Es importante describir la amplia variedad de
aplicaciones para las que se pueden utilizar las medidas de descargar parciales
(DPs), a continuación nos centramos en las medidas con osciloscopio más importantes:
1.- Laboratorios
de fabricación de máquinas eléctricas y su aparamenta
Como
herramientas de laboratorio, se utiliza para ayudar a los diseñadores de
equipos eléctricos de muchas formas. Además de asegurar que el producto dará un
servicio satisfactorio sin fallos, ayudarán a los ingenieros a seleccionar los
materiales aislantes utilizados, para producir un producto de menor tamaño pero
con la máxima vida útil.
2.- Control de
calidad de la producción
Habiendo establecido niveles máximos de descarga en la
etapa de diseño o para cumplir con las especificaciones del cliente, se pueden
utilizar técnicas de medición de descarga parcial para asegurar que la
producción se ajuste a la especificación. Las unidades que excedan un nivel de
descarga predeterminado, obviamente, se reservarán para una mayor investigación
y reparación. Mediante el uso sistemático de la medición del nivel de descarga
en la producción, se puede mejorar enormemente el nivel de calidad promedio de
los componentes y equipos eléctricos y reducir al mínimo el alcance de los
costosos fallos de campo.
3.- Mantenimiento
preventivo
Otra área de aplicación muy importante de las medidas de
descargas parciales (DPs) que está relacionada con el mantenimiento preventivo.
Con frecuencia, las grandes instalaciones de procesos se cierran debido a la
avería de algún componente eléctrico crítico como, por ejemplo, aparamenta,
transformadores, cables de alimentación o motores.
El reemplazo de tales componentes defectuosos
frecuentemente cuesta muchas horas y muchos días de parada en la producción.
Las pruebas periódicas de estos componentes durante los períodos normales de
mantenimiento a menudo pueden permitir la localización de fallos y la
sustitución de componentes sin pérdida de tiempo o producción. Este aspecto en
particular es un punto que nunca debe pasarse por alto.
4.- Diagnóstico
de averías
No siempre se sabe que las mediciones de descargas
parciales pueden diagnosticar con frecuencia la causa de fallos en la
producción. Por ejemplo, al probar cables es posible establecer si se están
produciendo descargas en la interfaz del conductor y el aislamiento, en la
cubierta exterior y el aislamiento o en el interior del propio aislamiento.
Esto permite que se tomen medidas correctivas en la planta de fabricación sobre
fallos que, de otro modo, tomarían un tiempo considerable para localizarlas.
Las descargas corona, son descargas localizadas en extremos
afilados o puntiagudos con potencial elevado, se pueden distinguir claramente
de las descargas que se produce en el interior del material aislante. A veces,
la descarga corona puede ser bastante inofensiva, pero también puede ser muy
dañina según su ubicación dentro del producto que se está probando. Esta
capacidad para distinguir la descarga parcial de la descarga corona en las
cavidades de los materiales aislantes tiene un valor diagnóstico considerable.
Los detectores de descargas pueden incorporar una
unidad de alarma que se puede ajustar de manera que si el nivel de descarga en
cualquier muestra que se esté probando excede un valor predeterminado, la
alarma sonará. Por lo tanto, una vez configurados, los operarios relativamente
inexpertos pueden realizar pruebas en línea con poca o ninguna supervisión.
5.- Cables
Se pueden probar longitudes cortas de cable (hasta 250
metros) en un circuito no equilibrado. Si se utilizan conos deflectores de
tensión, las descargas en la muestra pueden distinguirse de las de los
terminales del cable. Las pruebas de producción de cables de plástico pueden
llevarse a cabo mediante varios métodos. Un método, que se utiliza para
comprobar los conductores de cables con aislamiento de polietileno, consiste en
pasar el cable a través de un electrodo de agua desionizada, con el núcleo
conectado a tierra. El alto voltaje se aplica al aislamiento de polietileno por
medio del electrodo de agua. Se suele utilizar una unidad de alarma que
proporciona una señal cuando hay descargas superiores a una magnitud
preestablecida.
