La presencia de descargas parciales (DP) dificulta la capacidad de los componentes para aislar los materiales conductores, y estos daños pueden empeorar, provocando la pérdida del equipo, y en escenarios más graves, pueden aumentar el riesgo de incendios, descargas eléctricas, deterioro del equipo o incluso explosiones.
¿Qué son las descargas parciales?
Las descargas parciales son rupturas rápidas y pequeñas en el aislamiento de un material aislante o en su superficie, que pueden caracterizarse como señales eléctricas pulsantes incompletas, intermitentes y rápidas, del orden de nanosegundos. Es importante tener en cuenta que las descargas parciales no atraviesan todo el camino entre los conductores.
Estas descargas ocurren debido a la diferencia de potencial proporcionada por un campo eléctrico activo, duran menos de 1 ms y generalmente van acompañadas de sonido, luz, calor y reacciones químicas. Pueden ser iniciadas por vacíos, imperfecciones y grietas en componentes dieléctricos del equipo y pueden estar presentes en materiales sólidos o gaseosos. Como consecuencia, pueden provocar el deterioro del aislamiento, lo que lleva a complicaciones adicionales.
La presencia de DP dificulta la capacidad de los componentes para aislar los materiales conductores, y estos daños pueden empeorar, provocando la pérdida del equipo, y en escenarios más graves, pueden aumentar el riesgo de incendios, descargas eléctricas, deterioro del equipo e incluso explosiones.
¿Cómo y por qué ocurren las descargas parciales?
Las descargas parciales pueden ocurrir en varios componentes del sistema eléctrico, como transformadores, cables, aisladores, interruptores, pararrayos, conmutadores y generadores.
Estos eventos no deseados pueden ser desencadenados por una variedad de factores, incluyendo:
Activos envejecidos;
Condiciones climáticas adversas;
Defectos de fabricación;
Errores de diseño;
Falta de aislamiento;
Fallas mecánicas;
Materiales de baja calidad;
Sobrecarga del sistema eléctrico.
Características de la formación de descargas parciales:
Cavidades, incrustaciones por cuerpos extraños, dieléctricos heterogéneos, formación de rastros y erosión;
Problemas de superficie debido al efecto corona o formación de bandas con diferentes permeabilidades eléctricas (como puntas y otros efectos irregulares);
Juntas divisorias entre materiales de aislamiento diferentes.
Efectos de su formación:
Todos los tipos de descargas parciales se manifiestan a través de señales de alta frecuencia, como luz, sonido y/o arcos
eléctricos. Además, dependiendo del medio dieléctrico, ya sea gas, líquido o sólido, pueden ocurrir reacciones químicas.
Estos eventos se caracterizan por una variedad de fenómenos físicos y químicos que ocurren en el lugar, tales como:
Pulsos electromagnéticos conducidos e irradiados;
Luminosidad;
Ruido acústico;
Aumento de temperatura;
Reacciones químicas.
Clasificación de las descargas parciales:
1. Descarga de superficie
También conocida como rastreo superficial o formación de bandas secas y bandas húmedas, ocurre comúnmente debido a la humedad y la falta de mantenimiento, lo que lleva a la ruptura del aislamiento. Generalmente, esta falla se extiende hasta la pérdida completa del equipo.
Este tipo de DP ocurre cuando el componente del campo eléctrico que tangencia la superficie supera el valor crítico determinado, y en este caso, comienza el proceso de deterioro por Descarga Parcial. Este proceso puede llevar a la ruptura del aislamiento, conocida como rastreo.
2. Descarga corona
También conocida como descarga externa, ocurre cuando la descarga entra en contacto directo con el aire y se difunde por las superficies puntiagudas o esquinas de un conductor, emitiendo sonido y radiofrecuencia. En las etapas iniciales de la inducción de voltaje, pueden caracterizarse por el brillo de la superficie y corrientes de descarga debido a la formación de gases en la superficie del material. En este proceso químico se incorporan medios gaseosos que pueden generar ozono, causando más fisuras en el aislamiento de materiales compuestos por polímeros. El efecto corona también genera efectos de erosión en materiales sólidos, comunes en electrodos de aluminio o degradación de PEAD (polietileno de alta densidad) y silicona.
