Comprender la descarga parcial: causas, efectos y soluciones

Causas de la liberación parcial

La descarga parcial (PD) ocurre en materiales aislantes cuando la tensión eléctrica localizada excede la resistencia dieléctrica del material en áreas específicas, típicamente dentro de espacios de aire, películas de aceite,o superficiesLas principales causas incluyen:

1. Concentración localizada del campo eléctrico:

   • PD se activa cuando la intensidad del campo local en un gas, líquido o región dieléctrica débil excede la intensidad del campo de ruptura.Esto ocurre a menudo en estructuras de aislamiento con bordes afilados o imperfecciones.
   • Ejemplo: El campo eléctrico concentrado en el borde de los electrodos o ranuras de las bobinas de motor de alto voltaje.

2. Las imperfecciones de la fabricación:

   • Durante la fabricación, los materiales aislantes pueden desarrollar burbujas de aire, películas de aceite o vacíos que reducen la resistencia a la ruptura en comparación con el aislamiento sólido.
   • Ejemplo: En transformadores fundidos, cables de plástico y sistemas de aislamiento sumergidos en aceite, tales defectos son comunes.

3. Estrés eléctrico:

   • Voltagem de cambio de dirección: PD ocurre más comúnmente bajo voltaje CA sinusoidal debido a la tensión continua impuesta por ciclos alternos.
   • Voltagem de corriente continua: Aunque es menos frecuente, la PD bajo voltaje CC todavía puede ocurrir, pero a tasas de repetición mucho más bajas que la AC.

4. Descargo de Corona:

   • En los bordes de los electrodos expuestos, la descarga de corona en el aire genera subproductos reactivos como el ozono, que pueden degradar químicamente los materiales circundantes.

Impactos de la liberación parcial

Las descargas parciales afectan significativamente la vida útil y la fiabilidad de los sistemas de aislamiento eléctrico.

1. Degradación del aislamiento:

   • Efectos físicosCada descarga produce electrones de alta energía, causando micro-cracking, debilitando la estructura de aislamiento.
   • Reacciones químicas: Las partículas cargadas y los gases reactivos generados por el PD (por ejemplo, el ozono) degradan la estructura molecular del aislamiento.

2. Descarga interna y superficial:

   • Descargo interno: Ocurre dentro de huecos, burbujas o películas de aceite, lo que lleva a una ruptura localizada del aislamiento.
   • Descarga superficial: Se produce a lo largo de la interfaz del aislamiento y el aire o el aceite, especialmente en áreas con una distribución desigual del campo.

3. Daño de componentes críticos:

   • Común en equipos de alto voltaje como transformadores, cables, condensadores y devanados de motor.
   • Con el tiempo, la actividad repetida de PD acelera el envejecimiento del aislamiento, lo que lleva a la falla del equipo.

4. Confiabilidad del sistema:

   • Las fallas de aislamiento relacionadas con la PD son una de las principales causas de fallos en los sistemas de energía de alto voltaje, especialmente en los transformadores de ultraalto voltaje.

Soluciones para la liberación parcial

El tratamiento de la descarga parcial requiere un diseño proactivo, monitoreo y estrategias de prueba.

1Mejoras en el diseño

• Minimizar la concentración del campo mediante el uso de bordes de electrodos redondeados y estructuras de aislamiento optimizadas.
• Eliminar los huecos y las lagunas de aire durante la fabricación mediante la aplicación de técnicas de impregnación al vacío en el aislamiento de papel de aceite.

2. Pruebas y detección

• Pruebas en fábrica:
  • Durante la fabricación, realizar pruebas de PD en cada unidad para garantizar la integridad del aislamiento.
  • Asegúrese de que la resistencia del campo de trabajo sea inferior a la resistencia inicial del campo de descarga del material aislante.
• Pruebas in situ:
  • Se realizarán ensayos de descarga parcial durante la instalación y la entrega del transformador para identificar los defectos latentes.
  • Supervisar el contenido de gas en el aceite del transformador; las altas concentraciones de gas indican una avería del aislamiento.

3. Monitoreo en línea

• La vigilancia en tiempo real de los sistemas de aislamiento proporciona una alerta temprana de la actividad de la PD en condiciones operativas.
• Los modernos sistemas de monitoreo en línea rastrean las señales de PD y las tendencias de formación de gases, lo que ayuda a prevenir fallas inesperadas.

4Prácticas de mantenimiento

• Se utilizarán probadores de descargas parciales para las evaluaciones periódicas, especialmente para los transformadores con una potencia nominal superior a 110 kV.
• Realizar reparaciones o adaptaciones según sea necesario para mitigar los puntos débiles identificados durante el ensayo.

5Normas y mantenimiento regular

• Seguir las normas internacionales (por ejemplo, IEC 60270) para las pruebas y el seguimiento de la PD.
• Implementar ciclos de mantenimiento regulares para inspeccionar y limpiar las superficies aislantes, garantizando un rendimiento óptimo.

Conclusión

La descarga parcial es un factor crítico en la degradación de los equipos eléctricos de alto voltaje, que afecta directamente a la fiabilidad y la seguridad.La gestión de los sistemas de aislamiento es esencial para una gestión eficaz del aislamiento.A través de pruebas rigurosas, monitoreo avanzado y mantenimiento adecuado, los ingenieros pueden mitigar los riesgos planteados por la PD, asegurando el rendimiento a largo plazo y la confiabilidad de los sistemas de energía.