Errores comunes en las pruebas de PD in situ: Comparación de características, tipos y aplicaciones

Los errores comunes en las pruebas de descargas parciales in situ no son casos excepcionales; se repiten en aparamenta eléctrica energizada, cables recién instalados y transformadores que acaban de superar una prueba de alta tensión. Tres estudios de campo y un caso de fallo en un parque eólico con un coste de 480 000 dólares apuntan a los mismos ocho problemas. Esta guía los identifica, explica por qué ocurren y muestra la solución basada en las normas IEC 60270:2025 e IEEE 400.3-2022.

1. ¿Por qué las pruebas de PD in situ son más propensas a errores que las pruebas de laboratorio?

Un banco de pruebas de descargas parciales (DP) de laboratorio es una sala blindada con ambiente controlado, un único objeto de prueba, un condensador de acoplamiento calibrado y sin cargas en paralelo. El campo es muy diferente: compartir una subestación con cada barra conductora energizada, trabajar cerca de un interruptor, radio móvil, contaminación por bucle de tierra; todo lo cual puede ocultar o imitar una descarga parcial real. descargo parcial El deterioro del aislamiento avanza silenciosamente entre las pruebas y, a menudo, la única alerta temprana disponible son las señales de descargas parciales antes de una falla catastrófica.

“Las pruebas de descargas parciales son inherentemente difíciles de realizar fuera de un laboratorio debido a la sensibilidad de la medición y las fuentes de ruido externas”, explican cuatro ingenieros de campo en r/substationtechnical. Pero esa sensibilidad es precisamente la clave, ya que las señales de descargas parciales se muestran como pulsos en el rango de milivoltios superpuestos a ondas sinusoidales de corriente alterna; sin embargo, esa sensibilidad también es la causa de cada uno de los errores que se resumen a continuación.

Cuatro aspectos de riesgo distinguen el entorno de Heromim en las instalaciones del cliente del laboratorio de pruebas:

• Nivel de ruido. La interferencia electromagnética (EMI) procedente de convertidores, variadores de frecuencia y alimentadores adyacentes puede elevar el nivel de detección entre 20 y 40 dB en comparación con una sala apantallada.
• Geometría de puesta a tierra. La puesta a tierra de la subestación crea múltiples rutas de retorno que distorsionan la forma del pulso de PD y contaminan las mediciones de un solo extremo.
• Temperatura y humedad. El voltaje de inicio varía con la temperatura del aislamiento; la humedad altera los umbrales de seguimiento de la superficie.
• Restricciones en la ubicación de los sensores. Los componentes activos limitan la ubicación de los HFCT, las antenas UHF y las almohadillas TEV, lo que a menudo conlleva compromisos que no se observan en el laboratorio.

En resumen: las pruebas de PD en campo no son pruebas de PD en laboratorio con un cable de alimentación más largo. Los ocho inconvenientes que se describen a continuación son consecuencia directa de esta realidad, y la mayoría se pueden solucionar cuando el ingeniero de pruebas sabe contra cuál de esos cuatro ejes debe presionar primero. Cualquiera que seleccione equipo de prueba de alto voltaje Para el servicio de campo, se debe especificar en función de estos cuatro ejes, no de las hojas de especificaciones de laboratorio.

2. 8 errores comunes que cometen los ingenieros de campo durante las pruebas de descarga parcial in situ

Los ocho errores que se describen a continuación se extraen de la revisión realizada por el Laboratorio de Análisis Forense de EA Technology de más de 70 fallas en cables de media y alta tensión (que identificó dos tercios de las fallas como problemas inherentes a la instalación), del estudio de caso de NETA World 2020 sobre la puesta en servicio de un cuadro de distribución de 27.5 kV y de las discusiones de Eng-Tips con Benjamin Lanz, vicepresidente de IEEE 400. Cada error se identifica por el síntoma que lo revela, junto con la solución que evitaría que vuelva a ocurrir.

Error n.° 1: Confiar en una prueba de hipotensión aprobada como prueba de estar libre de la enfermedad de Parkinson.

Una prueba de rigidez dieléctrica de CA (Hipot) solo detecta fallas de aislamiento importantes. No detecta los pequeños huecos internos, el seguimiento superficial o los defectos de metal flotante para los que está diseñada la medición de PD. Una puesta en servicio en 2020 de un cuadro de distribución aislado con aire de 27.5 kV en Nisku, Alberta, pasó la prueba Hipot, pero luego registró una alta PD en las tres fases a solo 5 kV. equipo de prueba de descarga parcialEl análisis PRPD indicó potencial flotante; la inspección visual reveló anillos corona desconectados, componentes sueltos y un par de alicates eléctricos dentro del compartimento principal del bus. Solución: Tratar Hipot y PD como complementarios, no como sustitutos. Secuenciar ambos para la puesta en servicio de nuevos interruptores.

