Artículos Técnicos

Descargas parciales en cables de transporte de energía eléctrica

Una descarga parcial (DP) es un defecto consecuencia de otros en el sistema del cable (cable + empalmes o uniones + terminaciones), tales como los vacíos e imperfecciones en el material sobre el alma conductora, o defectos en el manejo y la calidad de la labor realizada por los encargados de la instalación y mantenimiento de dicho sistema.

 
Descargas parciales en cables de transporte de energía eléctrica
 

Ordinariamente comienzan en huecos, grietas o elementos extraños en el aislamiento sólido, en las interfaces entre el aislamiento sólido y líquido (o entre dos materiales aislantes), o entre conductor y aislamiento, o en burbujas en el aislamiento líquido. Tales descargas reducen la distancia entre elementos en tensión, pero sólo en la porción del aislamiento afectada.

 

Puesto que la constante dieléctrica del hueco es considerablemente más baja que la del material aislante, el campo eléctrico es superior en el hueco que en distancias similares dentro del material aislante.

 

vedpSi la tensión por milímetro dentro del hueco aumenta por encima del umbral de tensión de efecto corona la DP iniciará su actividad; a tal umbral, se le conoce como “tensión de incepción” (VIDP). Por otro lado, la DP se extingue cuando la tensión se hace menor que el nivel conocido como “tensión de extinción” (VEDP). La DP puede interpretarse entonces como la descarga eléctrica que no completa el puente entre dos electrodos (Espina, 2008).

 

Aunque toda descarga parcial es de naturaleza local, como fenómeno tiene un comportamiento caótico, no estacionario, o fractal con transiciones aparentemente imprevisibles entre los diversos modos o formas que exhiben sus distintivas características de dependencia respecto al tiempo (Van Brunt, 1994). La existencia de tantos modos de comportamiento observados de DP, han causado alguna confusión e inconsistencias en la terminología usada para definir tales modos. La confusión al buscar descriptores generalizados para fenómenos de DP surge de la infinita variedad de condiciones geométricas y materiales bajo las cuales pueden ocurrir.

 

Durante años, hubo cierta conformidad con definiciones que se referían más al lugar donde ocurría la descarga que al fenómeno mismo. Así se encuentran innumerables referencias que diferencian entre descargas internas, descargas superficiales y descargas corona. Las primeras localizadas en inclusiones o en cavidades dentro del dieléctrico; las segundas en la superficie de un medio aislante; las últimas, alrededor de un punto o borde agudo de un electrodo. Sin importar si el fenómeno tiene lugar en torno a un borde afilado o en el interior de una cavidad, básicamente todas estas descripciones pueden considerarse como manifestaciones de otro fenómeno general: la ionización del medio (Danikas, 1993). Se podría argumentar que el mismo se presenta en distintos lugares. Entonces más que nuevos nombres para definir algunos regímenes, se necesita una mejor comprensión de la ionización en términos de los diversos parámetros que interactúan, tales como tensión, tamaño de la cavidad, tasa de aumento de la tensión, la disponibilidad (o no) del primer electrón libre, etc.

 

Las cavidades en los dieléctricos de estado sólido, o de líquido viscoso (burbujas), se encuentran entre las fuentes más comunes de DP en dichos sistemas de aislamiento. El importante problema de la DP inducida desde una cavidad en un dieléctrico sólido fue tratado desde 1967 (Boggs, 1990) [aunque el interés en la medida y localización de DP data desde principios de 1940, (Nattrass, 1993) y (Chen, 2008)], y una sofisticada solución matemática fue publicada en 1983, pero era demasiado complicada para quienes trabajaban en la materia en esa época y parece que captó poca atención. No obstante, desde 1993, valiéndose de técnicas bastante sofisticadas de procesamiento digital, ha sido posible adquirir no sólo nuevos conocimientos sobre la base física y química de los fenómenos de DP, sino también definir “patrones” de DP que se pueden utilizar para identificar los “defectos” característicos donde tales descargas tengan lugar. Así, por ejemplo, se ha demostrado que las descargas parciales inducidas cambian las características físicas y químicas del sitio donde ocurren, dando lugar a cambios en el comportamiento de las siguientes descargas, cambios estos que hacen a los fenómenos de DP intrínsecamente no-estacionarios (Van Brunt, 1994).

 
dieléctricos de estado sólido
 

Una vez que comienzan las DP en el cable se produce un deterioro progresivo del material aislante, pudiendo causar a la postre el fallo del aislamiento. Las DP se previenen con diseños cuidadosos y buenos materiales. En equipos de alta tensión la integridad del aislamiento se verifica mediante el empleo de equipos de detección de DP tanto durante el proceso de fabricación como periódicamente durante la vida útil de los cables. La prevención y detección de las DP es de importancia capital para garantizar una operación duradera y fiable de los equipos de alta tensión de las compañías eléctricas.

 

Las interrupciones del suministro afectan la calidad de la energía, la satisfacción del cliente, y la confiabilidad del sistema de potencia. En este sentido, la mejor manera de reducir la ocurrencia y duración de fallas en el sistema del cable es identificar, localizar y reparar los defectos en el mismo antes de que la avería ocurra y en consecuencia deba interrumpirse el suministro de energía. El mantenimiento preventivo basado condición del cable en las redes, sustituye cada vez más el mantenimiento orientado al evento (correctivo) en las instalaciones de cable, pero más allá de las decisiones de carácter preventivo que no necesariamente son acertadas en el tiempo (cuando se consideran el aspecto financiero, esto es, depreciación, costo de sustitución, valor de salvamento), lo más deseable sería predecir con la mayor exactitud posible el final de la vida útil de una parte, o de toda la instalación. Desafortunadamente, hasta ahora no existe una prueba para este sistema del cable que informe sobre el remanente de su vida operacional.

 

No obstante, un buen conocimiento de la construcción de las redes cableadas, de los tipos de cable usados y de sus accesorios, simplifica considerablemente la evaluación de mediciones realizadas sobre el sistema del cable. Los tipos de defectos y los pasos requeridos para hacer la localización y diagnosis de ellos, son de las cosas más importantes que el técnico de líneas subterráneas debe conocer.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Boggs, S. (1990). Partial Discharge – Part III: Cavity-Induced PD in Solid Dielectrics. IEEE Electrical Insulation Magazine, 6 (6), 11-20.

Chen, G. (2008). Partial Discharge Modeling Based on a Cylindrical Model in Solid Dielectrics. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, (págs. 74-78). Beijing, China.

Danikas, M. (1993). The Definitions Used for Partial Discharge Phenomena. IEEE Transactions on Electrical Insulation, 28 (6), 1075-1081.

Espina, J. (Julio de 2008). Diagnóstico de Cables usando Medición de Descargas Parciales. Recuperado el 10 de Octubre de 2016, de https://es.scribd.com/doc/101939455/Diagnostico-de-Cables-usando-Medicion-de-Descargas-Parciales

Nattrass, D. (1993). Partial Discharge XVII-The Early History of Partial Discharge Research. IEEE Electrical Insulation Magazine, 9 (4), 27-31.

Van Brunt, R. (1994). Physics and Chemistry of Partial Discharge and Corona. Recent Advances and Future Challenges. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1 (5), 761-784.
 
Fuente: josespina

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