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Sección transversal de un empalme con termorretráctil en frío que muestra la zona del cono de tensión de descarga parcial

Solución de problemas relacionados con la contracción en frío: descargas parciales y problemas superficiales

La resolución de problemas en el diagnóstico de descargas parciales en mangueras termorretráctiles comienza por distinguir entre dos mecanismos de fallo: aunque comparten síntomas que se solapan, tienen orígenes físicos diferentes. Confundirlos lleva a tomar medidas correctivas erróneas: limpiar una unidad que hay que sustituir, o sustituir una que solo necesitaba volver a colocarse correctamente. Esta guía explica cómo distinguirlos, cómo se manifiestan en la práctica y cómo decidir entre la reparación y la sustitución.

Qué son realmente las descargas parciales y el rastreo superficial en una interfaz de contracción en frío

La descarga parcial (PD) es una ruptura eléctrica localizada que solo atraviesa una parte del aislamiento entre dos superficies conductoras, en lugar de una descarga completa a través de todo el espacio dieléctrico. Se produce cuando un hueco lleno de aire o un espacio interfacial se encuentra dentro de una región de campo eléctrico concentrado —lo más habitual es que ocurra en el hombro del cono de tensión, donde termina el apantallamiento semiconductivo del cable y comienza la gradación del campo—. En un terminador termorretráctil típico de la clase de 15 kV a 35 kV, la actividad de DP por debajo de aproximadamente 5 pC suele considerarse ruido de fondo en una unidad bien instalada, aunque este umbral varía en función del método de ensayo y del diseño del sistema de cableado.

El seguimiento superficial es un modo de degradación distinto y visible: una trayectoria carbonizada progresiva que se forma a lo largo de una superficie aislante, provocada por una corriente de fuga que actúa sobre una película de humedad y contaminación, en lugar de sobre un vacío interno. Se desarrolla en el cuerpo exterior de silicona o EPDM, y suele comenzar cerca de la zona de mayor tensión, a una distancia de entre 20 mm y 40 mm aproximadamente del reborde del cono de tensión.

Por qué estos dos mecanismos suelen confundirse en la práctica

Ambos pueden provocar el mismo síntoma posterior —un “flashover” o una perforación del aislamiento—, razón por la cual los equipos a veces atribuyen un fallo por «trazado» a la «descarga parcial» (PD) sin una confirmación mediante instrumentos. La descarga parcial (PD) es un fenómeno interno que se confirma mediante ensayos; el trazado deja pruebas físicas durante la inspección. Una unidad puede presentar ambos fenómenos simultáneamente, ya que la contaminación superficial que provoca el rastreo puede, en fases avanzadas, crear también las condiciones de vacío que favorecen la DP.

Cómo se manifiestan los signos de la EP durante las pruebas de campo y diagnósticas

La detección de descargas parciales suele comenzar antes de que un técnico conecte un equipo de prueba: con frecuencia, los equipos detectan los primeros indicios durante una inspección rutinaria, cuando una fuente activa de descargas parciales ya es lo suficientemente ruidosa o calienta lo suficiente como para llamarle la atención.

Localización de la fuente de la señal de descarga parcial en la interfaz del cono de tensión de contracción en frío
Figura: ilustración en corte transversal en la que se indican el punto de emisión acústica y la zona de concentración del campo asociados a una fuente activa de descargas parciales en la interfaz del cono de tensión.

Indicadores acústicos y ultrasónicos

Una fuente de descarga parcial activa suele producir un leve silbido o crujido, audible a corta distancia, pero que se detecta con mayor fiabilidad mediante un detector ultrasónico sintonizado entre 20 kHz y 100 kHz. En las terminaciones de distribución de la clase de 15 kV a 25 kV, la amplitud de la señal ultrasónica tiende a aumentar bruscamente en los días o semanas previos a un evento de descarga, por lo que una detección confirmada es motivo para realizar una inspección más detallada, en lugar de limitarse a esperar y supervisar. La señal acústica puede ir acompañada de un punto caliente infrarrojo localizado cerca del hombro del cono de tensión, aunque la firma térmica por sí sola no es concluyente, ya que la corriente de carga normal también genera un calentamiento de fondo.

