Tipos de descargas parciales

Una descarga parcial (DP) es un fenómeno de rotura eléctrica que está localizado en un medio aislante, entre dos conductores que se encuentran a diferente potencial. Las descargas parciales ocurren debido a la existencia de un campo eléctrico elevado no uniforme y tienen como efecto el deterioro a lo largo del tiempo del sistema de aislamiento, es decir reduce su vida útil (ruptura de la rigidez dieléctrica).

La descarga parcial se produce por el estrés dieléctrico causado por la presencia de un voltaje alto y no homogéneo en los materiales de aislamiento. Las principales causas por las que aparece la DP son:

  • Distribución no homogénea del campo eléctrico.
  • Presencia de burbujas en aislamiento sólidos y líquidos.
  • Efectos puntuales que localizan el estrés dieléctrico en el aislamiento.
  • Presencia de humedad, grietas o arbolescencias de agua.
  • Presencia de contaminantes en la superficie de aislamiento.
  • Tensión que excede la rigidez dieléctrica de los materiales aislantes.

La gran ventaja que nos ofrece la prueba de DP es que permite analizar y diagnosticar el equipo durante la operación normal del mismo, ya que una caída de la intensidad de las DP se producen justo antes del fallo. Una vez detectado el problema se programaría la parada para realizar la acción correctiva.

DP drop before final failure

Las descargas parciales se engloban en 4 grupos principales:

Interna

Las descargas internas son normalmente debidas a cavidades dentro del aislamiento eléctrico. Las cavidades son puntos débiles dentro del aislante y son producidas normalmente por una mala fabricación o debidas al envejecimiento del material.
El campo eléctrico existente dentro de una cavidad es igual o superior al campo eléctrico que rodea al aislamiento. Esto es porque el gas tiene una rigidez dieléctrica inferior que el aislamiento que lo rodea y como resultado, las cavidades son puntos débiles dentro del aislamiento, donde se inicia la actividad de la DP.

La siguiente figura muestra cómo la DP emite pulsos en relación con la tensión aplicada. En esta figura Vc es el voltaje en la cavidad que es una fracción del voltaje aplicado Va. Cuando el voltaje en la cavidad alcanza U +, que es el voltaje de ruptura del gas dentro de la cavidad, se produce la descarga y el voltaje en la cavidad cae a V + donde la descarga se detiene.

DP interna

Debemos tener en cuenta que la humedad y el contaminante ambiental pueden formar capas sobre el aislante. Esta capa no deseada es una ruta a la corriente de fuga sobre la superficie del aislador. Esta corriente producirá calor en la superficie y generará evaporación que causará interrupción física en la capa contaminante.

Se generan grandes diferencias de potencial sobre las lagunas en la capa de contaminantes y pequeñas chispas pueden cerrar esas brechas. El calor de las chispas provoca la carbonización del aislamiento y conduce a la formación de pistas de carbono permanentes en la superficie.

Bajo tales condiciones, este proceso se desarrollará con el tiempo y eventualmente llevará a una descarga disruptiva y una falla completa del aislamiento.

 

Superficial

Debemos tener en cuenta que la humedad y el contaminante ambiental pueden formar capas sobre el aislante. Esta capa no deseada es una ruta a la corriente de fuga sobre la superficie del aislador. Esta corriente producirá calor en la superficie y generará evaporación que causará interrupción física en la capa contaminante.

Se generan grandes diferencias de potencial sobre las lagunas en la capa de contaminantes y pequeñas chispas pueden cerrar esas brechas. El calor de las chispas provoca la carbonización del aislamiento y conduce a la formación de pistas de carbono permanentes en la superficie.
Bajo tales condiciones, este proceso se desarrollará con el tiempo y eventualmente llevará a una descarga disruptiva y una falla completa del aislamiento.

DP superficial

Corona

La corona es un tipo de descarga que ocurre alrededor de puntos de conducción agudos a alta tensión cuando el gradiente de tensión, excede un valor crítico. El efecto corona se produce por la ionización del medio que rodea un conductor, también puede ocurrir en un punto marcado al potencial de tierra, además puede ser visible en forma de luz, típicamente un brillo púrpura, ya que la corona generalmente consta de microarcos.

El efecto Corona es un proceso de baja energía pero, durante un período de tiempo prolongado, puede degradar sustancialmente el aislamiento, causando fallas debido a la ruptura dieléctrica. Es decir que la presencia de efecto corona puede reducir la confiabilidad de un sistema de aislamiento. Además debemos destacar que los efectos de corona son acumulativos y permanentes, y la falla puede ocurrir sin previo aviso.

El efecto corona puede generar:

  1. Luz
  2. Radiación ultravioleta
  3. Sonido (silbido, crujido causado por la expansión de gases visibles)
  4. Ozono
  5. Nítrico y otros ácidos
  6. Sales (a veces vistas como depósitos de polvo blanco)
  7. Erosión mecánica de superficies por bombardeo iónico
  8. Calentamiento (generalmente ligero y especialmente en material aislante)
  9. Depósitos de carbono, creando un potencial camino de arco

En el caso de la aparamenta eléctrica, si el equipo incluido no está bien ventilado, la ionización puede reducir la resistencia dieléctrica del aire y la distancia de aislamiento más corta eventualmente causará un arco eléctrico de alta energía de fase a fase o de fase a tierra. La acumulación de ácido nítrico dentro de un espacio cerrado como el tablero de distribución con aislamiento de aire creará marcas de carbono en los materiales aislantes. El bombardeo de iones también destruye algunos materiales sólidos de aislamiento, convirtiéndolos eventualmente en polvoCorona effect

Arborescencia eléctrica

La arborescencia eléctrica se origina a partir de un punto defectuoso como un pequeño vacío de gas, un borde de electrodo agudo o una partícula metálica; en donde el campo eléctrico es alto. Esta descarga parcial puede generar ozono y luz ultravioleta y con el tiempo reaccionar con el material dieléctrico circundante y causar la descomposición generando así un nuevo vacío. Este punto débil puede crecer y crecer con el tiempo formando un árbol dentro del aislamiento. Este árbol puede crecer hasta el punto que causa una rotura completa.

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