La descarga parcial rara vez se anuncia con fuerza. Comienza como una falla eléctrica microscópica dentro del aislamiento, una chispa que dura nanosegundos y se repite miles de veces por minuto, carbonizando silenciosamente papel, resina o aceite hasta que el aislamiento ya no puede mantener el voltaje. Una prueba de descarga parcial en un transformador es la forma práctica de detectar ese proceso temprano, ya sea en la fábrica antes de que se envíe la unidad o en el sitio mucho antes de que falle.

Esta guía explica qué es realmente la descarga parcial, las principales formas de medirla, qué le ofrecen las pruebas de fábrica y las pruebas in situ, y cómo leer los resultados sin reaccionar exageradamente ante un solo número. Está escrito para ingenieros, gerentes de proyectos y equipos de adquisiciones que tienen que aprobar un transformador y vivir con las consecuencias.

¿Qué es realmente la descarga parcial?

La descarga parcial es una ruptura dieléctrica localizada que no cubre toda la distancia de aislamiento entre dos electrodos. La caja del libro de texto es un vacío lleno de gas atrapado dentro de resina fundida o una burbuja suspendida en aceite de transformador. El gas tiene una permitividad menor que el sólido o líquido que lo rodea, por lo que el campo eléctrico se concentra dentro de esa pequeña cavidad. Una vez que la tensión local excede la resistencia a la descomposición del gas, se ioniza, se descarga y luego se recupera, para descargarse nuevamente en el siguiente medio ciclo.

Cada evento transfiere una cantidad muy pequeña de carga, que se cuantifica como carga aparente y se expresa en picoculombios (pC). Nada en la unidad parece mal desde el exterior. Precisamente por eso la prueba es importante: detecta un mecanismo de degradación años antes de que lo hiciera una corriente de falla o una alarma de gas.

Cuando los ingenieros hablan de una prueba de descarga parcial en el aislamiento de un transformador, normalmente hacen tres preguntas distintas. ¿Existe un alta por encima de un umbral definido? ¿A qué voltaje comienza y se detiene, lo que llamamos inicio y extinción? ¿Y de dónde viene la carga dentro del devanado, núcleo o casquillo?

Las principales formas de detectar y medir la descarga

No existe un instrumento único que responda a todas las preguntas. La mayoría de los programas de prueba combinan dos o más técnicas, porque cada una intercambia sensibilidad con inmunidad al ruido y precisión de ubicación.

Pruebas de aceptación en fábrica: la línea de base

Para un transformador de potencia nuevo, la medición de referencia es una prueba de tensión inducida con medición simultánea de descarga, realizada en una bahía blindada con un sistema de medición calibrado. El voltaje se eleva a un nivel de pretensión para acondicionar el aislamiento, se mantiene durante un período definido y luego se reduce al nivel de medición donde se toman las lecturas. El perfil exacto y el límite que se aplica siguen el estándar que especifica su proyecto y las especificaciones técnicas del comprador.

Como orientación aproximada, los límites declarados en la industria comúnmente comienzan alrededor de 100 pC en una clase de voltaje de 72,5 kV y aumentan hasta 200 pC o más a medida que aumenta la clase de voltaje. Un límite sólo tiene sentido junto con el voltaje al que se mide, por lo que siempre lea los dos juntos.

Pruebas de rutina versus pruebas de tipo

La prueba de rutina demuestra que esta unidad en particular no tiene descargas dañinas al nivel especificado. Las pruebas de tipo, como una prueba de voltaje inducido de CA de larga duración con medición de descarga o una prueba de impulso con registro de descarga, se realizan una vez en un diseño para demostrar que el sistema de aislamiento en sí es sólido. Juntos le dicen si el diseño es bueno y si el proceso de fabricación lo entregó de manera consistente.

En la práctica, las pruebas de fábrica son donde aparecen huecos de fundición, puntos secos en papel impregnado de aceite, bordes afilados de electrodos e impregnación incompleta. Encontrarlos aquí cuesta una reelaboración. Encontrarlos en el sitio cuesta una parada.

