Causas de descarga parcial en aparamenta de alta tensión

La descarga parcial es una de las señales de alerta temprana más importantes del deterioro del aislamiento en aparamentas de alta tensión. Aunque una descarga parcial no une completamente el aislamiento entre los conductores, la actividad de descarga repetida puede dañar gradualmente el sistema de aislamiento y aumentar el riesgo de falla del aislamiento, descargas eléctricas y apagado inesperado del equipo.

Comprender las causas de las descargas parciales ayuda a los ingenieros eléctricos a identificar defectos en una etapa temprana y mejorar la confiabilidad de los cuadros a lo largo de su vida útil.

¿Qué es la descarga parcial?

La descarga parcial es una descarga eléctrica localizada que ocurre solo en una parte de un sistema de aislamiento. Puede desarrollarse dentro de un vacío lleno de gas, a lo largo de una superficie aislante, alrededor de un borde conductor afilado o cerca de un defecto en un dieléctrico sólido o compuesto.

El fenómeno suele estar asociado a una concentración local de tensión eléctrica. Cuando el campo eléctrico local excede la resistencia soportada de un área débil, se produce una descarga breve. La descarga puede ser breve y pequeña, pero la actividad repetida puede debilitar progresivamente el aislamiento circundante.

IEC 60270 define métodos basados ​​en carga para medir descargas parciales en aparatos, componentes y sistemas eléctricos probados con voltaje CA o CC. La norma también aborda los circuitos de medición, la calibración, la medición digital y la separación de señales de descargas parciales de interferencias externas.CEI 60270:2025

Cómo la descarga parcial daña el aislamiento

1. Daño químico causado por partículas cargadas

Durante una descarga parcial, los electrones y los iones se mueven a través de la región débil del aislamiento. Estas partículas cargadas de alta energía chocan con las moléculas aislantes y pueden romper los enlaces químicos.

Los bombardeos repetidos pueden causar:

1 、 Descomposición de cadenas de polímeros.

2 、 erosión superficial

3 、 Formación de caminos carbonizados conductores.

4. Degradación química de la resina epoxi y otros materiales aislantes.

5 、 Una reducción gradual de la rigidez dieléctrica.

En aislamiento sólido, este proceso puede agrandar una cavidad interna o crear un canal de distribución de árboles. Una vez que el defecto se vuelve lo suficientemente grande, es posible que el aislamiento ya no resista el voltaje de funcionamiento normal o la sobretensión temporal.

2. Daño Térmico y Oxidativo

La descarga parcial también produce calor localizado. Aunque la energía promedio de una descarga individual puede ser baja, los pulsos repetidos concentrados en la misma área pueden elevar la temperatura del aislamiento circundante.

El estrés térmico resultante puede provocar:

1、Sobrecalentamiento local

2 、 craqueo oxidativo

3. Fusión o carbonización de materiales poliméricos.

4 、 Pérdida de resistencia mecánica.

5 、 Expansión de grietas y huecos internos.

El daño térmico y el daño químico a menudo se refuerzan mutuamente. A medida que la superficie del aislamiento se vuelve más rugosa o más conductora, el campo eléctrico local se vuelve menos uniforme, lo que puede acelerar una mayor actividad de descarga.

Aparamenta de alta tensión y su sistema de aislamiento

La aparamenta de alta tensión es un conjunto complejo que combina conductores, dispositivos de conmutación, barras colectoras, componentes de aislamiento, envolventes de puesta a tierra y sistemas de control.

Dependiendo del diseño, los materiales típicos pueden incluir:

1 、 resina epoxi

2. Silicona u otros plásticos de ingeniería.

3、Aire o gas aislante

4. Hexafluoruro de azufre en equipos con aislamiento de gas aplicables.

5 、 Aislamiento cerámico o compuesto.

6 、 Cobre, aluminio y otros materiales conductores.

La combinación de diferentes materiales y geometrías crea múltiples lugares donde pueden ocurrir descargas parciales. La calidad de fabricación, la precisión del ensamblaje, el voltaje de funcionamiento, la temperatura, la humedad, la contaminación y el envejecimiento del aislamiento pueden influir en el comportamiento de las DP.

