segmentadas de las fallas, se obtendrá un 
estudio y un criterio de evaluación de su origen que permitirá un diagnóstico más 
confiable del fenómeno presente. 
 
Este generará, junto con la base de datos registrada en la literatura nacional e 
internacional, previsiones en la instalación y operación del interruptor de potencia, 
reduciendo su historial de fallas a futuro mediante la implementación de un 
programa de mantenimiento preventivo y predictivo. 
iii 
 
Resumen 
 
 
En esta tesis se realizó un estudio en el que por primera vez se introduce una 
metodología que consiste en determinar el número de nodos y segmentos de la 
trayectoria de la descarga y así, establecer la causa de falla. 
 
 Se desarrolló un procesamiento digital de imágenes en descargas atmosféricas, 
para después aplicarlo a imágenes de flameos o rupturas eléctricas en los 
interruptores de potencia. Con las imágenes procesadas, se analizó el origen de 
falla mediante el análisis del número de segmentos y nodos de sus trayectorias 
segmentadas. Se relacionó dicho análisis con una base de datos de las fallas que 
reporta la literatura nacional e internacional; permitiendo así, un diagnóstico más 
confiable de los flameos. 
 
Del análisis se obtuvo un mejor entendimiento del origen de las descargas dentro 
de un material dieléctrico (aire, aceite, vacío o SF6). Se determinó que 
dependiendo la polaridad de la descarga se va a tener mayor o menor número de 
arborescencias en las descargas, lo que influye en la falla del interruptor. 
 
Los resultados de la investigación se analizaron en términos de la distancia que se 
encuentra en la cámara de extinción del interruptor de potencia, el material en el 
que se desarrolla la descarga y su polaridad al momento de la falla, Si las 
descargas tienden a alejarse del eje geométrico del interruptor se trata de una 
descarga positiva, si se acerca al eje es una descarga negativa. Todo depende de 
la polaridad o del semiciclo positivo o negativo. Así, es posible determinar el tipo 
de falla, su posible causa y el marco de investigación para su diagnóstico. 
 
iv 
 
Introducción 
 
El análisis de las fallas de origen eléctrico, representan un grado de determinación 
más complejo en comparación con los de origen mecánico. Según datos del 
CIGRÉ (Conferencia Internacional de Grandes Redes Eléctricas, por sus siglas en 
francés) [9], no se cuenta con estudios ni análisis precisos que determinen las 
causas de fallas de origen eléctrico de los interruptores de potencia que permitan 
resolver el problema que origina un disturbio de este tipo en el Sistema Eléctrico, 
todas las conclusiones se realizan usando a la experiencia. 
 
En esta tesis se desarrolla un procesamiento digital de imágenes de rupturas 
eléctricas los interruptores de potencia, con el fin de analizar el origen de falla 
mediante el análisis del número de segmentos y nodos de sus trayectorias 
segmentadas, así como relacionar dicho análisis logísticos ya establecidos en el 
marco del peritaje en interruptores de potencia con presencia de falla eléctrica. 
 
Para ello se emplea un procesamiento digital de imágenes de descargas 
atmosféricas con ayuda del software MATLAB® con el fin de lograr un 
adelgazamiento parcial de la imagen que permita obtener información de la 
imagen, que particularmente corresponden a la trayectoria de la descarga. 
 
Determinada la trayectoria de la descarga, se realiza el conteo de los nodos y 
segmentos de la descarga, para dar un diagnóstico tomando en cuenta la 
polaridad de la descarga, las características del material dieléctrico y la distancia 
entre los electrodos. El análisis es relacionado con los datos proporcionados por 
la CIGRÉ y CFE. 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
1 
 
 
 
Capitulo 1. 
 
 
 
Los interruptores de 
potencia. 
 
 
En este capítulo se presentan las características 
principales de los interruptores de potencia, su 
principio de funcionamiento, así como la 
instalación, uso y mantenimiento, considerando los 
procedimientos de seguridad vigentes. 
 
 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
2 
 
1.1 Funcionamiento del interruptor de potencia. 
 
El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o 
una parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal como en 
condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser normal o 
accionada por la señal de un relevador encargado de vigilar la correcta operación del 
sistema eléctrico donde está conectado [1]. 
 
Un interruptor está diseñado para proteger un circuito eléctrico del daño ocasionado 
por una sobrecarga o un cortocircuito. El cortocircuito se puede definir como una 
corriente que se encuentra fuera de sus alcances normales. Las fallas por circuito 
corto se pueden originar de distintas maneras, por ejemplo, la vibración del equipo 
puede producir pérdida de aislamiento provocando que los conductores queden 
expuestos en contacto entre sí, la contaminación del ambiente y descargas 
atmosféricas. 
 
El corto circuito tiene, por lo general tres efectos dentro de nuestro sistema eléctrico 
los cuales son: el Arco Eléctrico [2]. La generación del arco se debe a la ionización 
del medio entre los contactos de un interruptor, haciéndolo conductor, lo que facilita 
la circulación de corriente. La presencia de iones se origina por la descomposición de 
las moléculas que conforman el medio entre los contactos producto de colisiones 
entre éstas y los electrones aportados por la corriente. 
 
Se puede decir que la emisión de electrones desde la superficie de los contactos de 
un interruptor, se debe a la elevación de la temperatura y una tensión muy elevada. 
Es decir, un efecto de emisión electrónica por el campo eléctrico lo que genera el 
vencimiento del material. El segundo fenómeno que se presenta es el calentamiento, 
y el tercero son los esfuerzos mecánicos, debido al campo magnético presente en el 
conductor. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
3 
 
 A diferencia del fusible, el cual opera una vez y luego debe ser reemplazado, un 
interruptor se puede reiniciar, es decir regresarlo al estado inicial de operación, (ya 
sea manual o automáticamente) para reanudar la operación normal. De ahí la 
importancia de los Interruptores de potencia. 
 
Los interruptores se fabrican de diferentes tamaños, desde los pequeños dispositivos 
que protegen los artefactos eléctricos en un hogar, hasta los tableros de interruptores 
que están diseñados para proteger los circuitos de alta tensión que alimentan a toda 
una ciudad. Se pueden clasificar de acuerdo a sus características constructivas. Las 
principales características constructivas de los interruptores consisten en la forma en 
que se extingue el arco y a lahabilidad mostrada para establecer la rigidez dieléctrica 
entre los contactos para soportar en buena forma (sin encender de nuevo al arco) la 
ignición [3]. 
 
Los interruptores para sistemas con tensiones superiores a los 600V se dividen en 
cuatro grupos básicos: los Interruptores en aire, los Interruptores en vacío, los 
Interruptores en aceite y los interruptores en gas; su funcionamiento se muestra en la 
Figura No. 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura No. 1. Representación del arco eléctrico en Interruptores de Potencia: (a) interruptor 
automático de aceite; (b) Interruptor automático de soplo de aire; (c) Interruptor automático en SF6. [4] 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
4 
 
 
El interruptor de alta tensión tiene tres componentes principales: 
 
 Cámara de interrupción: donde ocurre la conducción y la interrupción de la 
corriente en el circuito de potencia. Generalmente es un volumen cerrado que 
contiene los contactos de apertura y cierre (make-break) y un medio de 
interrupción (aire comprimido, aceite, SF6, vacío) usado para el aislamiento y 
para apagar el arco. 
 Mecanismo de Operación: donde se inicia la energía requerida para cerrar o 
abrir los contactos y para apagar el arco. 
 Control: donde se monitorea el estado y las órdenes que se generan para 
operar al interruptor. 
Pros y contras de los interruptores de potencia 
El principal problema de los interruptores se deriva de la naturaleza misma de su 
existencia. Un interruptor debe interrumpir desde corrientes débiles capacitivas o 
inductivas hasta elevadas corrientes de cortocircuitos, y extinguir los potentes arcos 
eléctricos resultantes. 
El problema es entonces, esencialmente, un problema en el arco. Otro problema son 
los impulsos de sobretensiones; esto se relaciona a la naturaleza del circuito donde 
esté instalado. 
Uno de los mayores factores que influyen en la capacidad de los interruptores es el 
medio de interrupción. Esto afecta el concepto y diseño de los interruptores. Bajo 
este principio, los interruptores están clasificados en familias de acuerdo al tipo de 
medio de interrupción usado. Un gran número de substancias tienen calidades 
aceptables como para servir como medios de interrupción. 
Tres de ellos son las preferidas por los diseñadores de interruptores en todo el 
mundo. Ello es debido a sus excelentes propiedades de ruptura y de aislamiento que 
llevan a diseños económicos y de alto rendimiento. Éstos son: 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
5 
 
