¿Qué es la prueba de descarga parcial en un transformador?

1. ¿Qué es la Descarga Parcial (PD)?

Para entender la prueba, primero hay que entender el fenómeno que detecta.

Definición: La descarga parcial es una descarga eléctrica localizada que sólo une parcialmente el aislamiento entre los conductores. Puede ocurrir en huecos (bolsas de gas) dentro de un aislamiento sólido, en los límites entre diferentes materiales aislantes o en burbujas dentro de un aislamiento líquido (aceite).

El problema que causa: Aunque cada PD individual es una chispa muy pequeña, erosiona el aislamiento con el tiempo. La energía de estas descargas rompe los enlaces químicos del material aislante (papel, aceite, resina) mediante:

Estrés térmico: Calor de la chispa.

Degradación química: Producción de ozono y ácidos nitrosos (en el aire) o hidrógeno y metano (en el petróleo).

Erosión física: literalmente quemar pequeños hoyos en el material.
Este daño lento y acumulativo debilita progresivamente el aislamiento hasta que ya no puede soportar la tensión eléctrica, lo que provoca una perforación completa (avería) y una falla catastrófica del transformador.

2. ¿Por qué es tan importante la prueba PD?

Detección temprana de fallas: Es una de las pruebas más sensibles para detectar fallas incipientes (en desarrollo) en el sistema de aislamiento en una etapa muy temprana, a menudo años antes de que ocurra una falla.

Previene fallas catastróficas: al identificar temprano el aislamiento débil, se puede programar el mantenimiento o la reparación de manera proactiva, evitando interrupciones no planificadas, reparaciones costosas y posibles riesgos de seguridad.

Garantía de Calidad: Es una prueba de rutina obligatoria para los transformadores nuevos antes de que salgan de fábrica, asegurando que cumplan con los más altos estándares de calidad y estén libres de defectos importantes de fabricación.

Evalúa la condición durante el servicio: para los transformadores en el campo, las pruebas periódicas de DP son una parte clave de un programa de mantenimiento basado-en la condición, lo que ayuda a determinar la vida útil restante y la necesidad de procesar o secar el aceite-.

3. ¿Cómo funciona una prueba de descarga parcial?

La prueba se realiza aplicando a sus devanados un voltaje superior al voltaje de funcionamiento normal del transformador, pero inferior a su voltaje de prueba soportado de frecuencia de potencia-. El objetivo es estresar el aislamiento lo suficiente como para excitar cualquier defecto existente sin causar nuevos daños.

El principio básico es que cuando ocurre una EP, genera tres fenómenos mensurables casi simultáneamente:

Pulsos eléctricos: un pulso de corriente pequeño-muy rápido (de nanosegundos a microsegundos) fluye en el circuito de prueba.

Ondas electromagnéticas: el pulso emite energía electromagnética, incluidas señales de radiofrecuencia (RF).

Ondas acústicas: La pequeña chispa crea un "clic" ultrasónico u onda de sonido dentro del tanque del transformador.

La configuración de la prueba implica:

Una fuente de alto-voltaje: para energizar el transformador.

Condensador de acoplamiento: proporciona una ruta de baja-impedancia para medir los pulsos de DP.

Detector/Sistema de medición de PD: Un instrumento sofisticado que captura, filtra y analiza los pulsos.

Sensores: Estos pueden ser:

Sensores Eléctricos: Para medir los pulsos de corriente directamente.

Transformadores de corriente de alta-frecuencia (HFCT): fijados alrededor de la conexión a tierra para captar las señales de RF.

Sensores de ultra-frecuencia (UHF): antenas colocadas dentro del transformador (a través de válvulas de aceite) o externamente para detectar ondas electromagnéticas en el rango de GHz. Es muy popular ya que es inmune al ruido eléctrico externo.

Sensores de emisión acústica (AE): micrófonos colocados en el exterior del tanque del transformador para "escuchar" los sonidos ultrasónicos del PD. Esto es excelente para localizar la fuente de la EP.

4. Mediciones clave e interpretación

El detector de DP no sólo detecta la presencia de una descarga; lo cuantifica con varios parámetros clave:

Carga Aparente (q): La cantidad más importante. Se expresa en picoculombios (pC). Dado que la descarga real está dentro del aislamiento y no se puede medir directamente, la "carga aparente" es una medida calibrada de la carga que, si se inyecta instantáneamente entre los terminales del transformador, tendría el mismo efecto que la PD interna. Los valores más bajos son mejores.

Voltaje de inicio de PD (PDIV): El voltaje al cual los PD comienzan a ocurrir por primera vez a medida que se eleva el voltaje de prueba.

Voltaje de extinción de PD (PDEV): El voltaje al cual los PD cesan a medida que se reduce el voltaje de prueba.

Interpretación: Los ingenieros no sólo buscan la presencia de PD; analizan el patrón, la magnitud (en pC) y la relación de fase de los pulsos. Los diferentes tipos de defectos (huecos, descargas superficiales, componentes flotantes) producen "huellas digitales" únicas en la forma de onda de voltaje.

Estándares y límites aceptables

Los estándares internacionales (como IEC 60270) definen los procedimientos de prueba y los niveles de PD aceptables. Para un transformador nuevo, el criterio de aceptación típico es que el nivel de PD, bajo un voltaje de prueba específico, no debe exceder ****

100 pC a 500 pC

, siendo 100 pC un límite común y muy estricto para equipos de alto-voltaje. Para transformadores en servicio, se podrían tolerar niveles más altos con un plan de monitoreo e intervención.