Prueba de descargas parciales fuera de línea en cables y devanados de máquinas

Qué es

La prueba de descargas parciales fuera de línea es un diagnóstico eléctrico que busca descargas pequeñas y localizadas dentro del aislamiento sólido o en su superficie, sin dejar que el aislamiento se rompa. El equipo se saca de servicio, se desconecta del sistema y se energiza desde una fuente de prueba independiente, de modo que el voltaje pueda subirse, mantenerse y bajarse de forma controlada. Circuitos de detección sensibles captan entonces los breves pulsos de corriente que produce cada descarga. La prueba se aplica a cables de potencia blindados de media y alta tensión, con sus empalmes y terminales, y a los devanados del estator de motores y generadores grandes, donde figura como medición opcional en las normas de aceptación y de mantenimiento. El resultado es un conjunto de mediciones: el voltaje al que comienzan las descargas, el voltaje al que cesan, su magnitud y frecuencia, y el punto del cable o la fase del devanado donde se originan. Como se realiza con el equipo aislado y con voltaje controlado, puede hacerse en la misma salida programada que las demás pruebas de aislamiento y compararse con la misma unidad de años anteriores.

Por qué se realiza

El aislamiento sólido rara vez falla de repente. Los pequeños huecos que quedan en un cable extruido o en el aislamiento a tierra de un estator, las grietas, la delaminación por ciclos térmicos, la contaminación, un empalme mal hecho o un terminal dañado concentran el campo eléctrico y producen descargas parciales. Esas descargas erosionan poco a poco el aislamiento que las rodea y, en un cable, un defecto en crecimiento termina formando un árbol eléctrico que acaba en una ruptura. Las consecuencias van desde la salida de un alimentador y una larga búsqueda de la falla hasta un devanado de motor destruido y un proceso detenido. La prueba fuera de línea encuentra el defecto mientras el equipo todavía funciona con normalidad, de modo que la reparación puede planificarse. En la aceptación confirma que la fabricación, el transporte, la instalación y la confección de empalmes y terminales se hicieron correctamente. En el mantenimiento distingue el equipo que envejece de manera normal del que tiene un defecto local activo. También complementa las mediciones de resistencia y de pérdidas, que describen el aislamiento en conjunto y pueden pasar por alto un pequeño defecto aislado que, sin embargo, es el que va a fallar.

El principio

Una descarga parcial es la ruptura de un pequeño hueco con gas o de un espacio superficial que solo puentea parcialmente el aislamiento entre conductores. El gas de un hueco soporta menos esfuerzo eléctrico que el sólido que lo rodea, de modo que, cuando el voltaje a través del hueco alcanza un umbral, el gas se ioniza y circula un pequeño pulso de corriente. Cada evento es brevísimo, de una fracción muy corta de microsegundo, y su tamaño se expresa como carga aparente. El pulso viaja por el cable o el devanado en ambas direcciones y llega atenuado a los puntos de medición, y por eso la lectura se llama aparente. Al subir el voltaje aplicado, las descargas comienzan en un voltaje de inicio y, al bajar, cesan en un voltaje de extinción menor. El patrón del momento del ciclo alterno en que ocurren los pulsos revela el tipo de defecto, porque los huecos internos, la descarga superficial y el efecto corona tienen cada uno una firma de fase distinta. En un cable, el tiempo de llegada de un pulso y de su reflexión en el extremo permite al instrumento calcular la distancia al defecto. En una máquina, los dispositivos de acoplamiento en los terminales captan las descargas del devanado en conjunto, y la pista principal es el patrón de fase y no la posición.