Posteriormente, se ideo otro método para la prueba durante
la fabricación de un cable aislado después del apantallamiento con un material semiconductor.
En este método, el alto voltaje se aplica al conductor y la detección y
ubicación de las descargas tiene lugar cuando el cable pasa sobre una serie de mecanismos
acoplados al detector de descargas.
Las longitudes de tambor y los cables instalados de más
de 250 metros pueden probarse utilizando una unidad de entrada especial
diseñada para coincidir con un circuito de prueba resistivo. El cable termina
en su extremo más alejado por un condensador de bloqueo en serie con una
resistencia de igual magnitud a la impedancia característica del cable, y
acoplado al detector de descarga en su extremo cercano a través de un segundo condensador
de bloqueo como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Circuito de prueba para largas
longitudes de cable
La calibración se realiza de forma normal,
determinándose el efecto de atenuación en el cable mediante la inyección de un impulso
de calibración en ambos extremos del cable. Se puede alcanzar una sensibilidad
de hasta 1pC y es independiente de la longitud del cable bajo prueba.
En los EE. UU., las especificaciones de prueba de
cables exigen la determinación de la característica de la descarga aparente.
Esto implica trazar y dibujar la relación entre el voltaje aplicado y la
magnitud de descarga para cualquier muestra dada. El modelo de detector de
descargas parciales de la foto dispone de salidas
para alimentar un registrador X - Y para este fin, de modo que estas pruebas de
rutina puedan ser realizadas por operadores semicualificados.
Detector de descargas parciales
6.- Máquinas
eléctricas
Las máquinas generalmente se prueban aplicando un
voltaje monofásico desde un transformador de prueba a los diferentes devanados
sucesivamente. Sin embargo, a menudo se pueden hacer pruebas con la activación
de la misma máquina si es un alternador, conectando la unidad de entrada del
detector de descargas al terminal neutro.
Sin embargo, los materiales aislantes resistentes a
las descargas (como la mica) se utilizan a menudo en las máquinas y el nivel de
descarga tolerable puede ser demasiado alto para que determinados modelos de
detectores de descargas los localicen. En tales casos el criterio que se suele
seguir es comprobarlas con las mediciones de la energía de descarga realizadas
con analizadores de pérdidas dieléctricas.
Analizador de pérdidas dieléctricas
7.- Condensadores
Los condensadores pequeños pueden probarse en un
circuito no equilibrado, pero para los condensadores grandes suele ser más
conveniente utilizar un circuito equilibrado con dos muestras. Con
condensadores grandes es importante que la inductancia residual tanto dentro de
los condensadores bajo prueba como en las conexiones externas sea pequeña, de
lo contrario pueden introducirse errores apreciables.
Los condensadores que están diseñados para su uso en
circuitos de CA deben descargarse a la tensión de trabajo después de haber sido
sometidos a una sobretensión representativa del sistema. La norma británica (BS
4029) requiere que los condensadores de iluminación fluorescente no se
descarguen a una vez y media la tensión nominal, después de una sobretensión de
tres veces la tensión nominal, seguida de un período de recuperación de 1,2
veces su tensión nominal.
8.- Transformadores
Los transformadores se pueden probar considerando el
transformador bajo prueba tanto como muestra como por transformador de prueba.
Se debe utilizar el circuito de la figura 2, pero omitiendo Cx. Puede haber una
atenuación apreciable en la transmisión del transitorio de descarga al punto de
medición y, aunque esto reduce la sensibilidad, puede usarse para proporcionar
un medio aproximado de localizar las descargas conectando el detector a los
distintos terminales del transformador uno a uno. Los factores de atenuación en
los devanados del transformador se pueden determinar utilizando el generador de
onda escalonada de calibración o el simulador de descarga para inyectar pulsos
de calibración en el devanado.
Figura 2: Circuito de prueba
desequilibrado para detección de descargas
9.- Materiales
en prueba
Otro aspecto es el control de calidad de los
componentes y equipos adquiridos, ya sea para su propio uso o para
incorporarlos en su propio equipo. Las descargas en materiales aislantes son graves
si exceden los niveles predeterminados y pueden costar mucho dinero en servicio
de campo y reemplazo. A continuación se ofrece un breve resumen de la
aplicación a una amplia variedad de componentes y equipos eléctricos.