3. Descarga en vacío
Son fallas en el aislamiento que ocurren principalmente en sólidos, como en cables, bujes y uniones, lo que lleva a la formación de gases en cavidades y/o grietas en los espacios vacíos. También se conoce como descarga interna. Cuando ocurren en materiales líquidos, generalmente suceden en burbujas de gases debido al calentamiento del vapor de agua creado en regiones con alta intensidad de campo eléctrico.
4. Descarga en arco
Es una descarga eléctrica de mayor duración cuando se produce la ruptura eléctrica de un gas, produciendo plasma que se disipa por el aire u otro medio no conductor.
5. Descargas mixtas
Este fenómeno ocurre cuando hay dilataciones térmicas o esfuerzos mecánicos, formando laminación interna del dieléctrico, o por la formación de puntas en conductores con revestimientos insuficientes o desgastados.
Diagnóstico de las descargas parciales:
Para medir adecuadamente la descarga parcial, es necesario considerar el tipo de equipo y su aislamiento. Por ejemplo:
En subestaciones aisladas con gas, se puede medir mediante sensores de ultrasonido;
En aisladores, es perceptible a través de luz mediante cámaras anecoicas;
En generadores o grandes motores, mediante el método eléctrico al conectar sensores capacitivos en el estator;
En transformadores, mediante cromatografía de gases, ya que el aceite se degrada con la formación de gases de activación o mediante el análisis de la corriente de fuga.
HVEX ofrece una amplia gama de equipos de medición y monitoreo de descargas parciales. Si desea conocer más sobre nuestras soluciones, comuníquese con uno de nuestros consultores para encontrar la mejor opción para su caso.
Metodologías de diagnóstico de descargas parciales
1. Método Eléctrico
Se caracteriza por la medición de pequeñas señales a través de acopladores capacitivos. La calibración se realiza en función de la carga aparente, siendo el procedimiento de calibración estandarizado y los valores de las descargas parciales pueden compararse entre diferentes circuitos y objetos de prueba. Este método también puede adoptarse para probar la integridad del aislamiento para la mayoría de los equipos de voltaje, así como para pruebas de aceptación de equipos debido a su alta precisión y sensibilidad.
Ventajas:
Las principales ventajas del método eléctrico de medición de PD son las siguientes:
La calibración se realiza en función de la carga aparente;
Debido al procedimiento de calibración estandarizado, los valores de DP medidos en pC pueden compararse entre diferentes circuitos y objetos de prueba;
Es posible identificar el tipo de fuente de DP;
Puede adoptarse para probar la integridad del aislamiento para la mayoría de los equipos de voltaje;
Se puede utilizar para pruebas de aceptación de equipos debido a su alta precisión y sensibilidad.
Desventajas:
Ofrece una mayor complejidad para localizar la fuente de DP;
Con el aumento de la capacitancia del objeto ensayado, la sensibilidad disminuye;
Mayor propensión a interferencias electromagnéticas.
2. Método Acústico
La detección de descargas parciales mediante el método acústico busca registrar la señal acústica generada durante su ocurrencia. Estas señales son el resultado de una onda de presión generada por la liberación de energía de las descargas parciales, y su detección debe realizarse mediante el uso de sensores acústicos adecuados. En general, el rango de frecuencia para el cual los sensores deben operar está comprendido en el rango de 20-250 kHz.
En esta metodología, la adecuación de los sensores debe tener en cuenta la propagación de las ondas en el objeto de prueba para garantizar una alta precisión y sensibilidad en los registros.
El dimensionamiento de los hidrófonos de material piezoeléctrico se usa en medios líquidos.
Ventajas:
Las principales ventajas del método acústico para medir las DP:
No invasivo, relativamente barato y de fácil uso;
Mayor inmunidad a la interferencia electromagnética;
Localización eficiente de las fuentes de las DP.
Desventajas:
La calibración de la señal acústica en relación con la carga de descarga parcial no es posible;
No es tan conveniente para el monitoreo continuo de DP;
No es muy útil para la estimación del riesgo de defectos en transformadores, debido a la alta atenuación de la señal acústica;
Procesamiento de datos lento.