Para aplicaciones de aparamenta, los requisitos relevantes dependen del diseño del equipo y la clase de voltaje. La serie IEC 62271 cubre aparamenta y control de alta tensión, incluidos equipos que utilizan aislamiento sólido y gases aislantes.Serie IEC 62271

Principales causas de descarga parcial en aparamenta de alta tensión

1. Defectos en el proceso de fabricación del aislamiento

Los defectos de fabricación se encuentran entre las fuentes más comunes de descargas parciales en aparamentas con aislamiento sólido.

Huecos internos y burbujas de aire

Durante la fundición, el moldeado o el encapsulado de epoxi, es posible que queden burbujas de aire dentro del aislamiento. Estos huecos tienen una rigidez dieléctrica menor que el aislamiento sólido circundante.

Cuando se aplica voltaje, el campo eléctrico dentro del vacío se vuelve mayor que el campo promedio en el material sólido. Esto está relacionado con la diferencia entre la constante dieléctrica del gas dentro del vacío y la del aislamiento circundante.

Como resultado, el gas en la cavidad puede descomponerse antes que el aislamiento principal. Cada descarga puede agrandar el vacío, dañar su superficie y, finalmente, reducir la resistencia general del aislamiento.

Partículas extrañas y contaminación de materiales

Las partículas metálicas, el polvo, la humedad y otras impurezas introducidas durante la producción pueden crear puntos débiles locales. La contaminación conductiva puede distorsionar el campo eléctrico o formar una ruta de descarga entre diferentes regiones del aislamiento.

Las causas típicas incluyen:

1. Condiciones de fundición mal controladas.

2、Limpieza inadecuada antes del montaje

3、Almacenamiento inadecuado de los componentes aislantes.

4 、 Curado insuficiente de la resina epoxi.

5 、 Contaminación durante el transporte o la instalación.

Es posible que un solo defecto interno no cause una falla inmediata, pero puede volverse más activo a medida que el equipo envejece o opera bajo mayor estrés eléctrico.

2. Distribución desigual del campo eléctrico

Un campo eléctrico uniforme es esencial para un rendimiento de aislamiento confiable. Cualquier punta afilada, superficie irregular u objeto conductor flotante puede aumentar el campo eléctrico local e iniciar una descarga parcial.

Rebabas y bordes afilados en conductores

Las rebabas de las barras colectoras, las esquinas afiladas, los bordes de los conductores sin terminar y los electrodos mal formados pueden producir una fuerte concentración de campo eléctrico.

Este efecto es particularmente significativo en torno a:

1 、 juntas de barras colectoras

2 、 terminales de cables

3 、 contactos móviles

4 、 Conexiones atornilladas

5 、 Componentes de blindaje

6、Inserciones conductoras dentro del aislamiento moldeado

Incluso cuando el voltaje operativo promedio está dentro de la clasificación del equipo, el campo local cerca de un borde afilado puede exceder el nivel inicial de descarga.

Partículas metálicas sueltas o flotantes

Las partículas metálicas dentro del gabinete del cuadro pueden cargarse eléctricamente o moverse bajo la influencia del campo eléctrico. Su posición y potencial pueden cambiar durante la operación, creando condiciones de campo inestables.

Estas partículas pueden causar:

1、Mejora del campo local

2 、 Descarga superficial

3 、 pulsos de descarga intermitentes

4 、 Seguimiento del aislamiento cercano

5. Patrones de PD inestables

Esta es una de las razones por las que la limpieza y los estrictos procedimientos de montaje son importantes durante la fabricación y el mantenimiento de los cuadros.

Superficies de aislamiento contaminadas o rugosas

El polvo, la humedad, el aceite y otros contaminantes pueden reducir la distancia de fuga efectiva en una superficie aislante. Una superficie rugosa o dañada también crea pequeñas concentraciones de campo donde puede comenzar la descarga superficial.