Error n.° 2: Elegir la familia de sensores incorrecta para el activo.

Las abrazaderas HFCT funcionan porque los blindajes de los cables recogen las corrientes de retorno de las descargas parciales (DP); no son adecuadas para los cuadros de distribución blindados, donde las DP se acoplan capacitivamente a la carcasa; de ahí la necesidad de sensores TEV. Las antenas UHF predominan en los cuadros de distribución aislados con gas (GIS) y en las válvulas de drenaje de transformadores, ya que la carcasa actúa como una guía de ondas. Seleccionar un sensor para cada activo es el segundo error más frecuente, siendo el error n.° 1: seleccionar un rango de frecuencia de sensor demasiado amplio. Solución: adaptar el rango de frecuencia del sensor a la geometría del activo (la sección 5 proporciona una matriz de selección de sensores).

Error n.° 3: dimensionar el condensador de acoplamiento para la tensión de prueba incorrecta.

La norma IEC 60270 recomienda cuatro medidas en las que un condensador de acoplamiento se conecta en paralelo con una impedancia conocida y, por lo tanto, desacopla los pulsos pd de la fuente de tensión de prueba. Si el Gokehez es de tamaño insuficiente, la lectura de carga aparente se ve afectada. Si es de tamaño excesivo, carga el transformador de prueba y modifica la tensión de inicio. Solución: Dimensionar Gokehez según la tensión de prueba de CA nominal del objeto, en lugar de su tensión de funcionamiento nominal indicada en la placa de características. Confirmar que la inyección de carga del calibrador escala linealmente antes de iniciar la prueba.

Error n.° 4: Omitir la encuesta sobre el ruido de fondo.

Iniciar la prueba del objeto antes de medir el nivel de ruido ambiental implica que los pulsos de 20 p C EM1SP1ves se confundirán con descargas parciales (DP). Toda prueba in situ debe comenzar con el objeto desenergizado, con alimentación en cualquier equipo adyacente, registrando el espectro de ruido a rechazar. Solución: Presentar en el informe de prueba documentación suficiente del estudio de ruido ambiental o no se podrá afirmar que no hay descargas parciales por encima del nivel ambiental.

Error n.° 5: Confusión entre la conexión a tierra en un solo extremo y en ambos extremos en cables largos.

Para las pruebas de descarga parcial (DP) en línea de cables de media tensión, en funcionamiento normal, el HFCT o RFCT se ajusta a la correa de tierra del cable. El esquema de conexión (conexión de un solo punto en un extremo o conexión en ambos extremos) altera la trayectoria de la corriente de retorno y, por lo tanto, el ZMikusov y la magnitud de la DP detectada. Si un analista confunde el extremo conectado e ignora la diferencia de amplitud, una fase aparecerá entre 6 y 10 dB más alta, lo que podría interpretarse como un defecto localizado. Solución: Confirmar la configuración de la conexión antes de interpretar nominalmente las diferencias de amplitud de fase.

Error n.° 6: Utilizar la prueba de alta tensión de CC como prueba de aceptación en cables extruidos.

Este es el error más costoso de la lista. Los cables XLPE y EPR de última generación ya no se comportan como los cables PILC con aislamiento de papel para los que se escribió DC Hipot. IEEE 400-2001 14 advierte que “DC Hipot no detecta ciertos tipos de defectos, como huecos limpios y cortes” y “puede afectar negativamente el rendimiento futuro de los cables dieléctricos extruidos afectados por árboles de agua”. El presidente del grupo de trabajo de IEEE 400, Benjamin Lanz, documentó un sistema colector de un parque eólico que pasó DC Hipot pero falló en servicio en cuestión de meses, costando $400,000 en ingresos perdidos y $80,000 en reparaciones, solo para que un diagnóstico de PD posterior descubriera otros tres defectos latentes. Solución: Para la aceptación de cables extruidos, utilice una prueba de pd fuera de línea estándar (IEEE 400.3-2022) o un VLF Hipot con superposición de medición de pd. Trate la resistencia de CC como PILC heredado.

