La descarga parcial (DP) es una ruptura dieléctrica localizada que ocurre en una pequeña porción del sistema de aislamiento de un cable eléctrico bajo tensión elevada. A diferencia de una ruptura completa, la DP no interrumpe completamente el circuito entre el conductor primario y la pantalla de tierra exterior o la armadura metálica.
Según la norma internacional IEC 60270, la DP ocurre cuando la intensidad del campo eléctrico localizado supera la rigidez dieléctrica de un punto débil específico, como una burbuja de gas interna, una microfisura o una impureza en la matriz de polietileno reticulado (XLPE) o PVC. Estas microdescargas emiten pulsos electromagnéticos transitorios, ondas acústicas y subproductos de degradación química que erosionan gradualmente el aislamiento circundante con el tiempo.
Matriz de parámetros técnicos: tipologías y características de los PD
Las descargas parciales en los cables de alimentación se manifiestan de distintas formas dependiendo de la naturaleza física y la ubicación del defecto de aislamiento.
| Categoría de Descarga Parcial (PD) | Origen Físico Primario | Magnitud de Pulso Típica (pC) | Patrón de PD Resuelto en Fase (PRPD) | Riesgo Operativo a Largo Plazo |
|---|---|---|---|---|
| Descarga Interna (en Vacío) | Burbujas microscópicas de aire/gas atrapadas en el seno del XLPE. | 5 pC – 500 pC | Pulsos simétricos centrados en el 1.er y 3.er cuadrantes (0° – 90° y 180° – 270°). | Crítico: Desencadena la formación de arborescencia eléctrica progresiva, que lleva a la perforación completa del aislamiento. |
| Descarga Superficial | Límites interfaciales (por ejemplo, empalmes de cables, terminaciones o conos de tensión). | 100 pC – 2000 pC | Pulsos asimétricos agrupados cerca de los picos de la onda de voltaje alterno. | Alto: Provoca seguimiento superficial, carbonización y descargas disruptivas (flashover). |
| Descarga Corona | Puntos metálicos afilados o rebabas expuestas al aire en terminales abiertos. | 10 pC – 100 pC | Pulsos nítidos y altamente estables concentrados estrechamente en el pico negativo (270°). | Bajo a Moderado: Genera ozono; degrada los componentes externos con el tiempo. |
La física de la degradación y falla por DP
Desajuste de permitividad dieléctrica
El principal motor de la descarga parcial interna es la marcada diferencia en la permitividad relativa (\(\varepsilon_r\)) entre el aislamiento sólido y el vacío de gas atrapado. Por ejemplo, el XLPE sólido tiene una permitividad de aproximadamente 2.3, mientras que un vacío de aire tiene una permitividad de 1.0.
Cuando se aplica una tensión de corriente alterna a través del cable, la intensidad del campo eléctrico (\(E_{\text{void}}\)) dentro de la burbuja de aire de menor permitividad se amplifica en relación con el medio sólido circundante:
\(E_{\text{void}} = \varepsilon_r \cdot E_{\text{insulation}}\)
Debido a que el aire tiene un umbral de ruptura mucho más bajo que el XLPE (aprox. 3 kV/mm frente a >20 kV/mm), el aire dentro del vacío se ioniza y descarga mucho antes de que el resto de la pared del aislamiento alcance su límite.
Arborescencia eléctrica y mecanismos de falla del cable
Cada evento de descarga parcial individual bombardea los límites del vacío con electrones de alta energía y radiación ultravioleta, rompiendo los polímeros de hidrocarburos de cadena larga del XLPE. Esta descomposición química produce gases volátiles y deposita caminos conductores de seguimiento de carbono a lo largo de las microfisuras.
Con el paso de meses o años, estos canales carbonizados microscópicos se ramifican a través de la matriz del aislamiento en un patrón estructural conocido como Arborescencia Eléctrica. A medida que las ramas conductoras crecen y se acercan a la pantalla de puesta a tierra exterior, el espesor efectivo restante del aislamiento disminuye hasta que el sistema ya no puede soportar la tensión de operación, lo que resulta en una falla disruptiva de cortocircuito.