La contaminación de la superficie es especialmente importante en equipos expuestos a:

1 、 alta humedad

2 、 polvo conductor

3、Aerosol de sal

4 、 Contaminación industrial

5 、 condensación

6 、 Mala ventilación

Es posible que la limpieza por sí sola no resuelva permanentemente el problema si la superficie del aislamiento ya ha desarrollado marcas, grietas o erosión.

Defectos en el gabinete puesto a tierra

La carcasa metálica normalmente proporciona blindaje y un potencial de referencia controlado. Sin embargo, soldaduras rugosas, poros, inclusiones de escoria y otros defectos de fabricación pueden crear condiciones irregulares de campo eléctrico cerca del gabinete conectado a tierra.

Estos defectos pueden interactuar con el aislamiento cercano o con piezas conductoras y aumentar el riesgo de descarga. Por lo tanto, durante la fabricación y la inspección se deben comprobar la calidad de la soldadura, la geometría del recinto, la continuidad de la conexión a tierra y los espacios libres internos.

3. Medios dieléctricos no uniformes

Las aparamentas modernas suelen utilizar sistemas de aislamiento compuestos en los que varios materiales trabajan juntos. Por ejemplo, la resina epoxi se puede combinar con plásticos de ingeniería, gas aislante, insertos conductores y espacios de aire.

Cada material tiene diferentes propiedades eléctricas y térmicas. Si las interfaces están mal diseñadas o fabricadas, es posible que el campo dieléctrico no se distribuya uniformemente.

Los problemas potenciales incluyen:

1 、 Mala unión entre diferentes materiales aislantes

2 、 constantes dieléctricas desiguales

3. Espacios en las interfaces de materiales.

4 、 Delaminación interna

5 、 Humedad atrapada entre capas

6. Huecos alrededor de conductores integrados.

Las burbujas internas y las impurezas pueden aumentar aún más la falta de uniformidad del medio dieléctrico. Bajo tensión de funcionamiento, estas regiones pueden experimentar una tensión eléctrica mayor que el aislamiento circundante y convertirse en el punto de partida de una descarga parcial.

Otros factores que influyen en la descarga parcial

La descarga parcial no es causada únicamente por defectos de fabricación. Varias condiciones operativas y ambientales pueden aumentar la actividad de descarga.

Voltaje de funcionamiento

A medida que aumenta el voltaje aplicado, también aumenta el campo eléctrico en las regiones débiles. Un defecto que permanece inactivo a voltaje normal puede producir una descarga mensurable durante un evento de sobrevoltaje, una prueba de resistencia o un aumento temporal en el voltaje del sistema.

Temperatura

La temperatura afecta las propiedades de aislamiento, la presión del gas, la expansión del material y el estado de las interfaces. La expansión térmica puede ampliar los espacios existentes o generar tensión adicional en los componentes de aislamiento adheridos.

Humedad y condensación

La humedad puede reducir la resistencia del aislamiento de la superficie y promover la descarga superficial. La condensación es particularmente peligrosa cuando el aire cálido y húmedo ingresa a un compartimiento de aparamenta más frío.

Envejecimiento del aislamiento

El estrés eléctrico, térmico y mecánico a largo plazo puede provocar el envejecimiento del aislamiento. El envejecimiento puede producir grietas, decoloración, erosión, delaminación y mayor absorción de humedad, todo lo cual puede aumentar la probabilidad de descarga parcial.

Estrés mecánico y vibración

Las conexiones flojas, la vibración y la expansión térmica repetida pueden crear pequeños espacios entre los componentes del aislamiento. Estos espacios pueden convertirse en lugares de descarga, especialmente cerca de barras colectoras, terminaciones de cables y conductores integrados.

Detección de descargas parciales en aparamenta

Las pruebas de DP se utilizan para identificar la actividad de descarga antes de que se convierta en una falla grave de aislamiento. Dependiendo del equipo y del objetivo de la prueba, los ingenieros pueden evaluar la carga aparente, la magnitud de la descarga, los patrones de fase resuelta, la repetición de pulsos y los cambios a lo largo del tiempo.

Una prueba confiable debe incluir:

1 、 Un instrumento de medición y una disposición de sensores adecuados

2 、 Calibración adecuada del sistema de medición.