Error n.º 7: Tiempo de mantenimiento insuficiente o tensión de prueba inferior a 1.5×U₀

La norma IEEE 400.3-2022 7.4 permite hasta 15 minutos de pruebas de descargas parciales (DP) a frecuencia industrial. Las pausas cortas de 30 a 60 segundos (a menudo impuestas por ventanas de puesta en servicio ajustadas) suelen fallar al excitar fuentes de DP intermitentes que requieren un período de calentamiento prolongado para activarse. Por debajo de 1.5 µm, muchos defectos permanecen como descargas parciales. Solución: Programe una pausa mínima de 5 minutos a 1.5-2.0 µm para mediciones de DP in situ con fines diagnósticos; reserve el límite de 15 minutos para la puesta en servicio de aceptación del nuevo cable blindado.

Error n.° 8: Leer solo la magnitud, ignorando la referencia de fase y la forma del pulso.

Un valor pC es ruido de diagnóstico. La relación señal-información aumenta cuando se grafica el mismo tren de pulsos frente al ángulo de fase de CA (patrón de descarga parcial resuelta en fase, PRPD). El caso del cuadro de distribución de Alberta del Error n.° 1 se solucionó no por la magnitud (poco destacable en un activo nuevo), sino por el patrón PRPD que mostraba pulsos agrupados en los cruces por cero de CA, el sello distintivo de la descarga de tensión flotante. Solución: Registrar la referencia de fase en cada prueba in situ; moderno detector de descargas parciales Los instrumentos lo hacen automáticamente; active la función.

3. Pruebas de PD online vs. offline: cuándo gana cada método

¿Qué ocurre en las pruebas de cables de descarga parcial? Existen dos flujos de trabajo, y confundirlos es en sí mismo un error. prueba de descarga parcial Aplica una fuente de voltaje externa a un cable desenergizado: es más lento, más sensible y el único método que la norma IEEE 400-2001 4.2 reconoce como una prueba de aceptación válida. Las pruebas de descarga parcial en línea capturan la actividad de descarga parcial en cables energizados: son más rápidas, no intrusivas y la herramienta adecuada para el análisis de tendencias de estado. Seleccione según su propósito, no según su temperamento.

Regla de decisión: Si el propósito es una nueva construcción o se acepta con un cable blindado, elija la opción fuera de línea. Para detectar tendencias de condición durante el servicio, elija la opción en línea. Ambas son efectivas, y su combinación en alimentadores críticos se está volviendo común, pero ninguna cumple la función de la otra.

4. IEC 60270:2025 e IEEE 400.3-2022: Qué debe calibrar

¿Qué directrices existen para las pruebas de descarga parcial? Dos normas rigen la base científica del campo: la IEC 60270:2025 (Edición 4.0), publicada por primera vez en 2015 como sucesora de la IEC 60270:2000+A1:2015, y la IEEE 400.3-2022, cuya antigua versión de 2006 se cita con demasiada frecuencia en informes técnicos y entradas de blog. Comparar el plan de pruebas con una norma obsoleta es una tarea titánica.

La norma IEC 60270:2025 describe la carga relativa q de un pulso de descarga parcial (DP) como «la carga que, si se inyectara en un intervalo de tiempo muy corto entre los terminales del objeto de prueba en un circuito de prueba específico, daría la misma lectura en el instrumento de medición que el propio pulso de corriente de DP», expresada en pC. ¿Qué importancia tiene esto? La fuente de DP no es accesible dentro del objeto de prueba; el circuito de medición debe calibrarse antes de aplicar cualquier tensión de prueba.

1. Paso 1 – Verificación del circuito: Asegúrese de que el condensador de acoplamiento (Ck), la impedancia de medición (Zm) y la impedancia de bloqueo (Z) cumplan con uno de los cuatro circuitos de referencia IEC 60270.
2. Paso 2 – Colocación del calibrador: conecte el calibrador PD lo más cerca posible de los terminales de alta tensión del objeto de prueba; cuanto más lejos esté Zm, mayor será el error de capacitancia parásita.
3. Paso 3 – Calibración multipunto: realizar una prueba con tres o más niveles de carga (por ejemplo, 5 pC, 50 pC, 100 pC) para confirmar la linealidad del factor de escala.
4. Paso 4 – Verificación del filtro: compruebe la banda de medición; la banda ancha de 100 kHz a 500 kHz de la norma IEC 60270 es la más común, pero la enmienda de 2015 y la edición de 2025 también permiten de 100 kHz a 1 MHz si su instrumento es capaz de manejar un ancho de banda mayor.
5. Paso 5: Guardar el registro de calibración: Documente el registro de calibración y vuelva a verificarlo cada vez que se mueva un cable o un sensor en el circuito de prueba.