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Pruebas in situ después de la instalación

Una vez que se instala un transformador, la situación cambia. No hay un banco de pruebas blindado, el nivel de ruido de fondo es impredecible y la unidad suele estar conectada a una red activa. Las pruebas de descarga in situ normalmente se realizan por una de cuatro razones: puesta en servicio después del transporte y reensamblaje, verificación después de una reparación o tratamiento de aceite, un estudio periódico de la condición y monitoreo continuo en línea de activos críticos.

Un procedimiento práctico in situ es el siguiente:

1. Registre una línea base de ruido de fondo antes de energizar cualquier cosa, para saber qué contribuye el medio ambiente.
2. Calibre el circuito de medición con un generador de impulsos, inyectando una carga conocida en los terminales y registre el factor de escala.
3. Energícelo al nivel de voltaje acordado utilizando una fuente independiente o mida bajo voltaje de funcionamiento normal para una configuración en línea.
4. Registre los voltajes de inicio y extinción por separado, aumentando y luego disminuyendo el voltaje en pasos.
5. Capture datos resueltos en fase durante el tiempo suficiente para distinguir las descargas repetitivas de las interferencias aleatorias.
6. Vuelva a verificar la calibración después de la prueba y documente las condiciones ambientales, la humedad y la temperatura.

Aquí la repetibilidad importa más que la precisión absoluta. Dos encuestas realizadas con la misma configuración y comparadas entre sí son mucho más útiles que una encuesta interpretada de forma aislada.

Dónde comienza la descarga: unidades sumergidas en aceite versus unidades secas

Transformadores sumergidos en aceite

En las unidades llenas de aceite, la descarga generalmente se origina en burbujas de gas, humedad libre, partículas metálicas, bordes afilados en electrodos o cables y aislamiento de papel envejecido en puntos de alta tensión. A medida que el petróleo circula, los subproductos se propagan: el hidrógeno, el metano y eventualmente el acetileno aparecen disueltos en el petróleo, razón por la cual el análisis de gases disueltos y la medición de descargas eléctricas a menudo se realizan en paralelo. Una unidad puede pasar una prueba de descarga hoy y aun así desarrollar un problema más adelante si ingresa humedad o partículas durante el servicio.

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Transformadores de tipo seco y de resina fundida

En las unidades de resina fundida, los culpables habituales son los huecos atrapados durante la fundición, la delaminación entre la resina y el conductor y la contaminación de la superficie que conduce a un seguimiento a través de la superficie del devanado. Como no hay aceite que pueda transportar los subproductos, la descarga debe ser captada eléctrica o acústicamente. El comportamiento de la resina colada en esta área es un tema en sí mismo, y cubrimos el lado práctico del mismo en nuestra nota sobre descarga, ruido y clase de aislamiento en transformadores de resina fundida .

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Leer los resultados sin reaccionar exageradamente

Una sola cifra de carga aparente dice muy poco por sí sola. Lo que lleva información es la combinación de parámetros:

• Magnitud. Una carga más alta generalmente significa un defecto mayor o más energético, pero el tipo de sensor y la calibración dominan el número.
• Tensión de inicio y extinción. Si la descarga comienza muy por debajo del voltaje de operación, el defecto está activo en servicio. Si la extinción es mucho menor que el inicio, la cavidad es grande.
• Posición de fase. La descarga concentrada en una parte del ciclo de CA apunta a un tipo de defecto específico, como un vacío o una pista en la superficie.
• Estabilidad del patrón. Un patrón estable y repetible es un defecto real. Un patrón que cambia con el clima suele ser una interferencia.
• Tendencia. Tres encuestas a lo largo de dos años que muestran una tendencia al alza son una auténtica advertencia, incluso en valores absolutos bajos.

Para decisiones de aceptación, utilice el límite en la norma y la especificación. Para decisiones de mantenimiento, utilice la tendencia.