Lecturas de los instrumentos de prueba (anomalías en la resistencia a la tensión de muy baja frecuencia)

Durante un ensayo de resistencia programado a muy baja frecuencia (VLF), la actividad de descargas parciales suele manifestarse como una curva inestable de corriente de fuga o un cambio brusco en la lectura del tan delta —siendo el tan delta la relación entre la corriente resistiva y la capacitiva en el aislamiento, una medida estándar de la pérdida dieléctrica— en lugar de un fallo rotundo del ensayo. En una terminación en buen estado de la clase de 15 kV a 35 kV, los valores de tan delta suelen mantenerse por debajo de aproximadamente 1,0% a 1,5% a la tensión nominal [VERIFICAR NORMA: límites exactos de estabilidad de tan delta según la norma IEEE 400.2 para terminaciones termorretráctiles en frío]; una tendencia al alza en las pruebas sucesivas suele ser la primera señal cuantificable de degradación de la interfaz.

Tensión de inicio del PD (Vi) se espera, por lo general, que se sitúe por encima de 1,5 veces la tensión nominal de fase a tierra del sistema en una conexión a tierra en buen estado; un valor Vi Un valor cercano a la tensión nominal o inferior a ella es un claro indicio de la presencia de un vacío o de un defecto de interfaz.

Estas lecturas son datos de diagnóstico, no conclusiones definitivas: un registro anómalo justifica la repetición de la prueba y una inspección física antes de tomar cualquier decisión sobre la reparación o la sustitución.

[Perspectiva del experto]

  • Una tendencia al alza del tan delta suele ser una señal de alerta temprana más fiable que un simple resultado de «aprobado» o «suspenso».
  • La detección por ultrasonidos funciona mejor durante una ronda de inspección realizada en horas de tranquilidad, lejos del ruido de fondo de la subestación.
  • El infrarrojo por sí solo no es concluyente: combínalo con una lectura acústica o eléctrica

Indicadores visuales y físicos del seguimiento de la superficie

Una vez desconectado y accesible, la inspección visual permite detectar lo que las pruebas instrumentales por sí solas pueden pasar por alto: las marcas dejan pruebas físicas identificables sin necesidad de equipo especializado, aunque una lupa o un boroscopio ayudan a confirmar los casos en fase inicial.

Terminación con termorretráctil frío anotada que muestra tres zonas de inspección de seguimiento superficial
Figura: cuerpo de terminación anotado en el que se identifican el hombro del cono de tensión, la superficie de deslizamiento en la parte media del cuerpo y la interfaz de la falda como las tres zonas principales para la inspección visual de seguimiento.

Decoloración y rastros de carbono

El indicio confirmado más evidente es una estela delgada y ramificada, de color gris a negro, grabada en la superficie, que suele seguir el gradiente del campo en lugar de discurrir de forma aleatoria. En una terminación de entre 15 kV y 25 kV, un rastro de más de aproximadamente 5 mm a 10 mm de longitud se considera generalmente un evento de seguimiento activo, ya que el verdadero seguimiento por carbono es conductivo y se propaga por sí mismo bajo una tensión continua. Las decoloraciones más claras, sin ramificaciones y sin un trazado definido suelen deberse a la contaminación de la superficie o al envejecimiento por rayos UV y, por sí solas, no confirman la presencia de rastreo.

Erosión en el hombro del cono de tensión

Dado que esta zona presenta la mayor concentración de campo, también es la más propensa a la erosión: una textura rugosa, con picaduras o calcárea en la que la superficie lisa de fábrica se ha degradado. Las inspecciones sobre el terreno de las unidades retiradas tras varios años de servicio suelen mostrar este patrón antes de que se haya formado ningún rastro visible de carbono.

Patrones de acumulación de contaminación

Una capa de polvo, una película de sal o residuos industriales en la superficie de recorrido de fuga no indica por sí misma la aparición de trazas de descarga, pero su distribución sí es importante: una acumulación más intensa cerca del hombro del cono de tensión o de la base del faldón, en lugar de una cobertura uniforme, apunta al ciclo local de humedad y contaminación que suele preceder al inicio de las trazas de descarga. Las unidades exteriores situadas en entornos costeros o industriales acumulan este patrón más rápidamente que las terminaciones montadas en aparamenta interior.