Aceites minerales. 
Hasta recientemente, el aceite mineral ha sido el medio de interrupción más usado. 
Tiene una excelente capacidad de interrupción y de aislamiento, especialmente 
cuando es muy puro, como cuando se utiliza con ciertos equipos tales como los 
condensadores o los transformadores, los cuales son equipos de cierre herméticos. 
Sin embargo, los interruptores tienen orificios de ventilación y el aceite está en 
contacto con el arco. Por lo tanto, se encuentra en el aceite del interruptor una cierta 
cantidad de impurezas, en la forma de humedad y diversos tipos de suciedad, 
incluyendo partículas de carbón. Esto disminuye significativamente sus propiedades 
de aislamiento. 
Se torna imperativo monitorear el estado en que se encuentra el aceite dentro del 
interruptor en servicio, para reemplazarlo periódicamente en función del número de 
interrupciones que se deban realizar con este equipo. El criterio para reemplazar el 
aceite dependerá de la estructura de los interruptores, la cual es indicada por el 
fabricante. 
 Aire comprimido. 
El aire a presión atmosférica tiene, como principales ventajas una buena calidad de 
aislamiento, siempre está disponible y no cuesta nada, por lo que su costo de 
operación es bajo; además, la calidad del aislamiento del aire aumenta rápidamente 
con su presión. 
En la práctica se cuenta con una interrupción de tensión de hasta 90 kV entre 
contactos separados por presiones de 1 a 10 bar, y 1.5 veces este valor para la 
misma distancia a una presión de 20 bar. 
El aire comprimido era usado principalmente para lograr interrupciones en los 
diseños antiguos de interruptores neumáticos. Más tarde fue utilizado como 
aislamiento entre los contactos después que éstos eran abiertos, siendo colocados 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
6 
 
dentro de una cámara de aislamiento diseñada para resistir la presión del aire. Esto 
reduce significativamente la distancia entre los contactos abiertos. 
Debe notarse que la excelente calidad del aire se ve afectada enormemente por la 
humedad. Por lo tanto, es muy importante que se evite cualquier condensación en 
los aisladores y en los conductos de aire, o podría ocurrir un disparo interno. La 
instalación de costosas estaciones de secado por compresión incrementa 
excesivamente el costo de operación de los ventiladores de aire de los interruptores. 
Hexafluoruro de azufr, ó SF6 
Ciertos gases, llamados electronegativos, tiene mayor calidad de aislamiento que el 
aire. Entre ellos está el hexafluoruro de azufre, SF6, que ha tenido mucho éxito en el 
diseño de aparatos eléctricos porque tienen excelentes propiedades de aislamiento e 
increíbles propiedades de extinción de arco. 
Son cinco veces más pesados que el aire, sin olor, sin color, no es inflamable y no es 
tóxico cuando está nuevo. Su esfuerzo dieléctrico es tres veces la del aire dieléctrico. 
Cuando se le somete a un arco eléctrico se descompone parcialmente. En la 
presencia de la humedad y de impurezas, produce un residuo ácido que ataca al 
metal y los sellos de aislamiento. Un método eficiente para reducir los residuos es 
con la utilización de alúmina activada dentro de las cámaras que contienen el gas. 
El SF6 es un gas que en temperaturas normales, y a la presión atmosférica se vuelve 
líquido a -60°C, y a 20 bar se vuelve líquido a 20°C, lo cual es muy negativo para sus 
calidades de aislamiento. Para aplicaciones de bajas temperaturas, deberá 
calentarse o mezclarse con otros gases como el Nitrógeno o el CF4. 
Contactos eléctricos en interruptores 
 
La corriente pasa a través del material conductor en la cámara de interrupción. Se 
unen varias partes para formar el material conductor. Las diferentes uniones forman 
los contactos eléctricos. 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
7 
 
 
El contacto eléctrico se obtiene colocando dos objetos conductores en contacto 
físico. Esto se puede llevar a cabo de varias formas. Aunque hay una gran variedad 
de diseños de contactos en las cámaras de interrupción, éstos se pueden agrupan en 
cuatro categorías principales: 
 
1. Contactos de abrir y cerrar - los que pueden abrir o cerrar bajo carga. 
2. Contactos deslizantes (sliding) - los que mantienen el contacto durante el 
movimiento relativo. 
3. Contactos fijos - los que se pueden enganchar permanentemente por años y 
nunca ser abiertos. 
4. Contactos desmontables - los que pueden abrir o cerrar sin carga. Usados 
generalmente en tableros de interruptores blindados de media tensión. 
 
La Figura 2 es un esquema de una arquitectura típica de contacto y muestra el flujo 
de corriente a través de tres de los tipos principales de contactos durante la 
secuencia de eventos de una operación de apertura. En los tres tipos, se realiza el 
contacto tocando las superficies de contacto de cada componente. 
 
 
 
Figura No. 2. Arquitectura de un interruptor de potencia simbólico, en sus etapas de operación [5]. 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
8 
 
Contactos de apertura y cierre 
 
El tipo de contacto de apertura y cierre se puede subdividir de acuerdo a su nivel de 
potencia, empezando de mayor a menor. Los contactos de interruptores de alta 
tensión con elevada corriente que desconectan las grandes cargas eléctricas y 
producen arcos, están contenidos en cámaras de arco especiales. Pueden estar a la 
presión normal o en un sopladode aire, en Hexafluoruro de Azufre (SF6), en aceite o 
en otro medio de extinción del arco, incluyendo el vacío. 
 
Incluye un contacto móvil y uno estacionario. Generalmente uno de ellos es un anillo 
de dedos de contactos de cobre armado con resortes (del tipo de inserción como en 
la Figura 1 o de tipo tope), o la otra es de una varilla sólida de cobre. Los contactos 
pueden ser revestidos con un material resistente al arco para resistir la erosión de un 
arco de elevada potencia, y las superficies enchapar (por ejemplo con plata) para 
mejorar la conductividad. 
 
Contactos deslizantes 
 
Estos pueden ser de diferentes tipos. Los contactos deslizantes de velocidad alta y 
corriente elevada, se encuentran generalmente en las cámaras de interrupción de 
potencia. Estos contactos deben tener una alta resistencia al desgaste mecánico, 
dado que su velocidad puede alcanzar hasta 10 m/s o más. 
 
Contactos fijos 
 
Estos contactos incluyen una amplia gama de contactos empernados y engarzados. 
Una unión empernada evita la reducción de la sección cruzadas ocasionadas por el 
taladrado para insertar los pernos y brinda una distribución más uniforme de la fuerza 
de contacto, haciendo al contacto más eficiente y por ello funciona a menor 
temperatura. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
9 
 
Contactos desmontables 
 
Se encuentran en los interruptores blindados de media tensión. Ayudan a tomar al 
interruptor fuera de la red deslizando fácilmente de las barras de distribución para el 
mantenimiento. Esto debe realizarse sin carga. 
 
Estos contactos, como los contactos de apertura y de cierre, pueden transportar x 
corrientes elevadas a tensiones elevadas (por ejemplo, los aisladores de tensión alta 
o los contactos fusibles de tensión media o alta). Deben transportar confiablemente 
la corriente por períodos más largos, sin un sobrecalentamiento o una pérdida del 
contacto, pero no realizan el cierre o la apertura de la corriente. No se les somete al 
esfuerzo del arco; por lo tanto no logran la acción de limpieza inherente asociado con 
éste. Se diseñan frecuentemente para que tengan una acción de fricción en el cierre 
para retirar el óxido superficial o las películas de corrosión que pueden impedir el 
contacto, y el cobre y sus aleaciones son los materiales más frecuentemente usados 
para el grueso de los contactos desmontables. 
 
La característica de estos contactos es que tienen una gran fuerza de contacto, 
mucho mayor que otros interruptores de similar capacidad de corriente, pero no tanto 
como la fuerza de contacto de un contacto empernado, dado que podría ocurrir un 
excesivo desgaste mecánico al separar los contactos [4]. 
 
1.2 Instalación y mantenimiento del interruptor de potencia. 
 
A pesar de su gran diferencia, todos los tipos de interruptores de potencia 
comparten los mismos principios, todos ellos deben suministrar dos funcionalidades 
principales, las cuales están muy relacionadas: 
 
 Funcionalidad eléctrica (Interruptor). 
 Funcionalidad mecánica (Mecanismo). 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
10 
 
Funcionalidad Eléctrica 
Los interruptores están diseñados para satisfacer las condiciones predeterminadas 
de ruptura y tienen propiedades eléctricas que se pueden resumir en lo siguiente: 
 
 Propiedad de transportar la corriente; 
 Propiedad de aislamiento; 
 Propiedad de ruptura de la corriente. 
 
