Qué son y cómo medir descargas parciales (PD)¿Qué son las descargas parciales?
Las descargas parciales también conocidas como PD, son un fenómeno eléctrico en el cual se genera una descarga eléctrica.Esta sucede en un equipo el cual se encuentra en aislamiento respecto a otro equipo. Por ejemplo, dos líneas eléctricas o cualquier otro aparato de alto voltaje, separado por un aislante de cualquier tipo sea aire, solido o líquido, sufre una pequeña avería dieléctrica, permitiendo que se genere la descarga eléctrica.La norma IEC 60270 define las descargas parciales como “descargas localizadas de electricidad que sólo puentean parcialmente el aislante entre conductores”.Esto nos lleva directamente a que clasifiquemos los tipos de descargas parciales que se pueden encontrar ya que no solo puede ocurrir con aislantes gaseosos.
Tipos de descargas parciales PD
Descargas tipo corona
La descarga en corona es la descarga que se produce en el aire o el gas que rodea un conductor. Tiene lugar cuando el campo eléctrico localizado excede la tensión de ruptura del aire o el gas circundante
Las descargas parciales de corona se presentan en su mayoría en líneas de alta tensión o cualquier sistema que maneje un alto voltaje.
Lo que sucede con estas es que el campo eléctrico se hace tan fuerte que rompe la separación o el aislamiento que da el aire, provocando así la descarga. Esta es el único tipo de descarga que se puede apreciar sin equipo de medición debido a que produce luces y sonido.
La descargas de tipo corona no son dañinas o perjudicial en un entorno externo, sin embargo en equipos cerrados o ambientes internos pueden causar daños al ser prologadas. Estos se debe a que los gases creados por la descarga, tales como Ozono y monóxido de nitrógeno son corrosivos. En presencia de humedad el monóxido de nitrógeno se convierte en ácido nítrico. Estas sustancias al acumularse dañan los equipos y pueden finalmente provocar explosiones o quemar los equipos.
Descargas internas
Las descargas internas suceden en el interior del material aislante dieléctrico ya sea líquido o sólido. Están directamente asociadas a la presencia de cavidades en el material. Un ejemplo de descarga interna, es la que sucede en transformadores eléctricos.
El material aislante de los transformadores es líquido y se encarga de separar las bobinas dentro del transformador. En algunos casos se presentan burbujas dentro del líquido aislante, las cuales pueden conducir de forma parcial la electricidad, permitiendo así una descarga. Ante una descarga parcial el equipo se puede calentar y llegar a prenderse.
Si has apreciado alguna vez como un transformador ‘‘explota’’ es por el hecho de que el aislante presentó esta falla, por lo cual el mismo liquido al sobrepasar su temperatura habitual comienza a drenarse.
Las descargas internas son casi inevitables, ya que no emiten sonidos y tampoco son visibles.
Descargas superficiales
La descarga superficial es la que se produce en la superficie de un aislador;
Estas descargas ocurren en la parte externa o superficial del material solido dieléctrico. Normalmente estas ocurren por dos factores como lo son el alto voltaje y la humedad y cualquier otro agente contaminante en el aislante.
Las descargas superficiales tienen como resultado, la creación de rutas o caminos por donde las descargas se pueden conducir de mejor manera por el aislante. Esto último siendo totalmente perjudicial. En algunos casos las descargas superficiales avanzadas se conocen como treeing (árboles), ya que crean canales de conducción con patrones similares a las ramas de un árbol.
en el caso de los aislantes de polímero o resina encapsulados, pueden llegar a arder debido a que cada vez el sitio donde se produce la descarga crece conforme pase el tiempo.
Así mismo, los aislantes solidos como los de vidrio o cerámica pueden ser agrietados por continuas descargas parciales, sin embargo, si se les realiza mantenimiento adecuado esto se puede evitar.
Ahora que has visto que son las descargas parciales y cuáles son los tipos, te preguntarás ¿cómo debemos medir las descargas parciales? Muy buena pregunta, por ello a continuación daremos respuesta a ella.
¿Cómo medir las descargas parciales?
Cuando se inicia la descarga parcial, aparecen pulsos transitorios de corriente de alta frecuencia cuya duración oscila entre los pocos nanosegundos y el microsegundo; luego desaparecen y vuelven a aparecer repetidamente. Las corrientes procedentes de descargas de tipo PD son difíciles de medir a causa de su pequeña magnitud y corta duración.
