Descarga parcial: El asesino silencioso de los accesorios de cable

Los accesorios de los cables —empalmes, terminaciones y conectores— son los puntos más vulnerables de cualquier red eléctrica. Son los puntos donde los cables terminan, se conectan o se ramifican, y también donde el campo eléctrico se distorsiona más. Entre las numerosas amenazas a su durabilidad, una destaca por ser particularmente insidiosa:descarga parcial (DP)A menudo denominada el asesino silencioso, la descarga parcial (DP) es una pequeña chispa eléctrica que se produce en huecos, espacios o interfaces dentro del accesorio. No causa una falla inmediata, pero con el tiempo erosiona lentamente el aislamiento hasta que el accesorio se avería por completo. Este artículo explica qué es la DP, por qué es tan peligrosa, cómo afecta a los accesorios de cable y cómo se puede detectar y prevenir.

1. ¿Qué es una descarga parcial?

Una descarga parcial es una descarga eléctrica localizada que solo interrumpe parcialmente el aislamiento entre conductores. A diferencia de una ruptura total (un cortocircuito), una descarga parcial no conecta inmediatamente el conductor activo a tierra. En cambio, se produce dentro de un pequeño hueco, una partícula contaminante o en una interfaz con mala conexión dentro del accesorio.

Imagina una pequeña burbuja de aire atrapada dentro del aislamiento de una conexión o empalme. La rigidez dieléctrica del aire es menor que la del material aislante sólido circundante. Al aplicar un alto voltaje, el campo eléctrico dentro de la burbuja se vuelve lo suficientemente intenso como para ionizar el gas, generando una pequeña chispa. Esta chispa es una descarga parcial.

Cada descarga parcial dura solo nanosegundos y libera una cantidad minúscula de energía. Pero con el tiempo, a menudo años, millones de estas chispas erosionan el aislamiento, creando trazas carbonizadas, agrandando el vacío y, finalmente, provocando una avería eléctrica completa.

2. ¿Por qué los accesorios de cable son particularmente susceptibles?

A diferencia del cable en sí, que se fabrica en un entorno de fábrica limpio y controlado, los accesorios del cable se ensamblan en gran medida en el lugar de instalación. Esto los hace inherentemente más propensos a defectos que pueden iniciar descargas parciales (DP).

InterfacesLos accesorios tienen múltiples interfaces: entre el cuerpo del accesorio y el aislamiento del cable, entre las diferentes capas de materiales de control de tensión y entre el conector y el conductor. Cada interfaz es un punto potencial para la formación de huecos o contaminación.

concentración de estrésEn una terminación, el blindaje del cable se corta, creando un punto de intensa concentración de campo. En una unión, existen dos de estos puntos de corte. Cualquier imperfección en el sistema de control de tensión puede provocar descargas parciales.

Variables de instalación– La instalación en campo está expuesta al polvo, la humedad, la temperatura y los errores humanos. Una huella dactilar, un arañazo o un cono de tensión mal alineado pueden generar una fuente de descargas parciales.

Por lo tanto, si bien el cable en sí generalmente no utiliza la tecnología PD, es en los accesorios donde suele comenzar dicha tecnología.

3. Cómo la descarga parcial destruye un accesorio

El mecanismo de daño de la enfermedad de Parkinson es una cascada:

• Comienzo– Un vacío, un contaminante o una brecha en la interfaz crea una región de alta tensión. Cuando el voltaje supera la rigidez dieléctrica local, se produce la primera descarga.

• ErosiónCada descarga libera calor, radiación UV y gases químicamente activos (ozono, óxidos de nitrógeno). Estos atacan el polímero circundante, rompiendo los enlaces moleculares.

• CarbonizaciónCon el tiempo, la superficie del polímero se carboniza, formando una pista conductora. Esta pista aumenta el campo local, lo que intensifica las descargas posteriores.

• Propagación– El vacío aumenta, la pista de carbono se alarga y el grosor del aislamiento disminuye efectivamente.

• Descomponer– Finalmente, el aislamiento restante deja de soportar la tensión. Se produce una avería eléctrica completa: un arco eléctrico, un cortocircuito y, a menudo, un incendio.

Este proceso puede durar desde meses hasta décadas, pero una vez iniciado, casi siempre es progresivo.

4. Sitios comunes de PD en accesorios de cable

En las terminaciones:

• En el corte del blindaje, donde termina la capa semiconductora.

• En el terminal o conector del conductor, si está mal engarzado.

• En la interfaz entre el elemento de control de tensión y el aislamiento del cable.

• En la entrada de la cubierta del cable, si ha penetrado humedad.

En articulaciones:

• En ambos puntos de corte del escudo.

• Alrededor del conector del conductor, si hay huecos en la capa aislante.

• En la interfaz entre el cuerpo de la junta y el aislamiento del cable.