Funcionalidad Mecánica. 
Las propiedades eléctricas solicitadas imponen propiedades mecánicas que pueden 
ser más o menos demandantes dependiendo de la tecnología usada. La propiedad 
de transportar la corriente impone: 
 
 El material de contacto es muy conductivo; 
 Una alta calidad del contacto de apertura; 
 Una baja reacción del contacto a la atmósfera y a la temperatura ambiente. La 
propiedad de aislamiento, dependiendo del nivel de tensión, impone: 
 La distancia de separación de los contactos en la posición de apertura; 
 La distancia de la línea a tierra; 
 Las características del medio de aislamiento y la reacción sobre el tiempo. 
 
Las propiedades de apertura y de cierre de la corriente, imponen: 
 
 La velocidad de los contactos de cierre y de apertura; 
 Técnicas de soplado de arco; 
 Resistencia al material del arco; 
 La energía requerida para continuar con la apertura o el cierre de grandes 
corrientes de cortocircuitos; 
 Las características del medio de aislamiento y la reacción sobre el tiempo y la 
frecuencia de la interrupción de la corriente. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
11 
 
La propiedad de la frecuencia de operación tiene una gran influencia sobre todos los 
parámetros mencionados anteriormente. En la figura No. 3 se muestra las partes 
constitutivas de un Interruptor de Potencia en SF6 para media tensión (de 15 a 36 
kV), enlistando en la tabla No. 1[3] las dimensiones de sus elementos, el Nivel Básico 
de Impulso (NBI) y su tensión nominal de operación. 
 
Los elementos que componen a un interruptor de potencia en SF6, son: 1. 
Iluminación interna; 2. Soportes para ganchos de izaje; 3. Ventilación superior e 
inferior; 4. Espacio disponible para la instalación de relés y otros aparatos; 5. Tierra; 
6. Resistencia deshumidificadora; 7. Bornes de conexión; 8. Transformadores de 
intensidad instalados en los aisladores pasamuros (Bushings); 9. Aisladores 
pasamuros (Bushings). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura No. 3. Elementos de un interruptor en SF6 para tensión Media. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
12 
 
Tabla No. 1. Características de los elementos de un interruptor de potencia en SF6 [3]. 
 
Vn (kV) 15 25 36 
 NBI (kV) 
(mm) 
110 125 170 
A 1100 1110 1450 
B 1260 1260 1950 
C 1200 1200 1550 
D 1310 1310 2320 
E 1410 1410 2420 
F 250 250 440 
G 280 280 432 
H 300 300 490 
I 280 280 560 
J 550 550 820 
 
En la Figura No. 4 se muestra las dimensiones típicas para interruptores de 115 kV y 
en la Tabla número 2 se describe cada una de las distancias de dichos interruptores, 
el tipo de interruptor y el fabricante [12]. 
 
Figura No. 4. Dimensiones típicas de interruptores 115 kV - 230 kV 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
13 
 
 
Tabla No. 2. Dimensiones típicas y descripción de interruptores de 115 kV - 230 kV 
 
 
Tensión 
Nominal 
[kV] 
Corriente 
Nominal 
[A] 
Dimensiones [mm] 
 
Fabricante 
 
Dieléctrico H1 H2 D L 
245 3150 7090 3120 Nissin SF6 
245 1600 6300 2903 Westinghose SF6 
245 2000 5300 3030 Siemens SF6 
245 4000 4000 3200 GEC SF6 
245 1250-3150 4200 3500 Sprecher-Schun SF6 
245 1250-2500 4615 3680 Sprecher-Schun Aceite 
145 1200 5190 3755 Nissin SF6 
121 1200 4740 3410 1800 Westinghose SF6 
145 2500 5475 3904 1900 GEC SF6 
123 1250-3150 3840 1600 Sprecher-Schun SF6 
123 2500 5740 4595 2500 ASEA Aceite 
 
 
En la siguiente figura se muestran las dimensiones típicas para interruptores de 13.5 
kV a 34.5 kV. En la tabla No. 3 se describen las dimensiones de los interruptores, su 
capacidad de interrupción, el fabricante y el tipo de dieléctrico que manejan [12]. 
 
 
Figura No. 5. Dimensiones típicas de interruptores 13.5 kV – 34.5 kV 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
14 
 
 
 
Tabla No. 3. Dimensiones típicas y descripción de interruptores de 13.5 kV – 34.5 kV 
 
Tensión 
Nominal 
[kV] 
Corriente 
Nominal 
[A] 
Dimensiones [mm] 
 
Fabricante 
 
Dieléctrico H1 H2 D L L2 
14.4–
34.5 
1200 3106 2980 1519 775 2159 Westinghose SF6 
36 1250 3200 1165 860 1720 GEC SF6 
36 1250 3825 3240 900 700 1925 ASEA Aceite 
36 1250 3780 640 1840 Sprecher-Schun Aceite 
34.5 1200 2730 700 550 2620 Inoue Electric Aceite 
24 1250 3780 485 1530 Sprecher-Schun Aceite 
 
 
Dado lo anterior, es necesario tener un programa de mantenimiento correcto para el 
interruptor, de tal manera que el funcionamiento del mismo sea adecuado. Además, 
al operar en el momento de una falla, éste sufre un grandesgaste, por lo que es 
necesario darle los cuidados necesarios [3]. 
 
Mantenimiento de los interruptores de potencia. 
 
Mantenimiento Preventivo 
 
Con frecuencia la necesidad del mantenimiento de los interruptores no es obvia, 
dado que no se utilizan continuamente, estén abiertos o cerrados, por largos 
períodos de tiempo, que puede ser de 1 hora hasta días, incluso meses. La 
necesidad de predecir la adecuada función de los interruptores aumenta con los años 
a medida que los sistemas de transmisión se expanden y transportan mayor energía 
a mayores distancias. 
 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
15 
 
Con el avance de la tecnología con los años aparecieron los interruptores de bajo 
mantenimiento pero esto no brindó mayor confianza en la administración del sistema 
en cuanto a la confiabilidad de la operación. El interruptor es de hecho, una caja 
negra. La única manera de estar seguro de su condición es abrirlo para realizar una 
inspección física. Desafortunadamente, este método es muy costoso y debe 
reducirse a un mínimo para prevenir un mantenimiento innecesario. 
 
Mantenimiento Predictivo 
 
Su propósito es de predecir con precisión la condición del interruptor, sin tener que 
abrirlo para su inspección. Por ello la inspección requerida se limitará a la 
intervención correctiva o preventiva, reduciendo dramáticamente de esta manera el 
costo del mantenimiento y aumentando al mismo nivel su eficiencia. La predicción 
puede tomar tres maneras de complementarse entre ellos: 
 
PRUEBA: Se han inventado un amplio alcance de pruebas para verificar la 
conformidad de cada una de las propiedades eléctricas y mecánicas para cumplir los 
criterios de diseño. Algunas de estas pruebas han sido reconocidas y documentadas 
por las normas internacionales (IEC, ASTM, etc.). Algunas están aún en desarrollo y 
producen grandes expectativas. 
 
MONITOREO: La vigilancia contínua del interruptor por medio de múltiples 
transductores controlados por una computadora. Las alarmas o las acciones se 
activan cuando se llegue a los niveles configurados permitiendo de esta forma una 
intervención a tiempo. 
 
ESTUDIO ESTADÍSTICO: las mediciones continuas, los muestreos y las 
intervenciones por mantenimiento, se anotan cada vez para cada interruptor. Con 
esta información se arman bases de datos, lo cual ayuda a realizar estudios 
estadísticos dirigidos a descubrir los componentes con falla o ayudan a crear un 
modelo probabilístico del envejecimiento en los interruptores para su mantenimiento. 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
16 
 
Una práctica muy difundida por los administradores de las redes, es la de requerir 
para cada tipo nuevo de interruptor, un estudio estadístico suministrado por el 
proveedor de la confiabilidad de los componentes del nuevo equipo, basado en su 
propia experiencia. Esto ayudaría a enfocar las acciones de mantenimiento a las 
partes más vulnerables [7]. 
 
1.3 Métodos de análisis de fallas de origen eléctrico en 
interruptores de potencia. 
 
En la realidad, no existen métodos establecidos para realizar un análisis de las fallas 
de origen eléctrico en un interruptor de potencia. Existen pasos a seguir, los cuidados 
que debe tener el personal de inspección; pero todo se realiza en base a la 
experiencia del personal. 
 