Ninguno de estos tres indicadores es concluyente por sí solo; la decoloración, la erosión y un patrón de contaminación irregular, en conjunto, justifican la realización de pruebas de diagnóstico antes de decidir si se debe reparar o sustituir el elemento.

Vías de las causas fundamentales: por qué el desgaste prematuro y el seguimiento se inician en la interfaz del cono de tensión

El hombro del cono de tensión es la zona de mayor campo magnético del conjunto, por lo que casi todas las causas fundamentales se remontan a una condición que concentra la tensión de campo o introduce una vía conductora en esa zona.

Sección transversal de la interfaz del cono de tensión con puntos de concentración del campo eléctrico
Figura: vista transversal de la interfaz del cono de tensión que marca los puntos de mayor concentración del campo eléctrico en relación con el recorte semiconductivo.

Formación de huecos debido a una preparación inadecuada del cable

Un hueco lo suficientemente grande como para provocar una descarga parcial (PD) casi siempre se origina durante la instalación. Un blindaje semiconductivo cortado a una longitud incorrecta, una superficie de aislamiento con residuos de disolvente o un cono de tensión situado incluso unos pocos milímetros fuera de su posición especificada crean un pequeño espacio de aire entre la geometría interna de la terminación y el aislamiento del cable. En un cable de media tensión de entre 15 kV y 35 kV, un error de posicionamiento de entre 3 mm y 5 mm con respecto al punto de corte del semiconductivo puede desplazar el cono de tensión fuera de su zona de gradación de campo prevista.

Dado que la intensidad del campo eléctrico en una discontinuidad geométrica brusca varía inversamente con el radio de curvatura local, incluso un pequeño hueco (de entre 0,1 y 0,5 mm de diámetro aproximadamente) en el interior de una zona de alta tensión puede superar localmente el umbral de inicio de descarga del material, aunque el aislamiento global se mantenga bien por debajo de su capacidad de resistencia nominal.

Entrada de humedad y contaminación

Una vez en servicio, la humedad que llega a la interfaz —ya sea a través de un sellado ambiental defectuoso, por condensación o por exposición al exterior— se combina con la contaminación para crear la película conductora superficial que provoca el efecto de rastreo. Este proceso es progresivo: un conector puede funcionar durante varios años antes de que la exposición cíclica a la humedad genere una vía de corriente de fuga apreciable.

Pérdida de presión interfacial a lo largo de la vida útil

Tecnología de retractilado en frío Depende por completo de la presión elastomérica sostenida contra la superficie del cable, por lo que cualquier relajación a largo plazo —debida a ciclos térmicos, al envejecimiento del material o a la elección de un kit de dimensiones insuficientes en relación con el diámetro exterior real del cable— puede volver a abrir una hendidura microscópica en una interfaz que originalmente estaba en buen estado en el momento de la instalación. Es posible que una terminación pase la prueba sin problemas durante la puesta en servicio y que solo desarrolle susceptibilidad a las descargas parciales años más tarde, a medida que la fuerza de compresión disminuye gradualmente.

[Perspectiva del experto]

  • Las cavidades que se producen durante la instalación y la pérdida de presión durante el funcionamiento parecen idénticas en una prueba de descargas parciales (PD) realizada al final de la vida útil; solo los registros de puesta en servicio permiten distinguirlas.
  • Los kits de tamaño insuficiente en relación con el diámetro exterior real del cable son una causa raíz recurrente y evitable

Métodos de pruebas diagnósticas e interpretación

Para confirmar la PD, realizar un seguimiento o ambas cosas, es necesario pasar de las señales visuales y acústicas a las pruebas con instrumentos. Los tres métodos que se indican a continuación difieren en cuanto a su sensibilidad, a si es necesario desconectar el circuito y a lo que mide cada uno.

