Este documento describe las descargas parciales en equipos eléctricos de media y alta tensión, incluyendo sus causas, efectos y métodos de monitoreo. Explica que las descargas parciales son pequeñas descargas eléctricas en la aislación que ocurren a lo largo de la vida útil de estas máquinas y son indicadores de estrés. También detalla diferentes técnicas para medir y analizar las descargas parciales, como sensores capacitivos y de alta frecuencia, con el fin de mejorar la disponibilidad y

1. Descargas
parciales
Falla en Aislaciones eléctricas de media y
alta tensión > 4.8 KV

2. Justificación
Distribución de Fallas en motores / generadores
Máquina de menos de 4KV Máquina de más de 4KV

3. Justificación
La mayoría de las fallas en motores, son de naturaleza
eléctrica, aun cuando las causas iniciales de las mismas no
lo sean.
Todas las máquinas eléctricas de media/alta tensión
exhiben, a lo largo de TODA su vida útil, el fenómeno de
descargas parciales.

4. Descargas Parciales
Pequeñas descargas eléctricas en
cavidades en la aislación.
Tensión de ruptura del aire 3 kV/mm
Tensión de ruptura del sistema de
aislación 300 kV/mm
Crean pequeños pulsos de tensión

5. ¿Dónde?
Todo equipo de media/alta tensión
Motores
Generadores
Trafos
Cables
Subestaciones / SF6

6. Origen de las DP
Factores de stress
Térmicos
Eléctricos
Ambientales, ej. radiación, químicos. Etc.
Vibraciones mecánicas
(defectos de fabricación)

7. Modelos Eléctricos
Sistema de aislación de la máquina eléctrica
Diagrama fasorial de Aislación
Paislante = 2*Pi()*f*C*tg(delta)

8. Campo Eléctrico
Distribución Interna de
campo
I ) Material homogeneo
II) Con oclusión de aire
III) Impureza conductora

9. Modelo Eléctrico de descargas Parciales
a) hueco
b) capacitores
c) Vi Inception Voltage
V(t) voltaje aplicado
u(t) voltaje en Cg
Ref: Complex behaviour of a
simple partial-discharge model.H.
Suzuki - K. Aihara - T. Okamoto
EPL (Europhysics Letters)

10. Máquina eléctrica rotativa
Aislación estatórica: material compuesto
MICA + RESINA EPOXY
Proceso VPI: se aplica la mica - tanque de
impregnación - vacio (elimina aire) - resina -
presión. Horno para curado. minimizar tg(delta)

11. Mecanismos de degradación
Ej. Degradación artificial de las aislaciones
Descarga parcial en epoxi genera hidrógeno,
y compuestos (C).
Mica: iones potasio son reemplazados por
hidrógeno -> generación de microfisuras.
REF: Study on the Analysis of Degradation Mechanism for Generator Stator Windings
Kim, Kim, Park

12. Aislación con defectos
Fabricación Delaminación

13. DP como indicador de stress
Las descargas parciales son indicadores
asociados a los factores de stress.
Las descargas parciales no son la causa, son
la consecuencia del stress.
MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES

14. Historia del monitoreo de DP
1949: desarrollado por Westinghouse.
La máquina en funcionamiento tiene un comportamiento de DP que no tiene en reposo
2010: usado por 11000 máquinas en el mundo
IEEE 1434 STD - IEC 60270
2001: Ontario Hydro monitoreo de 8 motores
6,6 KV, 11000 Hp en bombas del sistema
primario de extracción de calor.

15. Sensores: Acople capacitivo
Capacitores epoxy-mica libre de descargas parciales,
directamente conectados a la tensión de línea.
80 pF frecuencia de corte de 40 Mhz.

16. Sensores cont.: acople inductivo
Transformadores de Corriente de Alta
Frecuencia.
Ej. Instalados en el sistema de puesta a tierra
de la máquina.
Menos intrusivo: núcleos de ferrite partidos, pulsos de menor amplitud, no se puede determinar la
fase de donde proviene la DP.
Ref: On-line measurement of Partial discharge on large motors in generating station.
Culbert- Dhirani-Gupta

17. Tranformadores de Alta frecuencia

18. Transformadores Instalación

19. Sensores cont.: otros
Radiofrecuencia: antenas
Emisión acústica: frecuencias ~ 1-10 Mhz
RTD: actuan como antena

20. Instalación Típica
Capacitor de
acople
Trafo de Corriente
de alta frecuencia
RTD ???
Ref: EATON -
Insulgard

21. Características de los pulsos
De corta duración: ~ 60 ns
Tiempo de crecida: ~ 1 a 5 ns
Espectro en frecuencia: > 50 Mhz
Osciloscopio

22. Electrónica
Actividad de DP total
Multicanal: discriminación por altura de pulso.
Espectro de energía de la descarga.
Resolución en fase: igual al anterior en función del ángulo
de la tensión de línea.
Descargas parciales resueltas en fase. fi-q-n

23. Análisis de los Datos - Por Norma
Múltiples huecos.

24. Análisis de los Datos - Por Norma
Múltiples huecos + Descargas superficiales

25. Análisis de los Datos - Por Norma
Descargas superficiales en zonas de pérdida de referencia de masa

26. Análisis de los Datos - Por Norma
Huecos + Superficie + Masa

27. Equipos
Preamplificador - Procesador fi-q-n - Presentación y análisis

28. Eliminación de ruido
Hay ruido?
Filtrado - > filtros clásicos (eléctricos), wavelet
(digitales)
Tiempo de vuelo - > acople capacitivo

29. Distancias
En la industria del petroleo hay antecedentes de medición
a largas distancias. 2km.
Líneas de transmisión largas, se pierden pulsos por atenuación.
Ref: Ieee. On-line partial discharge testing of in-service rotating machines in ex
hazardous environments by employment of central monitoring solutions.
Renforth, Goodfellow, Foxall

30. Monitoreo En Servicio
Descargas parciales: medir con la máquina en
funcionamiento y no necesariamente de
manera contínua y permanente.

31. Ingeniería
Determinación de las máquinas a monitorear.
Más de 1 e idénticas, mejor. Comparación.
Selección del método de medición: capacitor o
HFCT/RFCT. Capacitor parece el mejor.
Ingeniería de modificación de la instalación,
para tener puntos de instrumentación
accesibles en planta.

32. Ingeniería, cont.
2 opciones
- Con los puntos de medición accesibles en
planta periódicamente medir, almacenar y
analizar.
- Crear un sistema de monitoreo permanente,
con red de datos y consola de supervisión

33. Ingeniería, cont.
Análisis de los datos adquiridos.
Seguimiento histórico.
Comparaciones entre máquinas idénticas.

34. Otras técnicas
Trafo de corriente de alta sensibilidad
para máquinas de 2 kV a 7600 kV

35. Otras técnicas
Indicadores de performance de motores
eléctricos.
Pactiva, Paparente, Preactiva.
Cos fi, corriente de fases, componentes
simétricas, etc.

36. Conclusiones
1. Las técnicas asociadas a DP son de común aceptación
en la industria.
2. La industria nuclear tiene antecedentes de uso
3. La información generada tiene una interpretación
aceptada por norma.
4. Es una herramienta de MP que ayuda a mejorar
disponibilidad y seguridad de equipos y sistemas.

37. FIN
Muchas Gracias