Sin embargo, existen pruebas que permiten realizar un diagnóstico de los 
interruptores de acuerdo a su tipo y funcionalidad. En la tabla No. 4 [6], se muestran 
los tipos de pruebas aplicables a los interruptores, y se da una breve descripción de 
las pruebas y sus propósitos. Para esta tesis nos vamos a concentrar en las pruebas 
para los interruptores en SF6. En general, para llevar a cabo una prueba exitosa, se 
deben observar las siguientes condiciones: 
 
 Procedimiento de la aplicación (suministrado por el proveedor del equipo de 
pruebas); 
 Especificaciones de diseño con las tolerancias definidas (suministrados por el 
diseñador del interruptor); 
 El manual de instrucciones del interruptor y los diagramas básicos, de 
contorno y elementales (suministrados por el diseñador del interruptor); 
 Definiciones de las normas internacionales y las especificaciones, si son 
requeridas para la prueba; 
 Un buen sentido de análisis del Programa de Mantenimiento. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
17 
 
Tabla No. 4: Pruebas aplicables a los interruptores de potencia en Media Tensión y 
Alta Tensión. 
# Nombre Descripción 
Tipo de 
Interruptor 
Aplicación Norma 
1 
Pruebas de tiempos de 
contactos 
Mide el tiempo desde el inicio de la orden 
hasta que los contactos se cierran o se 
separan 
Todos 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
IEC 56 art 
4.113 
2 Prueba de viaje y de velocidad Traza el recorrido y la curvas de velocidad Todos 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
Diseño 
3 Prueba funcional Verifica la operación general del interruptor Todos 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
IEC 694 
art 7.2.2 
4 Prueba de vibración Mide la vibración del interruptor Todos 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
 
5 Prueba del primer disparo 
Mide el tiempo de contacto al primer 
disparo 
Interruptores de 
MT 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
 
6 
Prueba del consumo de la 
operación de presión 
Mide el consumo de aire de una operación 
o de un ciclo 
Int. Neumáticos e 
Hidráulicos 
Mecánica: 
Operación total 
del interruptor 
 
7 Prueba de Rayos X Toma una foto de rayos X del interruptor Todos 
Mecánica: 
Integridad total del 
interruptor 
 
8 Prueba de Ultrasonido 
Revisa las micro grietas en los 
aislamientos 
Aisladores 
Eléctrica: 
Conductividad del 
Circuito Principal 
 
9 
Prueba de la resistencia de 
contacto 
Mide la resistencia de contacto entre las 
partes que deben conducir la corriente 
Todos 
Eléctrica: 
Conductividad del 
Circuito Principal 
IEC 694 
art 7.3 
10 
Prueba dinámica de la 
resistencia de contacto 
Mide continuamente la resistencia de 
contacto desde el primer contacto hecho 
por un contacto móvil hasta que }se 
detiene el contacto 
Todos 
Eléctrica: 
Aislamiento del 
Circuito Principal 
 
11 Prueba del aislamiento AC 
Mide el aislamiento entre los contactos y 
entre la línea a tierra 
Todos 
Eléctrica: 
Conductividad del 
Circuito Principal 
Muy 
popular 
12 
Prueba de la temperatura 
infrarroja 
Mide la temperatura de las partes con el 
dispositivo infrarrojo 
Todos 
Eléctrica: 
Aislamiento del 
Circuito Principal 
 
13 
Prueba del aislamiento de los 
circuitos auxiliares 
Mide el aislamiento de los circuitos de 
control de baja Tensión 
Todos 
Eléctrica: 
Aislamiento del 
Circuito Principal 
IEC 694 
art 7.2 
14 Prueba de la capacitancia 
Revisa el valor de la capacitancia usado 
en el interruptor (graduación, 
acoplamiento, etc.) 
Condensadores 
Eléctrica: 
Integridad del 
Equipo 
 
15 
Prueba de porcentaje de la 
mezcla de SF6 
Mide el porcentaje del SF6 en la mezcla 
del gas aislante 
Int. SF6 
Química: Calidad 
general del medio 
 
16 
Prueba de los subproductos de 
SF6 
Mide el nivel de los subproductos de SF6 Int. SF6 
Química: Calidad 
general del medio 
 
17 
Prueba de contenido de agua 
en el gas 
Mide el contenido de humedad en el medio 
aislante 
Int. SF6 y soplo de 
aire 
Química: Calidad 
general del medio 
 
18 Prueba de la Rigidez Revisa la rigidez del medio aislante Todos 
Química: Calidad 
general del medio 
IEC 694 
art 7.4 
19 
Prueba y análisis del aceite 
disuelto en gas 
Mide el contenido de gas en el aceite 
aislante 
Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
ASTM, 
D36132 
20 Prueba dieléctrica del aceite 
Mide las características dieléctricas del 
aceite aislante 
Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
IEC 156, 
ASTM, 
D877 
21 Prueba de la acidez del aceite 
Mide el grado de acidez en el aceite 
aislante 
Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medioASTM, 
D974 
22 Tensión interfacial del aceite 
Mide la tensión interfacial en el aceite 
aislante (para partículas en el aceite) 
Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
ASTM, 
D971 
23 Factor de potencia del aceite Mide el Factor de Potencia Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
ASTM, 
D924 
24 Agua en el aceite Mide las PPM del agua en el aceite Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
ASTM, 
D1533 
25 Densidad del Aceite Mide la densidad Int. En aceite 
Química: Calidad 
general del medio 
ASTM, 
D1298 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
18 
 
La misma necesidad para predecir la adecuada función de los interruptores creó el 
mantenimiento predictivo, y dado que no es factible probar de forma indefinida los 
interruptores, es obvio que se necesita estructurar los actos en un programa de 
mantenimiento que defina las acciones y la frecuencia del mantenimiento. 
 
Etapas del programa de mantenimiento para interruptores de potencia. 
 
Los fabricantes e industriales concuerdan en que un buen programa de 
mantenimiento, debe ser adecuado dependiendo el tipo de interruptor que se está 
manejando. De allí que no existe un manual específico o universal para todos los 
interruptores. Para un mantenimiento adecuado, se recomienda realizarlo en tres 
niveles, que están conformados de la siguiente manera: 
 
1 - Inspección de rutina: Se realiza con el interruptor en servicio [4]. Generalmente se 
lleva a cabo con una frecuencia de 6 meses a un año. Este paso incluye: 
 
 Inspección visual de la forma externa del equipo. 
 Revisión de los contadores de la operación. 
 Revisión de los indicadores de presión. 
 Detección visual o audible de las fugas 
 Medición de la temperatura. 
 
2 - Mantenimiento menor [4]: Se realiza generalmente con una frecuencia de 6 a 8 
años. Para este tipo de mantenimiento, es necesario aislar al interruptor de la 
línea o de la red. Incluye además de la inspección de rutina: 
 
 Inspección rigurosa del estado y de la función de los subconjuntos, 
 Prueba del interruptor 
 Intervenciones menores para reemplazar el fácil acceso a partes gastadas, 
 Cambio de filtros, del aceite o del gas, etc. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
19 
 
3 - Mantenimiento mayor: Incluye además del mantenimiento menor, la apertura 
de los ensamblajes principales para acceder las partes internas: 
 
 Interruptor; 
 Mecanismo; 
 Receptor del tanque. 
 
Este tipo de mantenimiento requiere aislar al interruptor de la red. La frecuencia: 
depende de la tecnología de los interruptores (12 años para el soplado de aire, 20 
años para el SF6). 
 
1.4 Procedimientos de seguridad. 
 
La investigación de una falla debe iniciarse con la clasificación de la misma, para 
saber si fue: Falla catastrófica, Falla de operación o Falla menor; con el fin de decidir 
qué acciones se deberán tomar. Sin embargo, en cualquier caso, se deben tomar 
acciones inmediatas, algunas de ellas muy obvias, como son [9]: 
 
a) Si hay alguien herido y si hay fuego, pedir ayuda inmediata. 
 
b) Proporcionas primeros auxilios de acuerdo a la situación. 
 
c) Evacuar el área circundante. 
 
d) No intentar operar el equipo dañado. Aislarlo de la fuente de alta tensión. Antes de 
desconectarlo quitar la alimentación auxiliar, verificar la posición de todas las 
banderas de los relevadores. 
 
e) Aislar el equipo dañado, eléctricamente, neumáticamente, etc., con base en la 
situación de falla. 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
20 
 
f) Extinguir el fuego con precaución, ya que arrojar agua fría a la porcelana caliente 
puede causar fractura de la misma y si no es posible, dejar que se queme evitando la 
propagación del fuego. 
 
g) Tener cuidado con los residuos de SF6 y con productos como los PCB’s 
(policlorobifenilos), asbestos, y algunos otros materiales tóxicos que pudieran estar 
presentes. 
 
h) Acordonar el área, esperando unos minutos. No aproximarse inmediatamente al 
equipo dañado, porque pueden existir presiones altas, tensiones eléctricas, resortes 
cargados, altas temperaturas o esfuerzos mecánicos en el equipo. 
 
i) Revisar visualmente el equipo desde un lugar seguro, para evaluar la situación. 
 
j) Seguir los procedimientos de seguridad en el trabajo para aislar el equipo, 
conectarlo a tierra, etc.; así como de protección ambiental, para el control de fugas, 
derrames, etc. 
 