Pruebas de descargas parciales de muy baja frecuencia (VLF)

Las pruebas de muy baja frecuencia (VLF) consisten en aplicar una forma de onda sinusoidal o cosinusoidal-rectangular, normalmente a 0,1 Hz, al cable desenergizado, al tiempo que se supervisan los pulsos de descarga. Requieren una interrupción planificada del suministro, pero se correlacionan de forma más directa con el rendimiento real de resistencia bajo una rampa de tensión controlada, y pueden combinarse con un barrido de tangente delta en una sola sesión. Guía de pruebas VLF según la norma IEEE 400.2 regula los procedimientos de ensayo de VLF y las directrices de aceptación para los sistemas de cables de alimentación apantallados, incluidas las terminaciones y los accesorios, y constituye la principal referencia normativa en este ámbito.

Métodos de detección de UHF y TEV

Los sensores UHF y las sondas de tensión transitoria a tierra (TEV) permiten supervisar las descargas parciales (PD) mientras el equipo está bajo tensión, lo que los convierte en la opción preferida para los activos que no pueden desconectarse durante una ventana de VLF. Detectan el transitorio electromagnético que irradia cada descarga, lo que los hace adecuados para la supervisión de tendencias con una periodicidad trimestral o anual, en lugar de ofrecer un veredicto único de «apto» o «no apto».

Inspección con cámara de corona UV

Una cámara de corona sensible a los rayos UV permite visualizar las descargas superficiales, a menudo invisibles a la luz del día, lo que resulta útil para detectar en una fase temprana el efecto de rastreo o la corona en el hombro del cono de tensión durante una prueba de descenso. Esta cámara solo observa la actividad a nivel superficial y no puede confirmar una fuente de descarga parcial (PD) interna provocada por vacíos, por lo que complementa, pero no sustituye, a las pruebas eléctricas.

Lógica para decidir entre reparar o sustituir

Una vez que las pruebas y la inspección confirman la causa principal, la decisión se reduce a determinar si el deterioro es un problema superficial que se puede subsanar o si ha comprometido la integridad dieléctrica interna.

Diagrama de flujo para decidir entre reparar o sustituir los terminales de contracción en frío
Figura: diagrama de flujo de decisión que relaciona los resultados de la inspección y las pruebas —nivel de contaminación, tendencia del tan delta, detección de trazas— con el resultado de la reparación o la sustitución.

Cuándo basta con limpiar y volver a colocar

Un conector que presente únicamente una ligera contaminación, una decoloración leve sin trazas de carbón y un tan delta estable por debajo de aproximadamente 1,01 TP3T a 1,51 TP3T a la tensión nominal suele ser candidato a una limpieza y a volver a colocarlo en su sitio. Esto se aplica cuando la presión interfacial y la posición del cono de tensión se mantienen dentro de la geometría prevista; la solución aborda la fuente de contaminación (resellar una caja, añadir un bucle de goteo, mejorar la ventilación) en lugar de la terminación en sí. La experiencia práctica en instalaciones al aire libre de la clase de 15 kV a 25 kV demuestra que esto resuelve la mayoría de los casos provocados por la contaminación que se detectan antes de que se inicie un rastreo medible.

Cuándo es necesario un reemplazo completo de la terminación

La detección confirmada de trazas de carbono, una tensión de inicio de la descarga parcial (PD) cercana o inferior a la tensión nominal de fase a tierra, o una erosión visible del hombro indican que el sistema dieléctrico interno está dañado y no puede repararse mediante una intervención superficial. La sustitución también es la medida adecuada cuando la causa principal es la pérdida de presión interfacial, ya que la fuerza de compresión no puede restablecerse en la práctica una vez que se ha relajado. Sustituir una unidad sospechosa durante una parada programada supone casi siempre un riesgo menor que posponer la sustitución ante un resultado dudoso, dado que la media tensión (MV) accesorios para cables están diseñadas para una vida útil de entre 25 y 40 años. Las marco de selección de rescisiones Es una referencia útil a la hora de determinar el tamaño del cable de recambio en función de las especificaciones del cable original.

