Descargas Parciales
Guía práctica para identificar el origen del defecto en motores y generadores de media y alta tensión.
Resumen. Detectar descargas parciales (DP) es relativamente sencillo; saber dónde está el defecto y de qué tipo es, no. Este artículo explica el método de localización geométrica que permite el monitor de máquinas rotativas (RMM) con el módulo RTD-PD: cómo se reparten los sensores a lo largo del devanado, qué información aporta cada uno, cómo se leen los patrones de fase y la polaridad, y cómo se confirma el diagnóstico con la tendencia temporal. Se ilustra con dos casos de estudio reales de Dynamic Ratings, uno de los cuales evitó una parada forzada y ahorró unos 70 000 USD.
Qué localizamos y por qué
Las descargas parciales son pequeñas descargas eléctricas que no llegan a puentear por completo el aislamiento entre conductores. Se originan habitualmente en vacíos (voids), grietas o inclusiones dentro de un dieléctrico sólido, o en las interfaces conductor-dieléctrico. Su nivel crece de forma progresiva a medida que el aislamiento se degrada, por lo que la monitorización continua permite detectar el deterioro antes de que provoque un fallo y programar una parada planificada, mucho más económica que una parada forzada.
Localizar la avería significa responder a tres preguntas a partir de los datos de DP:
- ¿Dónde está el defecto? Qué zona del devanado, qué ranura, qué fase.
- ¿De qué tipo es? Vacío interno, devanado suelto o problema en la salida de ranura.
- ¿Cómo evoluciona? Si la actividad crece, se estabiliza o responde a una reparación.
Ningún dato aislado lo resuelve. La localización surge de cruzar la ubicación física de los sensores, el patrón de fase, la polaridad y la correlación con las condiciones de operación. Si desea repasar antes los fundamentos, tenemos artículos dedicados a los tipos de descargas parciales y a los métodos de detección de descargas parciales.
Cómo se localiza el origen, paso a paso
Aprovechar la distribución espacial de los sensores
La clave de la localización es que distintos sensores cubren distintas zonas del devanado. Combinándolos se acota la región del problema:
- Condensadores de acoplamiento (Coupling Capacitors, CC): instalados en los terminales de línea. Por la atenuación de la señal, solo detectan DP en aproximadamente el 10–15 % del devanado (la parte más próxima al terminal). Los defectos profundos pasan desapercibidos para ellos.
- RTD como sensores de DP: situados dentro de las ranuras y distribuidos a lo largo del devanado. Actúan «como unos prismáticos» que permiten ver mucha más extensión del devanado que los CC por sí solos.
- Acopladores de ranura (Stator Slot Couplers, SSC): tienen una «zona de sensibilidad» limitada y solo detectan DP en la ranura concreta donde están instalados.
Como al instalar el sistema no se sabe de antemano qué sensor captará más DP, se recomienda emplear RTD y condensadores de acoplamiento de forma complementaria. Comparando qué sensor —y en qué posición— registra la mayor magnitud, se identifica la región afectada.
Identificar qué sensor numerado muestra mayor actividad
El paso práctico consiste en revisar la actividad por canal. Cada CC y cada RTD tiene una posición física conocida; el sensor con mayor Qmax (magnitud máxima de DP) señala directamente la zona del devanado o la ranura donde se concentra el problema. La evolución mensual de cada canal permite además ver qué sensor «se dispara» con el tiempo.
Interpretar el patrón de fase y la polaridad
Los gráficos de fase (PD plots, con el ángulo de 0 a 360°) revelan el tipo de defecto:
- Polaridades equilibradas + correlación con los parámetros de operación → sugieren defectos de tipo vacío (void) dentro de la estructura del aislamiento.
- Patrones distintos pueden apuntar a devanados sueltos o a problemas en los puntos de salida de ranura (slot exit).
Hay un matiz de simetría muy útil para localizar en profundidad: los RTD ocupan una posición simétrica entre las barras del estátor, mientras que el SSC está en posición asimétrica. Además, la DP de la barra inferior queda apantallada por la barra superior, por lo que el SSC es menos sensible a las descargas de la barra inferior. Comparar ambos sensores ayuda a discernir si el defecto está en la barra superior o en la inferior de la ranura.
Correlacionar con la operación y con la tendencia temporal
- Monitorizar durante un arranque del motor permite comprobar si el devanado está apretado: si la DP no se ve afectada por las fuerzas del arranque, el devanado está firme y el origen es más probablemente un vacío interno que una holgura mecánica.
- Seguir la tendencia en el tiempo (meses o años) confirma si la actividad crece y si una reparación tuvo efecto. Si tras una intervención la DP no baja, el origen no estaba donde se actuó.
Procedimiento resumido
- Instalar sensores complementarios: RTD en las ranuras y condensadores de acoplamiento en los terminales, para cubrir todo el devanado.
- Revisar la magnitud de DP por sensor numerado para acotar la zona física del defecto.
- Analizar los patrones de fase y la polaridad para clasificar el tipo de defecto (vacío, holgura, salida de ranura).
- Usar la simetría RTD/SSC y el apantallamiento entre barras para distinguir barra superior frente a inferior.
- Correlacionar con los parámetros de operación (p. ej. un arranque) y con la tendencia histórica para confirmar el origen y validar las reparaciones.
Caso real: motor de 13,8 kV
Un motor de grandes máquinas mostraba, en mediciones periódicas, una actividad de DP significativa y creciente a lo largo de varios años. Los niveles más altos se reportaron en los RTD números 3, 4 y 6. Por las polaridades equilibradas y la correlación con los parámetros de operación, Dynamic Ratings concluyó que existían defectos de tipo vacío (void) en la estructura del aislamiento. Como la DP se monitorizó durante un arranque sin efectos adversos, se dedujo que el devanado estaba apretado.