Los procedimientos de mantenimiento tienen que respetar las prácticas de seguridad 
y los puntos siguientes requieren una atención especial [8]: 
 
a) Asegurarse que el interruptor y su mecanismo estén desconectados de cualquier 
energía eléctrica, tanto de tensión alta como de la tensión de control antes de ser 
inspeccionado o reparado. 
 
b) Expulsar la presión desde el receptor de aire o cualquier interruptor de aire 
comprimido antes que sea inspeccionado o reparado. 
 
c) Luego de que el interruptor haya sido desconectado de la energía eléctrica, sujetar 
apropiadamente los terminales de tierra antes de tocar cualquiera de las partes del 
interruptor. 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
21 
 
 
d) No dejar las herramientas sobre el equipo mientras se trabaja dado que pueden 
ser olvidadas cuando el equipo se coloque de nuevo en servicio. 
 
No se debe pasar por alto la obtención de las especificaciones técnicas que se 
encuentran en la placa de datos del interruptor, ya que se pueden tomar las 
precauciones necesarias para evitar un daño al equipo o lesiones al personal. Por 
ello, una placa de datos debe llevar, como mínimo [2]: 
 
a) Interruptor: 
 Fabricante 
 Normas 
 Número de serie 
 Tensión máxima de servicio (kV). 
 Corriente nominal (A). 
 Frecuencia nominal (Hz). 
 Potencia de ruptura nominal simétrica a la tensión de servicio (MVA). 
 
b) Comando 
 Fabricante 
 Marca y número 
 Tensión nominal (V) 
 Tipo de corriente, C.C. ó C.A. 
 Frecuencia nominal, (Hz) (cuando corresponda) 
 Corriente máxima para enganche (A). 
 Corriente máxima para desenganche (A). 
 Presión nominal del aire (cuando corresponda) 
 Consumo de aire, referido a la presión atmosférica (l) por cada operación de 
cierre y apertura (cuando corresponda) 
 
 
CAPITULO 1: Interruptores de Potencia. 
22 
 
c) Transformadores de intensidad: (cuando corresponda) 
 Fabricante 
 Relación de transformación 
 Prestaciones (VA). 
 
Finalmente, al realizar el mantenimiento de los interruptores, si es necesario 
reemplazar alguna pieza, debe ser con las especificaciones de fábrica, del mismo 
material, esto con el fin de minimizar las fallas por falsos contactos [8]. 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
23 
 
 
 
Capitulo 2. 
 
 
 
 
 
Fallas de origen 
eléctrico. 
 
 
En este capítulo se analizan los tipos de fallas de 
origen eléctrico que se presentan en los 
interruptores de potencia. Se estudia las 
características de las descargas eléctricas 
realizando el análisis de su comportamiento. 
 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
24 
 
 
 
2.1 Tipos de fallas. 
 
Análisis de falla. 
 
Antes de iniciar el análisis de la falla, es imperativo que se hayan realizado todas las 
investigaciones, la recolección de datos y las pruebas. Un análisis hecho con 
premura puede llevar a establecer una hipótesis equivocada. 
 
Se recomienda revisar en detalle y completamente todos los datos antes de dar una 
interpretación final. Las hipótesis deben ser comprobadas contra los datos obtenidos 
en el campo y con el comportamiento de otros componentes del sistema. Toda 
hipótesis debe estar perfectamente sustentada por los datos disponibles, en caso 
contrario dicha hipótesis debe ser descartada. 
 
Fallas por la degradación de aislamiento sólido externo. 
 
La porcelana es el aislamiento externo más usado en interruptores. La “degradación” 
de la porcelana se produce cuandosu superficie se llena de contaminantes, tales 
como cenizas, emisiones de automóviles, niebla salina, polvos industriales, etc. 
Estos tipos de fallas se pueden evitar limpiando periódicamente la superficie de la 
porcelana o cubriéndola con alguna capa protectora que reduzca la acumulación de 
contaminantes. 
 
El análisis de este tipo de fallas y su definición es soportado por las marcas de 
arqueo o perforaciones de la porcelana. 
 
 
 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
25 
 
Fallas ocasionadas por tensiones transitorias. 
 
En ocasiones se producen sobretensiones transitorias en los sistemas, cuyas causas 
son las siguientes: 
 
a) Descargas atmosféricas. 
b) Operación de interruptores 
c) Contacto físico con un sistema de mayor tensión. 
d) Cortos circuitos repetitivos 
e) Interrupción de una corriente forzada a su valor cero 
f) Resonancia en circuitos serie inductivos capacitivos. 
 
Una tensión transitoria excesiva puede iniciar la falla. El diagnóstico requiere de un 
conocimiento detallado de las condiciones del sistema y del estado del interruptor 
(cerrado, abierto, cerrando o abriendo) en el momento de la falla. Si el interruptor 
estaba abriendo en el momento de la falla, se pudo haber producido una descarga 
atmosférica o una sobretensión transitoria debido a la operación de otro interruptor, 
que provocaron la falla. El análisis de fallas para este tipo de situaciones, es a 
menudo posible debido a la disponibilidad de registros automáticos durante las 
fallas. 
 
Fallas de resistores, capacitores y transformadores de corriente. 
 
Algunas fallas de interruptores se originan por fallas de los accesorios, tales como las 
resistencias de apertura y cierre, capacitores de graduación de tensión y de control 
de la tensión transitoria de ruptura (TTR) y los transformadores de corriente (TC’s). 
Estos accesorios generalmente fallan en forma violenta, causando daños a las 
cámaras de interrupción o a otras partes. 
 
a) Las fallas de las resistencias de post-inserción para la apertura, así como de las 
de pre inserción para el cierre, pueden ser causadas por la operación incorrecta de 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
26 
 
sus propios contactores; por sobrecalentamiento de las resistencias, causado por un 
exceso de aperturas y cierres rápidos, por la infiltración de humedad o por defectos 
de los propios resistores. 
 
b) Las fallas de los capacitores han sido causadas por la infiltración de humedad, 
fugas de aceite e infiltración de SF6, o por defectos de los capacitores. 
c) Las fallas de TC’s, pueden ser debidas a defectos propios de los TC’s, a 
infiltración de humedad o a la apertura accidental del circuito del secundario. 
 
Fallas del dieléctrico y de las cámaras de interrupción. 
 
Interruptores de SF6, presión simple tipo “puffer” Fallas por pérdida de SF6. 
 
La pérdida de SF6, suficiente para ocasionar una falla en los interruptores de alta 
tensión, es rara, sobre todo si los interruptores tienen dispositivos compensadores de 
temperatura y presión que hacen sonar una alarma o disparan los interruptores antes 
de que se alcance una situación de daño inminente. Es claro que una pérdida grande 
y súbita de gas, puede ser demasiado rápida para ser detectada por dichos 
dispositivos. Una falla del “disco” relevador de presión, por ejemplo, va a causar una 
caída de presión más rápida que lo que el dispositivo detector pueda actuar. 
 
Fallas por degradación del SF6. 
 
La degradación del SF6 puede darse por la adición de vapor de agua, aire u otros 
gases producto de la descomposición del propio SF6. La presencia de vapor de agua 
en el SF6, que ha sido sujeto a arqueo o corona, puede degradar rápidamente 
muchos tipos de aislamiento sólido. 
 
El agua en la superficie de un aislador puede reducir de manera importante su 
capacidad dieléctrica a causa de la combinación con los átomos libres de flúor, otros 
componentes de flúor del SF6, y compuestos metálicos de flúor producidos por 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
27 
 
arqueos, los cuales aparecen como polvos de color obscuro en las cámaras de 
interrupción. Estos compuestos se combinan rápidamente con el agua, en forma de 
vapor o líquido, para formar ácidos fluorhídricos muy fuertes, los cuales son muy 
buenos conductores. El hielo no ha producido ningún efecto en los aisladores con 
SF6; no obstante no es deseable la presencia de hielo, a causa de que rápidamente 
se convierte en agua líquida sobre el aislador. 
 