Cuando se aplican procedimientos de cables de alimentación blindados al activo, IEEE 400.3-2022 – la “Guía IEEE para pruebas de diagnóstico de descarga parcial en campo de sistemas de cables de alimentación blindados”” – es el procedimiento específico de campo superpuesto que incluye la guía 7.4 que indica que las pruebas de frecuencia de potencia se pueden aplicar por hasta 15 minutos. Los ingenieros de campo deben mantener ambos documentos en el carro de prueba, no solo uno.

5. Selección de sensores PD: HFCT vs UHF vs TEV vs Acústico

¿Cuáles son los modos disponibles para la detección de descargas parciales? Además del método eléctrico tradicional documentado en la norma IEC 60270:2025, otras cuatro familias de sensores no convencionales predominan en las pruebas de descargas parciales en campo. Cada una captura un efecto físico diferente del mismo evento de descarga parcial: un tipo de activo donde destaca y otros donde su rendimiento es inferior. La matriz que se muestra a continuación sintetiza la información obtenida al comparar el estudio comparativo de Uwiringiyimana de 2022 (IEEE) con la revisión de Chai de 2019 (MDPI) sobre la detección UHF con la norma IEC 60270 convencional.

En la mayoría de los trabajos in situ, tiene la respuesta correcta siendo 2 sensores, no 1: HFCT para el recorrido del cable más UHF o TEV en la interfaz de terminación/aparamenta proporciona la verificación cruzada que separa una fuente real de PD de un artefacto EMI. Un artículo académico de 2015 (lvarez et al., PMC NCBI) demostró que una combinación optimizada de HFCTplus-UHF de banda ancha supera a cualquiera de los sensores por separado en un entorno de subestación desordenado. La detección modular de pd sabor muchos planos analizadores capaces de UHF en la misma configuración de máquina son ahora estándar, gracias a la capacidad de escanear automáticamente los canales UHF, UHF y TEV en secuencia sin necesidad de recablear.

6. Descargas parciales en cables, transformadores y aparamenta: Errores específicos de los equipos

Si bien los ocho errores descritos en la Sección 2 son independientes del tipo de activo, cada familia de equipos presenta sus propios problemas comunes. Los tres extractos siguientes resaltan los problemas más frecuentes en las clases de activos que representan la mayor parte del trabajo de detección y mantenimiento in situ.

6.1 Problemas comunes en la transmisión de datos por cable (MV / HV XLPE, EPR, PILC)

La revisión forense realizada por EA Technology de más de 70 fallas en cables de media y alta tensión durante cinco años atribuyó aproximadamente dos tercios a problemas de mano de obra: errores de corte en las terminaciones, contaminantes que ingresan al cono de tensión, huecos y vacíos en el aislamiento durante el ensamblaje. Un caso de cable submarino XLPE de 20 km y 400 kV publicado por INMR analizó la puesta en servicio de descargas parciales que detectó un único defecto en una junta invisible a simple vista. pruebas dieléctricasErrores comunes específicos de los cables: confiar en la documentación de aprobación de fábrica sin realizar una nueva prueba in situ después de la instalación, ignorar la limpieza de las terminaciones en cajas de empalme polvorientas y conectar ambos extremos del blindaje sin recalcular las corrientes circulantes.

6.2 Problemas comunes de descargas parciales en transformadores (sumergidos en aceite, de tipo seco)

La descarga parcial en bujes es la fuente que con mayor frecuencia se pasa por alto: los bujes con clasificación capacitiva pueden funcionar como condensadores de acoplamiento cuando no se dispone de un Ck externo, pero solo si la toma del buje está clasificada para el nivel de carga aparente esperado. La interferencia del cambiador de tomas confunde a muchos equipos que confunden los transitorios de conmutación mecánica con pulsos de descarga parcial. Para unidades sumergidas en aceite, los sensores UHF de la válvula de drenaje capturan la descarga parcial interna sin comprometer la integridad del aceite. equipo de prueba de transformadores al menos un diámetro del buje desde la brida del buje para evitar artefactos de seguimiento de la superficie.