Cuándo escalar el problema: cómo obtener apoyo del departamento de ingeniería para problemas persistentes

No todos los casos se resuelven de forma clara siguiendo la lógica anterior. Los resultados dudosos, un patrón de fallos recurrente en varias unidades del mismo proyecto o una causa raíz que se deba a una discrepancia en las especificaciones, en lugar de a una sola unidad defectuosa, merecen ser remitidos a un nivel superior antes de decidirse por una solución.

Varias interrupciones del mismo lote o equipo que presentan ubicaciones de seguimiento o firmas de PD similares suelen indicar un problema sistémico: un kit de dimensiones insuficientes en relación con el diámetro exterior real del cable, una discrepancia en la geometría del cono de tensión o una exposición ambiental que no se tuvo en cuenta en las especificaciones originales. Para determinar la causa a nivel de especificaciones, suele ser útil realizar una revisión técnica comparando con el solicitud de presupuesto original y documentación del producto, además de una comprobación de Normas de aprovisionamiento de transformadores y accesorios para cables en los que ambas familias de productos se adquieren conjuntamente.

Para proyectos en los que se adquieran accesorios para cables termorretráctiles y retráctiles en frío, ZeeyiElec ofrece asesoramiento técnico para la revisión de instalaciones dudosas, además de orientación sobre la selección de los productos estándar, que abarca la clase de tensión, el rango de conductores y los factores de exposición ambiental relevantes para el dimensionamiento de los terminales.

Preguntas frecuentes

¿Qué provoca una descarga parcial en un terminador termorretráctil en frío?

Las descargas parciales suelen tener su origen en un hueco o una cámara de aire en la interfaz entre el cuerpo del conector y el aislamiento del cable; en la mayoría de los casos, se deben a una preparación incompleta del cable, a una presión interfacial insuficiente o a la contaminación introducida durante la instalación; la causa concreta depende de dónde se localice la señal de descarga parcial.

¿Cómo se puede distinguir en el terreno entre el seguimiento superficial y la descarga parcial?

El seguimiento de la superficie deja un rastro carbonizado visible en el exterior del cuerpo de terminación o en la superficie de interfaz, mientras que la descarga parcial es un fenómeno eléctrico interno que, por lo general, solo se confirma mediante ensayos con instrumentos, y no únicamente mediante inspección visual.

¿Se puede reparar una terminación termocontraíble con seguimiento en fase inicial en lugar de sustituirla?

En ocasiones, la contaminación superficial leve que no haya dejado rastros de carbón puede limpiarse y volver a colocarse en su sitio, pero una vez que se ha formado una pista carbonizada, el material degradado no suele poder recuperar sus prestaciones dieléctricas originales, por lo que la opción más segura es sustituirlo.

¿Qué métodos de ensayo permiten detectar descargas parciales en los extremos de los cables sin necesidad de desconectar el circuito?

Los sensores UHF y TEV permiten realizar un seguimiento en línea y no intrusivo de las descargas parciales, mientras que las pruebas de resistencia a VLF requieren una interrupción planificada del servicio; la elección depende de si es posible desconectar el equipo durante el periodo de evaluación.

¿A qué velocidad avanza el seguimiento de la superficie una vez que comienza?

La velocidad de progresión varía considerablemente en función del nivel de contaminación, la exposición a la humedad y la tensión aplicada, y puede oscilar desde una degradación lenta que se prolonga durante varios años hasta un fallo relativamente rápido en condiciones de humedad y contaminación continuas; la monitorización del estado es la única forma fiable de evaluar la evolución de una unidad concreta.

¿Es la entrada de humedad por sí sola la causa de las descargas parciales en los accesorios de contracción en frío?

La humedad por sí sola rara vez es suficiente; se convierte en un factor determinante cuando se combina con la contaminación de la superficie o con un hueco ya existente, ya que ambos elementos juntos crean las condiciones necesarias para que se forme una vía conductora que sustenta la actividad de descarga progresiva.

yoyo shi
yoyo shi

Yoyo Shi escribe para ZeeyiElec, centrándose en accesorios de media tensión, componentes de transformadores y soluciones de accesorios para cables. Sus artículos cubren aplicaciones de productos, fundamentos técnicos y perspectivas de abastecimiento para compradores de la industria eléctrica mundial.

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