El análisis de fallas debida a la presencia de agua, ya sea líquida, sólida o como 
vapor, no puede ser determinada después de una falla de arqueo. Sólo la revisión y 
medición periódicas del contenido de humedad es la única forma de concluir sobre la 
presencia de cantidades importantes de agua que provocaran la falla. 
 
El aire mezclado en concentraciones mayores al 20% puede reducir 
significativamente la rigidez del SF6. El aire tiene un gran efecto en el 
comportamiento a la interrupción. 
 
Fallas debida a la licuefacción del SF6. 
 
La rigidez dieléctrica del SF6 en casi todas las aplicaciones, es directamente 
proporcional a la densidad del gas y cuando este empieza a licuarse y se condensa 
como liquido, entre –30°C a –40°C, la densidad del gas remanente se reduce y 
puede presentarse una falla. 
 
Fallas debidas a la degradación del aislamiento sólido interno. 
 
El aislamiento sólido en interruptores de presión simple, se selecciona para soportar 
el ambiente interno, incluyendo los productos derivados del arqueo en SF6. Algunos 
de los aisladores sintéticos no son resistentes al seguimiento de las reacciones en 
cadena (tracking) en atmósferas de SF6. 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
28 
 
Todo el aislamiento reforzado con fibra de vidrio, es susceptible de tracking (o rastreo 
de falla), a menos que la fibra de vidrio esté completamente sellada y alejada de los 
productos del arqueo. De igual manera los aisladores sintéticos rellenos de cuarzo, 
también son susceptibles al deterioro del material aislante con los productos del 
arqueo en SF6. Al analizar estas fallas es fácil encontrar los caminos carbonizados 
y/o erosiones en los aislamientos y concluir sobre este tipo o modo de falla. 
 
 
Fallas de las cámaras de interrupción. 
 
a) Las tolerancias de fabricación inadecuadas de los contactos principales, de los 
contactos de arqueo, así como de las toberas, pueden ser una causa de falla. 
 
b) Si la velocidad de apertura está fuera de tolerancia puede ser causa de falla. En 
este caso la búsqueda de la falla se debe dirigir al daño causado por el arco, así 
como a la medición del viaje de contactos antes y después de la falla. 
 
c) Otra causa de falla puede ser una baja de presión en el gas de extinción. 
 
d) El desgaste excesivo de contactos y toberas, puede también causar la falla de la 
cámara de extinción. 
 
Interruptores en SF6, doble presión. 
 
Lo que se dice para los interruptores se presión simple es también válido para fallas 
de interruptores en SF6 de doble presión. Sin embargo, este tipo de interruptores 
tienen otros problemas y fallas adicionales. Los compartimentos de alta presión 
operan con gas a alta densidad, por lo que la licuefacción se puede dar a 
temperatura ambiente y esta es la razón de que se utilicen calentadores y lleva 
también a la necesidad de que el sistema de circulación de gas, requiera de la 
operación frecuente del compresor. 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
29 
 
 
Los interruptores de doble presión tienen más sellos y conexiones que pueden dar 
lugar a una falla. Para la mayoría de los interruptores de doble presión, la 
licuefacción de gas aislante en el sistema de baja presión, se produce entre los 
–30°C a –40°C y para el sistema de gas a alta presión, entre los 5°C y 15°C. 
 
2.2 Procedimiento de investigación del interruptor depotencia. 
 
Para el diagnóstico de la falla en el interruptor de potencia, de acuerdo con los 
artículos de la CIGRÉ se consideran algunos de los siguientes puntos para el 
proceso de investigación [9]: 
 
a) Antes de mover o desmontar cualquier parte para documentar la evidencia visual 
tomar fotografías de buena calidad que muestren una vista general desde todos los 
ángulos, así como detalles de acercamiento. Si se requiere desmontar o 
desensamblar el equipo, se deberán tomar fotografías en cada paso, con un letrero 
alusivo que aparezca en la foto. Si es posible registre en vídeo y grabe todas las 
observaciones. 
 
b) En la medida de lo posible registre la posición de todos los relevadores y de sus 
ajustes, así como de los registros de lecturas antes de desconectar la alimentación 
del control. 
 
c) A la brevedad, entrevistar a los testigos. 
 
e) Tomar muestras de aceite, gas, aire, etc., verificando si los sistemas 
correspondientes han estado funcionando adecuadamente. 
 
f) Llamar al fabricante y definir si desea enviar a alguien para que esté presente 
durante el análisis de la falla. Definir si se requiere la ayuda de algún consultor o 
experto externo o de alguna otra área. 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
30 
 
 
g) Establecer una secuencia de la falla y revisar las evidencias en base a este 
supuesto. 
 
h) Todas las partes y evidencias deberán ser conservadas hasta que se complete la 
investigación. Evitar limpiar y quitar cosas con rapidez y sin precaución. 
 
i) Identificar los sucesos previos inmediatos, los inmediatos siguientes, así como los 
simultáneos con la falla. 
 
j) Recabar y revisar la información técnica del fabricante, como dibujos y reportes de 
prueba específicos. 
 
k) Analizar cada subsistema con la mayor exactitud: sistema de disparo, incluyendo 
la fuente de energía que requiere, los contactos y su movimiento para el circuito 
principal, contactos auxiliares, sistemas neumáticos (gas, aire y líquido). 
 
l) Revisar los registros y/o bitácoras de mantenimiento, para ver si hay algún trabajo 
realizado recientemente o algunos que se hayan hecho con frecuencia. A menudo 
las fallas son el resultado de daños causados durante los procesos de 
mantenimiento. 
 
m) Abrir el acceso al interruptor, revisar la parte interna y desmontar o desensamblar 
partes hasta donde sea necesario. Evite desmontar o desensamblar partes sin la 
presencia del personal experto. 
 
n) Inspeccionar externamente el interruptor; ver si hay perforaciones, huellas de arco 
eléctrico, partes quemadas, metal erosionado, metal fundido, huellas de presión 
excesiva, etc.; fuga de fluidos (humo o aceite). 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
31 
 
o) Registrar la posición de todos los mecanismos de operación, incluyendo contactos 
auxiliares, soportes, sujeciones, enlaces, interruptores de presión, válvulas y 
controles. Es necesario desconectar la alimentación antes de liberar el mecanismo 
de almacenamiento de energía. 
 
p) Si se produjo explosión durante la falla tome nota de las distancias que viajaron 
las partes lanzadas si es el caso; así como del tamaño de las partes, el tipo de 
partes, etc. 
 
q) Hacer un plano de localización de las partes arrojadas. Revise las partes con 
huellas de arco eléctrico, etc., antes de iniciar los trabajos de limpieza. Tomar 
fotografías, película, hacer dibujos, según sea lo más conveniente. 
 
2.3 Física de las descargas. 
 
Coeficiente de primera ionización de Townsend [10] 
 
En ausencia de campo eléctrico la tasa de electrones y de iones positivos de 
generación en un gas ordinario es contrario por el decaimiento del proceso y del 
estado de equilibrio existente. Este estado en equilibrio se ve perturbado por la 
aplicación de un campo muy elevado. La variación de la medición de corriente en el 
gas entre dos electrodos en paralelo, se estudia en función a la primera aplicación de 
tensión de Townsend. 
 
 
Townsend encontró que la corriente en el primer incremento proporcional de la 
tensión y la constante remanente de un valor cercano a i0 corresponde a un valor de 
corriente a tierra o corriente de saturación, y si el cátodo es irradiado con luz 
ultravioleta, i0 proporciona una corriente fotoeléctrica. Cuando hay tensión alta, la 
corriente se incrementa por encima del valor de i0 en una tasa exponencial. La 
relación del patrón de generación de la corriente-tensión se observa en la 
figura No. 6. 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
32 
 
 
Figura No. 6. Relación corriente-tensión 
 
Townsend describe que el incremento en la corriente más allá de la tensión provoca 
la ionización del gas debido a la colisión de electrones. Si el campo incrementa, los 
electrones dejan el cátodo y son acelerados más y más debido a las colisiones entre 
ellos con mayor energía lo que origina la ionización al colisionar con las moléculas o 
átomos del gas. 
 
Para explicar este incremento de corriente, Townsend introduce un coeficiente de 
primera ionización, el cual se define como el número de electrones producidos por un 
electrón por unidad de longitud de ruta en la dirección del campo. Esto, si se asume 
que n es el número de electrones en la distancia x del cátodo en la dirección del 
campo. 
 
La acumulación de carga espacial en espacios interelectródicos es importante en 
procesos de rupturas eléctricas. Cuando ocurre una ionización aparece una 
separación de cargas a causa de un campo eléctrico aplicado debido a las 
diferencias de polaridad de los diferentes iones producidos [11]. 
 