9.1.- Barras
colectoras
Dado que el aislamiento de las barras colectoras debe
estar libre de descargas a la tensión de servicio, la medida que normalmente se
requiere es la de la tensión de inicio (o extinción) de descarga. Si se detecta
la presencia de descargas, será necesario medir su magnitud. Si hay conectores
disponibles en los extremos de los aisladores de apoyo, entonces la ubicación
de las descargas pueden determinarse en los aisladores o en las barras
colectoras.
9.2.- Aisladores
Los aisladores generalmente se prueban para determinar
la magnitud de descarga al voltaje de servicio. La sensibilidad requerida varía
desde 100 pC para aisladores de condensador de papel adherido con resina de 132
kV hasta 1 pC para aisladores de resina fundida de 11 kV.
9.3.- Materiales
Las pruebas de descargas parciales en materiales se
suelen realizar con el fin de determinar la magnitud y el número de descargas
en relación con el daño que pueden producir. Si se están produciendo tanto
descargas internas como externas, entonces se puede utilizar un anillo de
protección para distinguir las descargas de las dos fuentes.
Interpretación
de los oscilogramas
El instrumento responde a las descargas internas en un
condensador con dieléctrico de papel como se muestra en la Fig. 3. Las
descargas son aproximadamente iguales en magnitud pero opuestas en dirección en
las medias ondas positivas y negativas del voltaje de prueba, y ocurren en los
dos cuartos de ciclos opuestos, durante el cual el voltaje (magnitud) aumenta.
La respuesta del instrumento a las descargas internas
en un cable aislado de polietileno se muestra en la Fig. 4. En este caso, como
con todas las descargas internas, las descargas se ubican nuevamente frente a
los picos de voltaje, pero consisten en un pequeño número de descargas de gran
magnitud en la media onda negativa y un mayor número de descargas de pequeña
magnitud en la media onda positiva. Esto es característico de una vacuola de
aire localizada en el dieléctrico de un cable. Una respuesta similar, pero con
muchas más descargas en ambos semiciclos, ocurre en los condensadores
dieléctricos de plástico.
En la figura 5 se muestra una respuesta típica a las
descargas corona, como la que tiene lugar desde un punto agudo en el aire a
alto potencial. En este caso, las descargas se ubican más o menos
simétricamente con respecto al pico de voltaje y tienen una amplitud casi
constante. Estas descargas generalmente
ocurren en el pico de voltaje negativo.
El ruido de contacto produce la respuesta que se
muestra en la Fig. 6. Este ruido puede ocurrir, por ejemplo, entre las
lengüetas y láminas de un condensador. Estas descargas se distribuyen alrededor
del pico de corriente (voltaje cero) de la forma de onda de prueba.
Un excelente documento del Grupo de Trabajo 21.03 de
CIGRE (parte que estudia los Cables de Alta Tensión del Comité Nº. 21) titulado
"Reconocimiento de Descargas", brinda una valiosa ayuda adicional en
la interpretación de los patrones de las descargas parciales.
FUENTE:
Robinson Instruments
PARA SABER MÁS:
¿Qué son las descargas parciales?
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/que-son-las-descargas-parciales.html
Localización de descargas parciales
en Transformadores y Reactancias
https://imseingenieria.blogspot.com/2020/11/localizacion-de-descargas-parciales-en.html
Técnicas de medida de las Descargas
Parciales (Parte 1ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/tecnicas-de-medida-de-las-descargas.html
Técnicas de medida de las Descargas
Parciales (y Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/tecnicas-de-medida-de-las-descargas_18.html
Descargas parciales en
transformadores secos encapsulados
https://imseingenieria.blogspot.com/2015/10/descargas-parciales-en-transformadores.html
Ensayos de Descargas Parciales (DP’s)
en equipos de Alta Tensión
https://imseingenieria.blogspot.com/2015/07/ensayos-de-descargas-parciales-dps-en.html
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