• Dentro de la carcasa exterior, si la resina o el gel no han llenado completamente el espacio.

Cualquiera de estos lugares puede ser el punto de partida para el PD.

5. ¿Por qué al PD se le llama el asesino silencioso?

La descarga parcial recibe ese apodo porque funciona casi completamente sin ser detectada:

• Silencioso– Las descargas producen ondas acústicas ultrasónicas, pero estas están por encima del umbral de audición humana. Una persona que se encuentre junto a un accesorio activo para la enfermedad de Parkinson no oye nada.

• Invisible– Las chispas son microscópicas y están enterradas dentro del aislamiento o en la carcasa del accesorio. No se pueden ver.

• Intermitente– Las descargas parciales suelen producirse únicamente en ciertos puntos de la onda de tensión alterna (normalmente cerca del pico). Pueden aparecer y desaparecer con la carga, la temperatura o la humedad.

• Lento– Pueden pasar años antes de que la descarga parcial provoque una avería. Para cuando el accesorio falla, la evidencia de la descarga parcial suele estar destruida por el arco eléctrico.

Debido a que no ofrece señales de alerta temprana, la enfermedad de Parkinson a menudo se ignora hasta que es demasiado tarde.

6. Detección de descargas parciales

Aunque la enfermedad de Parkinson es silenciosa para nuestros oídos, emite señales detectables:

Los detectores de descargas parciales portátiles permiten a los operarios inspeccionar los accesorios sin necesidad de cortar la corriente. Los sistemas modernos pueden monitorizar continuamente los accesorios críticos y activar alarmas cuando aumentan los niveles de descargas parciales.

7. Medición de la gravedad de la enfermedad de Parkinson

Los ingenieros utilizan varias métricas:

• Carga aparente (pC)– Cantidad de carga transferida por descarga. Por debajo de ~10 pC suele ser aceptable; por encima de 100 pC indica un defecto grave.

• Descarga parcial resuelta en fase (PRPD)– Un patrón que muestra cuándo ocurren las descargas en relación con el ciclo de CA. Los diferentes patrones indican diferentes tipos de defectos (vacío, corona, descarga superficial).

• Número de descargas por ciclo– Las descargas frecuentes indican un rápido deterioro.

Las pruebas periódicas (por ejemplo, anuales) permiten controlar si la enfermedad de Parkinson es estable o está progresando.

8. Prevención de descargas parciales

La mejor manera de afrontar la enfermedad de Parkinson es evitar que aparezca desde el principio:

• Productos de calidad– Utilice accesorios de fabricantes de renombre con un diseño de control de tensión probado y pruebas de descargas parciales en fábrica.

• Instalación correctaSiga al pie de la letra las instrucciones del fabricante. Utilice las dimensiones de decapado correctas, limpie las superficies a fondo y aplique los elementos de control de tensión con precisión.

• Control de la contaminación– Mantenga limpia la zona de trabajo. Utilice las toallitas desinfectantes proporcionadas por el fabricante y evite tocar las superficies aislantes preparadas.

• Evite la sobretensión.– Las sobretensiones transitorias pueden provocar descargas parciales en accesorios que, de otro modo, estarían en buen estado. Utilice protectores contra sobretensiones cuando sea necesario.

• Inspección periódica– Para accesorios críticos, realice pruebas periódicas de descarga parcial (DP). Detectar la DP a tiempo permite tomar medidas correctivas antes de que se produzca una falla.

9. El papel de las diferentes tecnologías de control del estrés.

El tipo de control de tensión utilizado en un accesorio afecta a su resistencia a las descargas parciales:

• Geométrico (cono de tensión)– Es fiable si se coloca correctamente, pero sensible a los errores de instalación.

• Hi-K (alta permitividad)– Tolera mejor los pequeños errores de posicionamiento, pero su rendimiento puede degradarse con el tiempo.

• Resistivo no lineal (NLR)– Autorregulador y excelente para suprimir la enfermedad de Parkinson, pero más caro.

Los accesorios modernos de alto voltaje suelen combinar dos o tres de estos elementos para lograr un rendimiento óptimo en la protección contra descargas parciales (PD).

Las descargas parciales son el enemigo silencioso de los accesorios de cableado, ya que actúan de forma invisible, lenta y sin previo aviso. Sin embargo, sus señales pueden detectarse mediante pulsos eléctricos, ruido ultrasónico y emisiones electromagnéticas. Al utilizar las pruebas de descargas parciales como revisión rutinaria de las uniones y terminaciones críticas, las empresas de servicios públicos y los operadores industriales pueden detectar problemas a tiempo, planificar reparaciones y evitar interrupciones catastróficas del suministro eléctrico.

En el mundo de los accesorios para cables, el silencio no es oro, sino peligroso. La clave para una fiabilidad a largo plazo es escuchar antes de que el accesorio emita un sonido estridente.

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