 
 
C
or
rie
nt
e 
V1 V2 V3 V4 
i0 
Tensión 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
33 
 
 
 
El estudio de la física de las descargas eléctricas se apoya principalmente en la 
medición de las variables que influyen en su desarrollo, tales como la tensión de 
ruptura, el campo eléctrico, corriente eléctrica, carga inducida, velocidad de 
propagación y la luz emitida. 
 
Estos factores ayudan a la comprensión de los procesos que originan a las 
descargas eléctricas, para generar posteriormente modelos semi empíricos que 
permitan predecir su comportamiento en medios gaseosos, líquidos o sólidos. 
También es importante el analizar los efectos de otros factores de origen ambiental 
tales como la temperatura, humedad y presión en el espacio donde se origina el 
fenómeno. 
 
Para el estudio de las descargas eléctricas generalmente se cuenta con modelados 
por etapas de la pre descarga y de la descarga en sí. Por ejemplo el modelo de 
streamers y líderes; modelos de campo eléctrico por algún método de simulación de 
carga o por el método de elemento infinito, modelos semi empíricos de tensiones de 
ruptura. 
 
 
Ruptura eléctrica en medios gaseosos bajo campos no uniformes [11]. 
 
En campos no uniformes la ruptura no está directamente relacionada; aun cuando la 
condición de auto sostenimiento sea satisfecha la descarga no necesariamente 
conducirá a la ruptura puesto que el coeficiente efectivo de ionización y las diversas 
etapas de la descarga (resplandor, corona, líder) están bajo control de la formación 
de carga espacial, es decir bajo la distribución de campo eléctrico dependiente de las 
coordenadas espacio-temporales. 
 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
34 
 
 
En pequeñas separaciones interelectródicas un streamer puede pasar la separación 
de los electrodos sin provocar ruptura; también es posible obtener una ruptura 
siempre y cuando el potencial aplicado del coeficiente de ionización sea menor a 
cero en cualquier parte a lo largo del espacio ionizado que une a los electrodos 
después de que el streamer primario ha atravesado dicha separación. Puesto que en 
cualquier lugar es menor que cero; es de esperar que la descarga eléctrica 
desaparezca debido a la captura eléctrica que no ocurre. 
 
La teoría de los streamers de Meek (1942) ayudan a modelar unadescarga descrita 
por la variación de la densidad de electrones en el canal ionizado y la aparición de 
streamers secundarios, sin embargo estos no pueden predecir una ruptura donde el 
coeficiente de ionización sea menor a cero. Por esto se requiere de un modelo 
ramificado que permita analizar esta posibilidad. 
 
El origen de la trayectoria de la descarga eléctrica también está fuertemente ligado a 
la polaridad con la que se genera. En experimentos realizados por Domens et al 
(1991) y D. B. Watson et al (1992); encontraron que para tensiones con polaridad 
negativa, las descargas ocurren muy cerca de la axial del electrodo al plano. 
 
La trayectoria de la descarga eléctrica está íntimamente influenciada por la polaridad 
del potencial aplicado. Cuando este es positivo en el electrodo punta, los electrones 
libres en el aire son atraídos hacia él [11]. 
 
En la zona de campo intenso cerca de la punta del electrodo, los electrones se 
multiplican por el impacto electrónico, de esta forma se acumula enfrente del ánodo 
una carga espacial positiva. Cuando se aplica tensión con polaridad negativa la 
punta del electrodo acelerará electrones desde ella produciendo una descarga 
corona y generando una carga espacial positiva. 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
35 
 
Físicamente, para que la descarga en polaridad positiva ocurra lejos del eje axial, se 
necesita que la componente radial del campo eléctrico viaje evitando a la carga 
espacial. Cuando el electrodo punta tiene polaridad negativa, debido a la carga 
espacial positiva, la resultante del campo es casi paralela al eje lo que genera que la 
descarga sea muy próxima a él, como se aprecia en la figura siguiente. 
 
 
 
Figura No. 7. Esquema representativo del campo eléctrico cerca del electrodo punta. 
 
Como puede apreciarse en la figura, a) Una columna cilíndrica de carga espacial 
produce un campo radial E2. b) Para una punta con polaridad positiva un campo 
eléctrico E1 junto con el campo de la carga espacial E2 producen un campo E 
incrementado y una descarga viajando en una trayectoria fuera de la axial. c) Para 
una punta con polaridad negativa el campo E resultante y la trayectoria de la 
descarga están cerca del eje axial. 
 
Ruptura directa. 
 
En arreglos con los campos ligeramente no uniformes o uniformes el inicio de la 
descarga conduce a la ruptura, especialmente a bajas presiones y en separaciones 
pequeñas entre electrodos. La carga espacial en este caso no tiene una influencia 
significativa. 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
36 
 
Ruptura por streamers. 
 
En separaciones electródicas pequeñas con asimetrías notorias, los streamer 
originados desde el electrodo activo siempre atraviesan el espacio interelectródico y 
provocan la ruptura del mismo. Debido a que sus energías involucradas son 
demasiado pequeñas para generar un líder, la ruptura se debe a un proceso de 
chispa. 
 
En grandes separaciones electródicas, cuando se aplican tensiones positivas en 
tiempos de cresta cortos, ocurren descargas directas que no son producidas por un 
líder, ya que no existe tiempo suficiente para generarse. 
 
Ruptura por líder. 
 
Cuando un impulso de maniobra de larga duración se aplica a un gran claro, el 
elemento predominante en el fenómeno de pre ruptura es la formación de un líder. La 
carga espacial depositada en el claro por la primera corona causada por el canal 
guía o líder; el cual eventualmente conduce a la ruptura. 
 
La carga espacial creada durante la primer corona puede tener un efecto doble: 
incrementar la probabilidad de ruptura al formar la fase inicial del proceso de líder o 
puenteando el espacio interelectródico puede interactuar con el electrodo opuesto; o 
de otra forma el efecto de la carga espacial, decreciendo la probabilidad de ruptura. 
 
Canal de la ruptura eléctrica. 
 
La descarga brillante de baja impedancia y gran densidad de corriente eléctrica que 
ocurre en el espacio interelectródico posterior al proceso de pre descarga, ha sido un 
fenómeno físico pobremente explicado. De acuerdo con la teoría de Meek se trata de 
una onda de potencial que pasa por el cátodo al ánodo después de que los 
streamers puentean la separación electródica [11]. 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
37 
 
 
Algunas literaturas reportan investigaciones sobre rupturas bajo la presencia de 
campos magnéticos transversales producidos por corrientes que circulan en los 
electrodos y el campo, magnético autoinducido producido por la corriente de ruptura 
que no se considera. 
 
La ruptura en gases a presión ambiente es el principio característico de un fenómeno 
eléctrico acompañado por luz y sonido. La ruptura se observa como un canal brillante 
el cual siempre comienza como hilo estrecho expandiéndose radialmente en el gas a 
una velocidad superior a la de la onda sonora producida por la expansión del canal. 
 
Debido a la transición de la corriente se incrementa rápidamente, el gas calentado 
provoca una abertura del canal de la descarga debido a fuertes gradientes de 
temperatura y presión. 
 
La expansión aparece continua después de que la corriente alcanza un valor máximo 
aunque a una velocidad más reducida, y el tamaño del canal parece ser más grande 
para valores de corriente mayores. Dicha expansión es el resultado de la energía 
adicional suministrada al gas en la trayectoria de la ruptura. 
 
 
Estructura de las descargas eléctricas en tensión de impulso [11]. 
 
Las descargas eléctricas son generadas en la mayor parte de los casos en etapas; 
las cuales son: 
 
Ausencia de la descarga. 
 
Se caracteriza por un fuerte incremento en el campo eléctrico desde el incio de la 
tensión de impulso, sin presencia de la luminosidad. 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
38 
 
Corona. 
 
Se inicia en el electrodo en el primer instante en el que el campo eléctrico alcanza un 
valor crítico. Durante esta etapa pueden presentarse uno o varios periodos oscuros 
primarios, debido a que el potencial aplicado aumenta para producir una nueva 
corona. 
 
Líder. 
 
La etapa de periodos oscuros primarios termina cuando aparece una franja brillante 
o líder. En el primer tiempo con una tensión de inicio. Después de la primera 
aparición del líder, la descarga puede parar una vez en un tiempo donde el potencial 
aplicado aumenta generando un segundo líder cuando aparase nuevamente una 
corona, pero ahora en un incremento instantáneo de la longitud de líder. La ausencia 
de la luminosidad puede ocurrir varias veces. 
 
Líder continuo. 
 
