DESCARGAS PARCIALES EN MÁQUINASELÉCTRICAS: DIAGNÓSTICO Y PREVENCIÓN

Introducción

El aislamiento eléctrico es una parte importante en todos los equipos eléctricos de alta

tensión. El análisis de falla revela que las fallas de aislamiento son la causa raíz de más

del 60% de los daños en los quipos de alta tensión. Por lo tanto, es crucial asegurar que

el aislamiento este en buena condición. La medición de Descargas Parciales (DP) ha

recibido una aceptación global como una herramienta efectiva de diagnóstico, con la

capacidad de evaluar y monitorear los sistemas de aislamiento para su integridad durante

la fabricación y mientras está en servicio.

Las DP pueden ser una medida efectiva del estrés eléctrico local al que está sometido un

material aislante, y su medida puede ser utilizada como una variable del estado del

sistema de aislamiento. Las DP están a menudo acompañadas de fenómenos

secundarios como emisión de radiación, calor, sobrepresiones y reacciones químicas, que

degradan rápidamente los aislamientos poliméricos. La magnitud y duración de las DP

depende de las dimensiones de la inclusión, temperatura, presión de la cavidad, tensión

eléctrica aplicada, retardo en la aparición del electrón libre y las condiciones y

características del aislamiento. Estas variables hacen que el fenómeno de las DP sea de

carácter estocástico.

Normativa Relacionada

La medición y evaluación de las descargas parciales se rigen por normas internacionales

que establecen procedimientos estandarizados para garantizar la fiabilidad de los

resultados.

 IEC 60270:2000 

High-voltage test techniques - Partial discharge measurements

 IEC 60034-27-1:2017 

Off-line partial discharge measurements on the winding insulation

 IEEE 1434-2014

IEEE Guide for the Measurement of Partial Discharges in AC Electric Machinery

 IEC 60034-27-2:2012 

On-line partial discharge measurements on the stator winding insulation of rotating

electrical machines

La prueba de DP toma mayor relevancia para devanados de bobinas preformadas >6kV.

Estas normas enfatizan la importancia de las DP como indicador de la integridad del

aislamiento durante la fabricación y operación.

Definición de Descargas Parciales

Por definición una descarga parcial es una descarga eléctrica localizada que cortocircuita

sólo parcialmente el aislamiento entre conductores y que puede ser o no, adyacente a un

conductor. Las descargas parciales se producen cuando concentraciones locales de

campo eléctrico en el interior de aislamientos de tipo sólido, líquido o gaseoso, o en la

superficie de estos aislamientos, producen rápidos impulsos de corriente como

consecuencia del desarrollo de avalanchas electrónicas e iónicas.

En esencia, las DP son rupturas eléctricas parciales que no puentean completamente los

electrodos, pero que degradan progresivamente el aislamiento. Este proceso es común en

vacíos, grietas o inclusiones en el material dieléctrico, y puede acelerarse por factores

como la humedad, contaminación o envejecimiento.

Simulación del campo eléctrico en una cavidad

Cavidades en un aislamiento

Características de las Descargas Parciales

Las DP se caracterizan por pulsos eléctricos de pequeña magnitud (en el rango de

milivolts o nanoculombs) y de muy corta duración, típicamente en el orden de

microsegundos. Cada pulso incluye parámetros como el voltaje pico y la polaridad de la

descarga. Su espectro de frecuencia abarca desde cientos hasta decenas de MHz, lo que

las hace detectables mediante sensores sensibles a altas frecuencias.

El fenómeno de las DP es estocástico, es decir, aleatorio en su ocurrencia y magnitud, lo

que requiere análisis estadísticos para su evaluación precisa. Estas características hacen

que las DP sean un indicador sutil pero revelador del estrés eléctrico en el aislamiento.

Características de las DP

Métodos de Detección

La medida de descargas parciales ha ido evolucionando progresivamente desde los años

50-60 hasta la actualidad, dependiendo del estado de la tecnología. Las DP están

acompañadas por varias manifestaciones físicas: pulsos eléctricos, ondas

electromagnéticas de RF (radiofrecuencia), pulsos acústicos, luz y reacciones químicas.

Estas manifestaciones pueden ser medidas para detectar y cuantificar la actividad de DP.

Por lo que existe medición de DP por métodos eléctricos y no eléctricos. Se pueden

diferenciar los siguientes métodos:

 Método Eléctrico: Basado en la norma IEC 60270, implica la medición de la carga

aparente (en picoculombios) mediante capacitores de acoplamiento o sensores de

corriente. Es ideal para pruebas off-line y proporciona datos cuantitativos precisos

sobre la magnitud de las DP.

• Método Acústico: Detecta las ondas de sonido generadas por las DP, utilizando

transductores piezoeléctricos o sensores ultrasónicos en frecuencias entre 20 kHz y 1

MHz. Es útil para localización en campo, aunque sensible al ruido ambiental.

•  Método Óptico: Captura la radiación ultravioleta (UV) emitida por descargas tipo

corona. Cámaras UV o sensores fotosensibles facilitan su uso en inspecciones

visuales, especialmente en líneas de transmisión.

•  Método Electromagnético: Incluye la detección de transitorios de voltaje a tierra

(TEV) o señales de radiofrecuencia (RF). Sensores como antenas o transformadores

de corriente de alta frecuencia capturan impulsos electromagnéticos, ideales para

monitoreo on-line en máquinas rotativas.

•  Método Químico: Analiza gases producidos por las DP, como ozono o compuestos

nitrogenados, mediante sensores o análisis de muestras. Es complementario para

confirmación en entornos cerrados.

La elección del método depende del tipo de equipo y si se requiere medición on-line u off-

line. En máquinas rotativas, los métodos electromagnéticos y acústicos son

particularmente efectivos para monitoreo continuo.

Efectos físicos que producen las DP

Medición y Análisis de Descargas Parciales

La medición de DP es una herramienta efectiva para evaluar el estrés eléctrico local al

que está sometido un material aislante. Puede utilizarse como una variable clave para

monitorear el estado del sistema de aislamiento en tiempo real o durante pruebas

periódicas.

Esta práctica ha ganado aceptación global como método de diagnóstico, permitiendo

evaluar la integridad del aislamiento tanto en la fase de fabricación como durante el

servicio operativo. Al detectar DP tempranamente, se pueden prevenir fallos catastróficos

o extendiendo la vida útil de los equipos.

El objetivo principal del análisis de descargas parciales es verificar, por medio de la

realización de una prueba no destructiva, que el nivel de descargas que se representa en

un equipo en particular es seguro para su operación y no representa un riesgo que pueda

ocasionar una falla prematura. La detección de los pulsos es el primer paso para el

análisis de la actividad de DP. Para identificar las fuentes de la DP y los posibles defectos

en el aislamiento se requiere extraer rasgos de los pulsos, clasificarlos según los patrones

y clases existentes y evaluar finalmente el estado del aislamiento. Las técnicas de

identificación de descargas parciales son variadas, entre las más utilizadas está el

diagrama de fase resuelta y el gráfico de altura de pulsos.

Descargas de ranura: Patrón PRPD y defecto físico relacionado

Conclusión

Las descargas parciales son un indicador clave de la salud del aislamiento en sistemas

eléctricos. Siguiendo las normativas establecidas y empleando métodos de detección

adecuados, es posible diagnosticar y prevenir problemas en máquinas rotativas.

Recomendamos implementar programas de mantenimiento predictivo basados en DP

para optimizar la operación y reducir costos. Para más detalles, consulte las normas

citadas o contacte a especialistas.