Què és la prova de descàrrega parcial al transformador?

1. Què és la descàrrega parcial (PD)?

Per entendre la prova, primer has d'entendre el fenomen que detecta.

Definició: la descàrrega parcial és una descàrrega elèctrica localitzada que només uneix parcialment l'aïllament entre conductors. Pot ocórrer en buits (bosses de gas) dins d'aïllament sòlid, als límits entre diferents materials aïllants o en bombolles dins d'aïllament líquid (oli).

El problema que provoca: tot i que cada PD individual és una espurna molt petita, erosiona l'aïllament amb el temps. L'energia d'aquestes descàrregues trenca els enllaços químics del material aïllant (paper, oli, resina) mitjançant:

Estrès tèrmic: calor de l'espurna.

Degradació química: Produeix ozó i àcids nitrosos (a l'aire) o hidrogen i metà (en petroli).

Erosió física: Literalment cremant petites fosses del material.
Aquest dany lent i acumulat debilita progressivament l'aïllament fins que ja no pot suportar l'estrès elèctric, provocant una punxada completa (avaria) i una fallada catastròfica del transformador.

2. Per què és tan important la prova de PD?

Detecció precoç de fallades: és una de les proves més sensibles per detectar falles incipients (en desenvolupament) en el sistema d'aïllament en una fase molt primerenca, sovint anys abans d'una fallada.

Prevé fallades catastròfiques: mitjançant la identificació anticipada d'un aïllament feble, el manteniment o la reparació es poden programar de manera proactiva, evitant interrupcions no planificades, reparacions costoses i possibles perills de seguretat.

Garantia de qualitat: és una prova de rutina obligatòria per als transformadors nous abans de sortir de la fàbrica, assegurant que compleixen els estàndards de qualitat més alts i estan lliures de defectes de fabricació importants.

Avalua l'estat durant el servei: per als transformadors de camp, les proves periòdiques de PD són una part clau d'un programa de manteniment-basat en condicions, que ajuden a determinar la vida útil restant i la necessitat de processar o assecar l'oli-.

3. Com funciona una prova de descàrrega parcial?

La prova es realitza aplicant una tensió superior a la tensió de funcionament normal del transformador als seus bobinatges, però inferior a la seva tensió de prova de resistència de potència-freqüència. L'objectiu és estresar l'aïllament prou per excitar qualsevol defecte existent sense causar nous danys.

El principi bàsic és que quan es produeix una DP, genera tres fenòmens mesurables gairebé simultàniament:

Polsos elèctrics: un pols de corrent molt ràpid i petit{0}(de nanosegons a microsegons) flueix al circuit de prova.

Ones electromagnètiques: el pols emet energia electromagnètica, incloent senyals de radiofreqüència (RF).

Ones acústiques: la petita espurna crea un "clic" ultrasònic o ona sonora dins del dipòsit del transformador.

La configuració de la prova implica:

Una font d'-alta tensió: per alimentar el transformador.

Condensador d'acoblament: proporciona un camí de baixa-impedància per als polsos PD que es volen mesurar.

Sistema de mesura/detector PD: un instrument sofisticat que captura, filtra i analitza els polsos.

Sensors: poden ser:

Sensors elèctrics: per mesurar directament els polsos de corrent.

Transformadors de corrent d'alta -freqüència (HFCT): fixats al voltant de la connexió de terra per captar els senyals de RF.

Sensors d'ultra-alta freqüència (UHF): antenes col·locades dins del transformador (a través de vàlvules d'oli) o externament per detectar ones electromagnètiques en el rang de GHz. Això és molt popular ja que és immune al soroll elèctric extern.

Sensors d'emissió acústica (AE): micròfons col·locats a l'exterior del dipòsit del transformador per "escoltar" els sons ultrasònics del PD. Això és excel·lent per localitzar la font del PD.

4. Mesures i interpretació clau

El detector de PD no només detecta la presència d'una descàrrega; el quantifica amb diversos paràmetres clau:

Càrrega aparent (q): La quantitat més important. S'expressa en PicoCoulombs (pC). Com que la descàrrega real es troba dins de l'aïllament i no es pot mesurar directament, la "càrrega aparent" és una mesura calibrada de la càrrega que, si s'injecta instantàniament entre els terminals del transformador, tindria el mateix efecte que la PD interna. Els valors més baixos són millors.

Tensió d'inici PD (PDIV): la tensió a la qual comencen a produir-se els PD quan s'eleva la tensió de prova.

Tensió d'extinció PD (PDEV): la tensió a la qual cessen els PD quan es redueix la tensió de prova.

Interpretació: els enginyers no busquen només la presència de PD; analitzen el patró, la magnitud (en pC) i la relació de fase dels polsos. Els diferents tipus de defectes (buits, descàrregues superficials, components flotants) produeixen "empremtes digitals" úniques a la forma d'ona de tensió.

Normes i límits acceptables

Les normes internacionals (com la IEC 60270) defineixen els procediments de prova i els nivells de PD acceptables. Per a un transformador nou, el criteri d'acceptació típic és que el nivell de PD, sota una tensió de prova especificada, no ha de superar ****

100 pC a 500 pC

, amb 100 pC un límit comú i molt estricte per a equips d'alta tensió-. Per als transformadors en servei, es podrien tolerar nivells més alts amb un pla de control i intervenció.