Antes de saber cómo medir las descargas parciales debemos de conocer qué se mide en dichas descargas, las cargas o descargas están compuestas por coulombs, que no es más que amperio por segundo. Las descargas parciales comienzan en el orden de los picoCoulomb.
Sin embargo, también pueden medirse por otros medios que veremos a continuación.
Uno de los métodos que permiten medir tales corrientes es colocar una pequeña resistencia de medida de corriente en serie con la muestra, y ver en un osciloscopio la tensión generada utilizando un cablecoaxial del calibre adecuado. La salida de esta prueba se detecta generalmente como un cambio en la carga, y se expresa en pC. Esta es la base de la metodología descrita en la norma IEC 60270, en ocasiones denominada “medida de carga aparente”.
Las medidas que describe la norma IEC son ideales para medidas de laboratorio, en las que el sistema puesto a prueba se puede alimentar con una fuente de laboratorio limpia, se dispone de accesorios de prueba y el sistema se sitúa en el interior de una jaula de Faraday. Las medidas de campo no pueden realizarse con una jaula de Faraday y la fuente de alimentación suele distar mucho de una fuente ideal en tales casos.
Son medidas expuestas a ruido y, en consecuencia, menos sensibles.
Las tensiones transitorias a tierra (TEV) son picos de tensión inducidos en la superficie de las piezas metálicas circundantes. Estos se producen porque la descarga parcial crea picos de corriente en el conductor y, por tanto, también en las piezas metálicas conectadas a tierra situadas en las proximidades del conductor. Los pulsos TEV están repletos de componentes de alta frecuencia, como resultado de lo cual el conjunto metálico del sistema conectado a tierra presenta una considerable impedancia a tierra. Es el origen de los picos de tensión. Estos permanecen en la superficie de las piezas metálicas circundantes (hasta una profundidad de 0,5 micras en acero dulce a 100 MHz) y forman lazos de corriente alrededor de la superficie exterior allí donde exista una discontinuidad en la estructura metálica. Existe un efecto secundario por el que las ondas electromagnéticas generadas por la descarga parcial generan también picos TEV en las piezas metálicas circundantes, actuando tales piezas metálicas como una antena. Los picos TEV son fenómenos muy útiles para detectar y medir descargas parciales, ya que pueden detectarse sin efectuar conexiones eléctricas ni retirar ningún panel.
Medición acústica
Las medidas ultrasónicas se basan en el hecho de que una descarga parcial emite ondas sonoras. La banda de frecuencia de las emisiones suele centrarse en 40 kHz, pero se extiende hasta el área audible en el caso de descargas extremadamente perjudiciales. Las descargas internas no emiten ultrasonidos. La utilidad de la detección ultrasónica está, por tanto, restringida a descargas superficiales y descargas en corona.
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El proceso de medición acústica se lleva a cabo con equipos capaces de captar ultrasonidos, los cuales no pueden ser escuchados por el oído humano.
Debemos de saber que este proceso se lleva a cabo en su mayoría en sitios cerrados, ya que así se disminuyen los ruidos eléctricos que podrían encontrarse en el exterior.
Al producirse una descarga parcial, la fricción del voltaje con las moléculas de aire produce un sonido, el cual en algunos casos no es audible por el ser humano.
Con los equipos de medición de ultrasonidos, se obtendrá un valor de picos altos los cuales indicarán que tan grave es la descarga parcial. De esta manera, se puede realizar un mantenimiento preventivo para prevenir daños o reemplazar aislantes.
Este tipo de mediciones también se puede llevar a cabo en transformadores con un sensor ultrasónico, el cual se adhiere a las paredes del transformador y permite captar la onda creada por la descarga parcial. El cual se conecta monitor electrónico digital para amplificar la señal captada y un osciloscopio conectado a este. De esta forma se puede ver el grafico de la onda y conocer el tamaño de la descarga.
Medición de campo electromagnético
También se puede realizar una medida electromagnética para detectar o medir el tamaño de los picos generados por la descarga parcial.
La detección del campo electromagnético permite captar las ondas de radio generadas por la descarga parcial. Como ya se ha indicado anteriormente, las ondas de radio pueden generar picos TEV en la estructura metálica circundante. Puede lograrse una mayor sensibilidad de medida, especialmente a mayores tensiones, utilizando antenas UHF integradas o antenas externas montadas en separadores aislantes instalados en la estructura metálica circundante.
Esta se lleva a cabo con una antena de tipo UHF la cual estará completamente aislada a la estructura metálica.
De esta forma poder obtener una medición de la descarga y comprobar si el equipo necesitará ser reemplazado.