3. Método de Ultra Alta Frecuencia (UHF)
Se basa en detectar las emisiones electromagnéticas de los lugares de descarga en el aislamiento producidas por los pulsos de descargas parciales.
La ventaja del método UHF es que la relación señal/ruido obtenida en condiciones "in situ" es superior en comparación con la medición de DP descrita en la IEC 60270, lo que permite una mayor sensibilidad y precisión durante el procesamiento. Esto se debe a que, en altas frecuencias, las ondas electromagnéticas se atenúan más a medida que se propagan por el medio.
Ventajas:
Las principales ventajas del método UHF de medición de descargas parciales son:
Mayor inmunidad al ruido, lo que significa que el método UHF se puede usar para medir DP en entornos ruidosos;
Buena precisión para la localización de defectos en comparación con otros métodos;
Las formas de pulso y las frecuencias asociadas se conservan por los sensores UHF. Esto es importante porque diferentes tipos de defectos pueden generar señales de DP de diferentes formas y frecuencias, lo que en muchos casos ayuda en la identificación y localización de las descargas;
Elevado éxito en experimentos prácticos de medición y monitoreo en subestaciones aisladas con gas.
Desventajas:
En el método UHF, las mediciones no pueden calibrarse en términos de carga aparente;
El método UHF es menos flexible, ya que los sensores UHF y los accesorios relacionados suelen ser específicos de un tipo de equipo;
Alto costo en comparación con otros métodos.
4. Método Óptico
El objetivo de la metodología óptica es detectar radiación ultravioleta o infrarroja emitida por descargas parciales usando receptores que dependen del medio circundante (aire, hexafluoruro de azufre (SF6) y aceite) para la medición.
Ventajas:
Entre las principales ventajas del método óptico de medición de descargas parciales se encuentran:
Toda la medición está aislada galvánicamente, por lo que no hay influencias en las mediciones, que son inmunes a las señales no deseadas.
Desventajas:
Accesibilidad del sensor dentro del equipo;
Posibilidad de pérdida de calibración de los sensores ópticos;
Opacidad del medio, especialmente en aceites aislantes y pérdida de señales.
5. Método Químico
El método químico para la detección de DP es uno de los más tradicionales y consiste en el análisis cromatográfico de los gases disueltos en el aceite aislante del transformador, que provienen de las reacciones químicas que se producen por la degradación de los materiales aislantes del propio equipo.
La metodología se basa en que la cantidad y los tipos de gases disueltos en el aceite contienen información sobre fallas en el sistema de aislamiento.
Ventajas:
Entre las ventajas del método químico, según BRUNINI:
La eficiencia en la identificación de DP, a través del análisis cromatográfico de los gases presentes en el aceite;
La metodología consolidada con varias investigaciones consolidadas en esta área;
Permite identificar con facilidad la evolución de la formación de gases en el dominio del tiempo.
Desventajas:
Imposibilidad de medir la carga aparente de las DP;
No permite la localización de los pulsos de DP;
Los equipos de medición en línea son caros y en su mayoría requieren gas de arrastre o partes móviles.
Los sensibilizados por electrodos fijos no tienen una resolución suficiente en partes por millón para detectar las ocurrencias al comienzo de la formación de DP.
Protección contra descargas parciales: ¡medidas esenciales para equipos eléctricos de alta calidad!
En resumen, la medición es factible en todos los casos, pero cada equipo requiere una solución específica. Si el equipo analizado presenta descargas parciales por encima de los valores normativos, es probable que su capacidad de resistencia sea baja, lo que afectará su confiabilidad y conducirá a un proceso continuo de degradación.
Para garantizar la protección contra descargas parciales en equipos eléctricos, es esencial implementar medidas preventivas. Esto incluye la realización de ensayos según las normas de fabricación, el uso de dispositivos de protección y la adopción de mantenimiento preventivo con materiales y componentes de alta calidad.
Además, es fundamental realizar pruebas y diagnósticos periódicos en los equipos para asegurar su integridad y buen funcionamiento.
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