3 、 Control efectivo de interferencias externas

4 、 Conexión a tierra y blindaje correctos

5. Tensión de prueba estable y condiciones ambientales.

6 、 Comparación con límites técnicos y registros de pruebas anteriores

Weshine Electric es un fabricante profesional dedicado a la investigación, desarrollo y producción de equipos de prueba y medición de alto voltaje. Equipada con talleres de producción estandarizados y laboratorios de calibración independientes, la fábrica sigue estrictamente los estándares IEC y los sistemas de gestión de calidad ISO para garantizar que cada instrumento ofrezca un rendimiento de prueba estable, repetible y resistente a interferencias para aplicaciones de la industria energética global.

El probador digital de descargas parciales GDJF-2007 es desarrollado y calibrado en fábrica de forma independiente por Weshine Electric. Se puede utilizar para medición y análisis digital de descargas parciales en equipos de alto voltaje.  En aplicaciones prácticas, el instrumento puede respaldar la evaluación de la magnitud de las DP, los patrones de descarga y la condición del aislamiento. La configuración de prueba exacta y los criterios de aceptación deben seleccionarse de acuerdo con el diseño del tablero, las normas aplicables y la documentación técnica del fabricante.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la causa más común de descarga parcial en aparamenta?

Las causas comunes incluyen huecos internos, burbujas de aire, impurezas, bordes afilados de los conductores, contaminación de la superficie, interfaces de aislamiento deficientes y distribución desigual del campo eléctrico.

¿Se puede ver directamente la descarga parcial?

Por lo general, la descarga parcial no se puede observar durante el funcionamiento normal. Comúnmente se detecta mediante métodos de medición eléctricos, ultrasónicos u otros métodos de medición especializados.

¿La descarga parcial siempre significa una falla inmediata del equipo?

No. La descarga parcial puede desarrollarse gradualmente. Sin embargo, una actividad de PD persistente o creciente indica deterioro del aislamiento y requiere una evaluación profesional.

¿Cómo los bordes afilados de las barras colectoras provocan descargas parciales?

Los bordes afilados concentran el campo eléctrico. El campo local puede llegar a ser mucho más fuerte que el campo promedio, permitiendo que la descarga comience cerca del borde.

¿Cómo se pueden reducir las descargas parciales en las aparamentas?

Las medidas efectivas incluyen mejorar la fabricación de aislamiento, eliminar rebabas, controlar la limpieza, prevenir la humedad, optimizar la nivelación del campo eléctrico, mejorar la conexión a tierra del gabinete y realizar pruebas de DP periódicas.

Conclusión

La descarga parcial en aparamenta de alta tensión suele ser el resultado de una combinación de defectos de aislamiento, concentración de campo eléctrico, materiales dieléctricos no uniformes, condiciones ambientales y envejecimiento a largo plazo.

Los huecos internos, las impurezas, los bordes afilados de las barras colectoras, las partículas metálicas flotantes, las superficies contaminadas y las interfaces de aislamiento deficientes pueden generar tensión eléctrica local. Una vez que comienza la descarga, la erosión química y el daño térmico pueden debilitar gradualmente el aislamiento.

Las pruebas periódicas de descarga parcial proporcionan información valiosa sobre el estado del aislamiento y ayudan a los equipos de mantenimiento a identificar los problemas en desarrollo antes de que ocurra una falla importante. Para un diagnóstico preciso, las pruebas deben ser realizadas por profesionales calificados utilizando equipos y procedimientos adecuadamente calibrados y consistentes con los estándares aplicables.

Respaldado por investigación y desarrollo interno, producción en fábrica estandarizada y calibración de calidad estricta, Weshine Electric continúa brindando instrumentos de prueba confiables de alto voltaje y soluciones técnicas profesionales para el mantenimiento de subestaciones, inspección de redes eléctricas y diagnóstico de sistemas eléctricos industriales en todo el mundo. No dude en ponerse en contacto con nuestro equipo para obtener hojas de datos técnicos, soluciones de prueba personalizadas y soporte mayorista de fábrica.