Cómo se realiza

El cable o la máquina se desenergiza, se aísla y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y se desconectan todos los aparatos conectados, como transformadores, pararrayos, tableros y conductores del motor, de modo que solo se energice el elemento bajo prueba. Los terminales se limpian y se controlan las distancias y las fuentes de corona, porque las descargas en el aire de un extremo pueden imitar un defecto. Se conecta una fuente de prueba independiente, como una fuente de muy baja frecuencia, un sistema de voltaje alterno amortiguado o un equipo resonante, elegida según la longitud y la capacitancia del cable. Un capacitor de acoplamiento y una impedancia de medición, o un sensor en la pantalla, se conectan a un detector calibrado, y el sistema se calibra inyectando una carga conocida para que las lecturas tengan sentido. El ruido de fondo se mide con el equipo desenergizado y, de ser necesario, se filtra o se aplica una ventana de captura. Después el voltaje se sube en pasos controlados mientras se observan y registran las descargas, se mantiene en el nivel que el procedimiento y la capacidad del equipo indican, y se baja de nuevo, anotando los niveles de inicio y de extinción. En una máquina, cada fase se prueba con las demás a tierra y se repite el mismo método para comparar. Al terminar, el equipo se descarga y se pone a tierra, y se anotan el entorno, la temperatura y la humedad, porque influyen en la actividad de descargas.

Qué se registra

El registro contiene los voltajes de inicio y de extinción observados, la magnitud de las descargas y su actividad de repetición en los niveles de prueba, el patrón resuelto por fase y, en cables, la ubicación de cualquier defecto a lo largo de su longitud. Anota el tipo y los ajustes de la fuente de voltaje, la calibración realizada, el nivel de ruido de fondo, la fase probada y el arreglo de conexiones, así como la temperatura y la humedad. También se registran el estado de los terminales y empalmes tal como se encontraron, la identidad y el estado de calibración del instrumento y cualquier filtrado o ventana utilizada. Estos datos hacen justa una comparación posterior, porque las lecturas de descargas dependen mucho de cómo se preparó la prueba.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si un aislamiento es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. El juicio se apoya en varias observaciones que se usan en conjunto. La primera es si las descargas comienzan dentro del intervalo de voltaje de trabajo del equipo, ya que una descarga presente al voltaje normal de operación o por debajo de él es más significativa que una que aparece solo muy por encima. La segunda es la magnitud y la repetición de la actividad en el nivel de prueba, leídas frente a la calibración del instrumento y al ruido de fondo. La tercera es el patrón de fase, que distingue los huecos internos de la actividad superficial y del efecto corona externo. La cuarta es la comparación entre partes semejantes, como las tres fases de un devanado o tramos de un circuito de cable construidos de la misma manera. La quinta es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo equipo, donde una disminución del voltaje de inicio o un aumento de la magnitud es la advertencia. También intervienen los datos del fabricante y la especificación del cable o de la máquina. El carácter opcional de la prueba en ANSI/NETA ATS-2025 y en ANSI/NETA MTS-2023 hace que los criterios del propietario y el juicio de la agencia de pruebas sean importantes. Para el texto que rige, consulte su propia copia con licencia de las normas mencionadas.

Variaciones

Las pruebas de aceptación y de mantenimiento difieren en su propósito. En la aceptación, la medición verifica el cable recién instalado y sus accesorios, o una máquina nueva o rebobinada, y el resultado pasa a ser la línea base. En el mantenimiento se compara con esa línea base, y un cambio importa más que cualquier resultado aislado. Las pruebas de cable y de máquina difieren en los detalles. En un cable, la prueba suele hacerse sobre todo el circuito, con empalmes y terminales, ubicando los defectos por el tiempo de los pulsos, y la elección de la fuente de voltaje influye en el comportamiento de descargas que se observa. En las máquinas, el devanado del estator se prueba fase por fase, normalmente en los terminales, y el resultado principal es el patrón resuelto por fase y el nivel de actividad, porque el devanado es demasiado compacto para localizar defectos solo por tiempos. Una máquina también puede probarse en marcha con sensores en línea, que es una técnica distinta con resultados distintos. El método fuera de línea complementa la resistencia de aislamiento, el factor de potencia y su incremento, la comparación de impulsos en devanados y las mediciones de pérdidas en cables, y ninguna de estas pruebas sustituye a las demás.