Cuando el incremento de la longitud del líder empieza a ser continuo, los periodos 
oscuros secundarios terminan y comienza la etapa del líder continuo, llevando 
consigo un tiempo y un potencial en su aparición. Durante toda su propagación, el 
extremo del líder es precedido por streamers, la longitud de estor filamentos 
aumenta ligeramente en esta etapa. 
 
Salto final. 
 
El salto final se inicia en el instante cuando los streamers alcanzan a tocar el 
electrodo opuesto al de fuente, aumentando la velocidad de propagación del líder, 
cortocircuitando los electrodos debido a la conductividad alta del líder. 
 
Capitulo 2: Fallas de origen eléctrico. 
39 
 
Es decir, el salto final es el estado terminal de propagación del líder caracterizado por 
un rápido incremento de la corriente. La generación del líder final trae consigo un 
aumento de la luminosidad. Todos estos pasos se ilustran en la figura numero 8. 
 
 
 
Figura No. 8. Etapas de una descarga eléctrica. 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
40 
 
 
 
Capitulo 3. 
 
 
 
 
 
Procesamiento digital de 
imágenes de fallas 
eléctricas. 
 
 
En este capítulo se presentan los pasos del 
procesamiento digital de imágenes de fallas 
eléctricas, tomando como referencia el 
procesamiento de imágenes deuna descarga 
atmosférica para después ser aplicado en las 
imágenes de interruptores de potencia. 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
41 
 
3.1 Lectura y manipulación de la imagen. 
 
Con este proceso se obtendrá una imagen óptima de una descarga atmosférica, para 
realizar un conteo factible de los nodos y segmentos de dicha descarga. Este método 
servirá para procesar imágenes de fallas eléctricas en interruptores de potencia para 
diagnosticar el origen del fenómeno. 
 
Para lograrlo se emplea un algoritmo en MATLAB, el cual se basa en la obtención de 
valores de índice de color de pixeles, los cuales conforman un arreglo matricial; ya 
que MATLAB interpreta de esta forma a una imagen. 
 
Paso 1: Lectura de la imagen. 
 
Como se muestra en la figura No. 9, en pantalla aparece una imagen en composición 
de color real (RGB); esto quiere decir que la imagen original está compuesta por tres 
capas de color en diferentes tonos, correspondientes a los colores primarios los 
cuales son: rojo (R), verde (G), y azul (B). 
 
 
 
Figura No. 9. Imagen original de la descarga atmosférica. 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
42 
 
 
 
Para el llamado de la imagen, se emplea la instrucción “imread”, la cual requiere de 
la dirección específica de la imagen que se desea procesar en el equipo de cómputo. 
Con la instrucción “imshow” se visualiza la imagen requerida en el procesamiento, 
cada pixel que compone a la imagen contiene tres índices de color diferentes, que 
corresponden a cada una de las capas de la imagen original. 
 
Para continuar con el procesamiento, se requiere descomponer la imagen original en 
capas, con esto se podrá manipular un solo índice de color en cada pixel. Como se 
puede observar en las imágenes 10,11 y 12. 
 
 
 
 
Figura No. 10. Imagen de la capa roja (R). 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
43 
 
 
 
Figura No. 11. Imagen de la capa verde (G). 
 
 
 
 
Figura No. 12. Imagen de la capa azul (B). 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
44 
 
Mediante un criterio de observación de las capas entre sí, se selecciona una capa 
óptima para ser procesada. Para esto se observa en cuál de las capas la descarga 
es más nítida. En este caso se elije la capa de color verde, ya que en ella se nota 
claramente la ruta de descarga. A diferencia de de la capa roja que es más obscura y 
la azul es muy clara. 
 
3.2 Obtención de valores de la imagen. 
 
Paso 2: Obtención de los índices de color de los pixeles de la imagen. 
 
Mediante la instrucción “imtool”, se hace uso de un vinculo, el cual cuenta con varias 
herramientas que resultan útiles para la obtención de los valores de una imagen; 
tales como los índices de color de cada pixel y de un histograma de la distribución de 
los pixeles que integran a una imagen. 
 
Para ver los valores de índices de color de cada pixel, se usa la tecla “inspect pixel 
values”, la cual permite conocer el tamaño de la imagen e imprime en pantalla un 
arreglo matricial de la distribución de cada uno de los pixeles con su respectivo 
índice de color. 
 
En la figura No. 13 se muestra el vínculo abierto por la instrucción imtool, donde 
aparecen las herramientas que permiten observar la distribución de los índices de 
color de los pixeles, ajuste del contraste y datos característicos como el tamaño y 
formato de la imagen. 
 
En la figura No. 14, se observa una representación matricial de los pixeles de tal 
forma que, en la figura No. 18 a) se muestra una matriz total con todos los pixeles; y 
en la figura No. 18 b) se muestra una parte de todos los índices de color de la capa 
verde. 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
45 
 
 
 
Figura No. 13Vinculo abierto de la instrucción imtool (B). 
 
 
Figura No. 14. Distribución matricial de los pixeles. 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
46 
 
Debido a que la imagen tiene un tamaño de [400x314], es necesario usar solo una 
parte de la imagen para manipular una matriz más pequeña; esto permite una menor 
saturación de la memoria del programa y una mejor visualización de la distribución 
matricial de los pixeles de la imagen. 
 
Para ello se hace una estimación de un número requerido de filas y columnas con 
ayuda del mapa de pixeles abierto anteriormente, para la formación de una nueva 
imagen que sirva para el procesamiento digital. 
 
Mediante un arreglo, se puede “cortar” la imagen de acuerdo a cierto número de filas 
y columnas de la capa óptima, interpretando cada pixel como un punto en un plano 
cartesiano. Para este caso se estima una longitud de la fila 1 a la 240, y un ancho de 
la columna 158 a la 199; con lo cual se obtiene una matriz de [240x42], la cual da 
origen a la figura No. 15. 
 
 
 
Figura No. 15. Muestra de la capa óptima. 
 
 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
47 
 
 
Para apreciar de forma óptima los índices de color, se puede dividir la imagen 
muestra con el fin de manipular matrices más pequeñas, con esto se visualiza una 
región más grande de los pixeles de cada cuadro. Para este caso se dividirá la 
muestra en cuatro partes iguales; así se obtienen matrices de [60x42], tal como se 
muestra en la figura No. 16. 
 
 
 
 
Figura No.16. Cortes en partes iguales de la muestra permanente. 
 
 
 
Para ejemplificar, en la figura No. 17 se muestra una parte de la matriz del cuadro 
número 1, de esta forma se “explora” fácilmente la matriz de pixeles para identificar 
los índices de color próximos al blanco puro. De igual forma se busca en los cuadros 
siguientes para encontrar la continuidad de la descarga. 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
48 
 
 
 
Figura No. 17. Matriz de índices de color del cuadro 1. 
 
Paso 3: Adelgazamiento parcial de la ruta segmentada. 
 
Para este paso se requiere de un histograma que represente la distribución y 
concentración de los índices de color de la imagen seleccionada. Dicho histograma 
debe permitir crear un espectro de luminosidad ficticio. 
 
Esto significa que sobre la imagen en cuestión se deberá sumar o restar índices de 
color virtualmente, en otras palabras adicionar color blanco o negro sin distorsionar o 
modificar los índices de color reales. 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
49 
 
Mediante la tecla “adjust contrast” (que se encuentra en la barra de herramientas del 
vinculo de la instrucción imtool), se ajusta el contraste de la imagen gracias a la 
visualización de un histograma que describe la distribución de los índices de color 
existentes en la matriz. 
 
El ajuste se realiza a través de la propuesta de una media y una desviación estándar 
ficticias, con ello se genera un espectro que no altera los índices de color reales de la 
matriz. La media y la desviación estándar se proponen en base a los pixeles que se 
desean visualizar en la imagen. 
 
Para el caso de la imagen del cuadro 1, se elige una media que no interrumpa la 
continuidad de la ruta segmentada, por esto se propone una madia de 241 y una 
desviación estándar de 1. Tal como se muestra en la figura No. 18, la distribución de 
los índices de color son las barras azules y el espectro se simboliza con la parte roja 
sobre el histograma. 
 
 
 
Figura No. 18. Histograma del cuadro 1. 
 
Así se observar una trayectoria definida y sin ruido de la descarga, ya que solo se 
muestran pixeles del 240 al 255. 
 
Capitulo 3: Procesamiento digital de imágenes de fallas eléctricas. 
 
50 
 
 
 
Figura No. 19. Adelgazamiento parcial. 
 
En la figura No. 20 se observa que no se alteran los valores originales a pesar del 
ajuste de contraste. 
 
 
 
Figura No. 20. Índices de color.