Consejos prácticos para datos limpios en entornos ruidosos

1. Pruebe por la noche o durante el cierre de una planta si el sitio lo permite y compare los niveles de ruido antes de comprometerse.
2. Utilice una impedancia de medición blindada adecuada y una referencia de tierra de un solo punto; múltiples caminos de tierra crean bucles que parecen descargas.
3. Mantenga el generador de impulsos de calibración cerca del punto de inyección y repita la calibración después de la medición.
4. Filtre por banda de frecuencia en lugar de solo por amplitud; la mayor parte del ruido del sitio se encuentra en una banda diferente a la de la señal del defecto.
5. Utilice enlaces de fibra óptica para la transmisión de señales a largas distancias para evitar captar ruido de conmutación.
6. Registre todo: voltaje, temperatura, humedad, posición del grifo y equipos conectados. Sin contexto, los datos no se pueden comparar más adelante.
7. Para activos críticos, pase de encuestas periódicas a un monitoreo continuo para que la tendencia se registre automáticamente.

Cómo apoyamos las pruebas de descarga en nuestros transformadores

Somos Jiangsu Dingxin Electric Co., Ltd., un fabricante de transformadores con sede en la Zona de Desarrollo de Haian en Jiangsu, China. Nuestra gama de productos cubre transformadores sumergidos en aceite y de tipo seco, unidades de aleación amorfa, subestaciones tipo pedestal y prefabricadas, transformadores rectificadores de cambio de fase y aparamenta, con líneas de transformadores de potencia que se extienden a 110 kV y 220 kV y una capacidad de producción anual declarada de 50.000 MVA. Trabajamos con los sistemas de gestión ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 e ISO 19011, y los clientes pueden visitar las fábricas y revisar los arreglos de prueba antes de realizar un pedido.

Si su especificación incluye un límite de descarga, indíquenos el estándar, el voltaje al que se mide y el límite en sí. Confirmaremos la disposición de la prueba, incluiremos las lecturas en el informe de la prueba de rutina y explicaremos cualquier cosa que parezca inusual antes del envío y no después.

Puede comunicarse con nuestro equipo de ingeniería a través del pagina de contacto con su clase de voltaje, clasificación y requisitos de prueba.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es un límite de descarga típico para un transformador de potencia?

Depende de la clase de tensión y de la norma aplicable. Los límites suelen oscilar entre aproximadamente 100 pC a 72,5 kV hasta 200 pC o 300 pC en clases superiores, siempre indicados junto con la tensión de medición. La especificación de su proyecto es la última palabra.

¿Se pueden realizar pruebas de descarga mientras el transformador permanece en servicio?

Sí. Los métodos en línea basados ​​en sensores UHF o detección acústica pueden funcionar continuamente sin interrupciones, pero brindan resultados comparativos y de tendencias en lugar de un valor de pC calibrado. Las mediciones fuera de línea siguen siendo el método de referencia.

¿Se prueban los transformadores de tipo seco de la misma manera?

El principio es idéntico, pero las probables fuentes de defectos difieren. Las unidades de resina fundida son más propensas a formar huecos y seguimiento de superficie, y a menudo se agrega detección acústica porque estos defectos se acoplan bien al sonido transmitido por la estructura.

¿Con qué frecuencia se debe repetir la prueba?

Para una unidad nueva, en la puesta en servicio. Después de eso, el intervalo depende de la criticidad, la edad y la historia. Un patrón razonable para activos importantes es una encuesta inicial, luego una repetición después de un año para establecer una tendencia, luego encuestas periódicas o un monitoreo continuo.

La prueba de descarga parcial no es un sello mágico de aprobación o fracaso. Es una medición de un proceso de degradación y, como cualquier medición, solo se mantiene cuando se calibra la configuración, se registran las condiciones y se comparan los resultados a lo largo del tiempo. Haga bien esas tres cosas y sabrá más sobre el aislamiento de su transformador de lo que cualquier informe de prueba puede decirle.