¿Cómo detectar la arborescencia eléctrica en los equipos de alto voltaje?
Los rayos y la descarga de servicios de alto voltaje pueden crear un patrón sumamente distintivo e intrincado de ramas que parten del punto del impacto. En la ingeniería eléctrica y física del plasma, esto se llama figura de Lichtenberg.
Estos fractales ocurren cuando una descarga parcial de electricidad invade un material aislante. Con el tiempo, campos electromagnéticos comienzan a afectar al dieléctrico. Eventualmente, la descarga progresará a través del aislamiento debilitado. Este fenómeno se conoce como arborescencia eléctrica (electrical treeing) debido a la figura de Lichtenberg, la cual se asemeja a una red de árboles y ramas. Si este crea un puente entre dos electrodos o conductores, la falla será completa.
Descarga parcial
La arborescencia eléctrica es un tipo de descarga parcial que causa una ionización conductora. Cuando el campo eléctrico es lo suficientemente grande, una ionización espontánea ocurre, lo que hace que el área afectada sea altamente conductora. Esta condición precede una descarga total.
Ciertas descargas parciales producen un halo visible de luz azulada, como en el efecto corona; aunque la arborescencia eléctrica es invisible. Es por eso que las pruebas son muy importantes.
Pruebas de campo para la arborescencia eléctrica
Las pruebas de descargas parciales localizan los defectos causados por procesos de manufactura, empalmes defectuosos y operación normal. Estas determinan la ubicación de las descargas y el voltaje que desencadena la arborescencia; así, un repuesto puede ser considerado antes de que ocurra una falla catastrófica. Las pruebas de campo son esenciales para prevenir descargas completas e interrupciones del servicio en las subestaciones, ya que pueden predecir cuando ocurriría un problema importante.
El objetivo de estas pruebas de campo es evaluar la condición del material dieléctrico, sin embargo, el proceso difiere de los protocolos convencionales de alto potencial. Las pruebas de descargas parciales no son destructivas y los datos recolectados son útiles para el análisis cuantitativo posterior. Cuando se realizan, el voltaje es elevado para detectar las posibles áreas de descarga, lo que permite determinar el comienzo de este para cada descarga parcial.
Las mediciones base en los equipos de transformadores de energía nuevos ayudan a los proveedores de servicios de alto voltaje a identificar cambios en el rendimiento en el futuro. Mientras el equipo y el aislamiento se deterioran con el tiempo, las pruebas de campo pueden predecir problemas potenciales que podrían llevar a una falla general. Los datos de calidad permiten a los especialistas analizar los resultados y tomar decisiones basadas en el desempeño sobre mantenimiento, desmantelamiento o reemplazos.
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Tipos de arborescencia eléctrica
Las descargas parciales pueden ser identificadas durante las pruebas de campo y las investigaciones posteriores a los incidentes. Los expertos pueden examinar el aislamiento en cables, transformadores y casquillos para determinar la causa principal de la descarga. Dependiendo de las condiciones, esta creará diferentes figuras de Lichtenberg que pueden encajar en cualquier de estas categorías:
- Corbata.
- Rama.
- Arbusto.
- Dendrita.
- Espiga.
- Cuerda.
- Agujereada.
Las de corbata y agujereadas son las más comunes. Estas pueden ser diferenciadas por la detección del patrón y el punto de inicio. Las segundas ocurren cuando hay un suministro de aire. Empiezan en una interfaz de electrodo y crecen en la dirección opuesta. Una descarga completa y la falla ocurren cuando el árbol conecta a los dos electrodos.
Los árboles de corbata se expanden simétricamente alejándose del electrodo. La falla puede no ser tan severa comparada con las descargas causadas por las anteriores. Estos no tienen acceso a un suministro de aire, por lo que su crecimiento es irregular, aunque no lo hacen tanto como para causar una falla completa.
Causas de la arborescencia eléctrica
La arborescencia eléctrica ocurre cuando el material dieléctrico se daña o debilita. La causa casi siempre tiene que ver con vacíos, aberturas, burbujas de aire o impurezas. Los defectos hacen al aislamiento vulnerable a descargas parciales. La edad es otro factor, además de los cables de alto voltaje.
Fuente: Equisales