Un proveedor concluyó, tras ensayos periódicos, que la mayoría de los defectos se debían a devanados sueltos o a puntos de salida de ranura. El cliente buscó una segunda opinión, dada la importancia económica de la máquina y el largo plazo de reemplazo. En la parada de marzo de 2010, una inspección externa encontró el devanado apretado y sin indicios de DP en la salida de ranura; el consultor aplicó pintura de gradiente adicional esperando reducir la actividad.
Se llamó a Dynamic Ratings. Con el monitor de máquinas rotativas se recogieron y analizaron datos: tras la parada, la actividad de DP no se había reducido y seguía aumentando, lo que demostró que la pintura de gradiente no tuvo efecto y, por tanto, que el origen no estaba en la salida de ranura sino en el interior del aislamiento (vacíos), tal como indicaban los patrones de fase.
Resultado. La monitorización continua permitió tomar la decisión correcta sobre la máquina, y el cliente documentó un ahorro estimado de 70 000 USD como diferencia entre una parada planificada y una parada forzada. La lección de localización es clara: los sensores con mayor magnitud (RTD 3, 4 y 6) apuntaron a la zona, y el patrón de fase apuntó al tipo de defecto (vacío), corrigiendo el diagnóstico inicial de «devanado suelto».
Caso complementario: por qué combinar sensores mejora la localización
En un generador de 300 MW y 20 kV equipado con SSC, se instalaron RTD en la misma ranura, directamente bajo el SSC, entre la barra superior y la inferior. Las mediciones simultáneas mostraron que ambos tipos de sensor tienen una sensibilidad casi idéntica y patrones de DP prácticamente iguales; las diferencias menores se explican por la posición simétrica del RTD frente a la asimétrica del SSC.
La distribución de magnitud por sensor demuestra el valor de combinarlos: según la medición, unas veces destacan los condensadores de acoplamiento y otras los RTD. Como los CC solo «ven» el 10–15 % del devanado más próximo al terminal, los RTD distribuidos en las ranuras permiten localizar defectos profundos que los CC no detectarían.
Conclusión de localización: RTD y condensadores de acoplamiento son complementarios, no excluyentes. Usar ambos ofrece una vista más profunda y sin lagunas de la actividad de DP, necesaria para situar el defecto en la zona correcta del devanado y para no diagnosticar erróneamente su naturaleza.
Preguntas frecuentes
¿Se puede localizar una descarga parcial solo con condensadores de acoplamiento?
Solo de forma parcial. Los condensadores de acoplamiento se instalan en los terminales de línea y la atenuación limita su alcance al 10–15 % del devanado más próximo al terminal. Sirven para detectar actividad, pero un defecto situado en el interior del devanado puede pasarles desapercibido. Para localizar hace falta añadir sensores distribuidos en las ranuras.
¿Por qué usar los RTD ya instalados como sensores de descargas parciales?
Porque están dentro de las ranuras y repartidos a lo largo del devanado, que es exactamente donde interesa mirar. Con el módulo RTD-PD del RMM, los RTD existentes de temperatura se aprovechan como sensores de DP, lo que amplía enormemente la cobertura del devanado sin rehacer el bobinado ni instalar acopladores de ranura en cada posición.
¿Cómo se distingue un vacío interno de un devanado suelto?
Por el patrón de fase y la respuesta a la operación. Las polaridades equilibradas y una buena correlación con los parámetros de funcionamiento apuntan a vacíos internos en el aislamiento. Un devanado suelto, en cambio, es sensible a las fuerzas mecánicas: si al monitorizar un arranque la actividad de DP no se ve afectada, el devanado está firme y el origen es más probablemente un vacío.
¿Qué diferencia hay entre un RTD y un acoplador de ranura (SSC)?
La sensibilidad es casi idéntica y los patrones prácticamente coinciden, como muestra la figura 4. La diferencia relevante es geométrica: el RTD ocupa una posición simétrica entre barras y el SSC una posición asimétrica, y la barra superior apantalla parcialmente la DP de la inferior frente al SSC. Comparar ambos ayuda a decidir si el defecto está en la barra superior o en la inferior.
¿Cuándo conviene monitorizar en continuo en lugar de hacer medidas periódicas?
Cuando la máquina es crítica, su plazo de reemplazo es largo o el coste de una parada forzada es alto. El caso del motor de 13,8 kV lo ilustra: fue precisamente la tendencia continua posterior a la parada la que demostró que la reparación no había atacado el origen real del problema, algo que una medida puntual no habría revelado.
Equipos y asesoramiento
El monitor de máquinas rotativas (RMM) realiza monitorización continua de descargas parciales y, además, registra y correlaciona la dinámica de funcionamiento del motor o generador, incluidos accionamientos con variador de frecuencia (VFD). Puede consultar también el resto de nuestros equipos y detectores de descargas parciales, así como el análisis de descargas parciales desde un punto de vista más general.
¿Tiene un motor o un generador con actividad de DP creciente y necesita saber dónde está el defecto? Contacte con nuestros ingenieros y le asesoraremos sobre la instrumentación y el plan de medida más adecuados.
Fuentes
Dynamic Ratings — «Partial Discharge Monitoring Saves 13.8 kV Motor» y «Use of Stator Slot Couplers and RTDs with Coupling Capacitors for Thorough Partial Discharge Activity Sensing». Imágenes reproducidas de dichos casos de estudio.