6.3 Problemas comunes en equipos de conmutación y subestaciones con protección contra sobretensiones (SPS)

El estudio de caso de Lachance y Gannon NETA hace que el error dominante en los interruptores sea ineludible: los conjuntos que pasan la prueba Hipot pueden ocultar hardware suelto, anillos corona desconectados e incluso herramientas dejadas dentro del compartimento de barras. El análisis PRPD a 5 kV identificó potencial flotante en tres fases de un interruptor AIS de 27.5 kV mucho antes de la energización. Para GIS, los sensores internos UHF proporcionan la señal más limpia, pero solo si el puerto del sensor está posicionado para ver el compartimento de gas relevante, no solo el adyacente. Los mismos principios se aplican a los compartimentos de interruptores automáticos dentro de conjuntos blindados: cada bahía de interruptor es su propia zona de medición, y una sola almohadilla TEV en el gabinete principal no detectará PD dentro de una pila de interruptores remota. Los generadores y las máquinas rotativas comparten muchos de estos patrones con una colocación de sensores ajustada.

7. Cómo distinguir la descarga parcial real del ruido, el efecto corona y la interferencia electromagnética.

Una vez que aparece un tren de pulsos en la pantalla, la pregunta rara vez es simplemente si existe un fenómeno, sino más bien si se trata de descargas parciales internas (del tipo que destruyen el aislamiento), descargas corona externas (que aparentemente no causan daño al equipo aunque son visibles en todos los sensores UHF cercanos fuera de los conductores) o interferencias electromagnéticas (completamente irrelevantes para el equipo). El análisis de patrones de descargas parciales de pulsos sigue siendo el método dominante para determinar las diferencias, complementado con un bucle de eliminación de tres pasos para patrones ambiguos.

La prueba de descarga continua (DC) ya no es compatible con IEEE para la aceptación de cables extruidos. Una prueba de descarga parcial (PD) estandarizada elimina por completo la necesidad de una prueba de resistencia. Si se pudiera observar el interior de un defecto durante una prueba HIPOT, se vería cómo el material se corroe y la descarga parcial se extiende por todas partes. La descarga parcial es, casi sin excepción, un precursor de la falla del sistema extruido.

— Benjamin Lanz, Vicepresidente del grupo de trabajo IEEE 400, Ingeniero sénior de aplicaciones, IMCORP — Consultores en confiabilidad de cables de alimentación

Huellas dactilares de patrones PRPD (según IEC 60270):

• Descarga parcial interna: los pulsos se agrupan cerca de los cruces por cero de CA (0-90 y 180-270). La amplitud tiende a permanecer constante dentro de una cavidad con aislamiento sólido.
• Seguimiento de superficie: Distribución de fase más amplia, asimétrica entre semiciclos positivos y negativos.
• Corona (externa): los pulsos se agrupan en el pico de CA (90 o 270), la polaridad es asimétrica y la magnitud varía con el voltaje aplicado.
• Potencial flotante: pares de pulsos cerca de los cruces por cero, amplitud igual y polaridad opuesta: una huella digital que señaló el caso del cuadro eléctrico de Alberta.
• EMI/ruido: Distribución de fase aleatoria, sin correlación con la referencia de CA.

8. Monitoreo continuo en línea: Cuando las pruebas periódicas in situ no son suficientes.

¿Cómo se realiza el monitoreo de descargas parciales en modo continuo y cuándo se justifica la inversión de capital? Las pruebas periódicas de descargas parciales in situ capturan una instantánea cada 6 a 24 meses; esta frecuencia probablemente sea suficiente para un alimentador de distribución típico, pero no detecta defectos con ciclos térmicos que solo se activan bajo cargas o condiciones climáticas específicas. El monitoreo continuo en línea, generalmente mediante HFCT o acopladores UHF instalados permanentemente y conectados a un analizador, registra el perfil de actividad de descargas parciales en cada ciclo. Las pruebas y el monitoreo acumulativos de descargas parciales ahora combinan la función de aceptación periódica fuera de línea con el análisis continuo de tendencias, lo que proporciona a los propietarios de activos un registro único del estado del aislamiento desde la puesta en servicio hasta el final de su vida útil.

El cambio hacia la monitorización continua es una de las tendencias más visibles en el campo de la automatización. Sistema automático de prueba de descargas parciales Actualmente, las plataformas consolidan la monitorización de cables, aparamenta y transformadores en paneles de control únicos, lo que reduce el nivel de conocimientos técnicos necesarios para el operador, un factor que históricamente limitaba su adopción.

9. Perspectivas de las pruebas de PD in situ: Crecimiento de la monitorización en línea hasta 2026-2030

Mientras tanto, el mercado de pruebas de descargas parciales (DP) está creciendo en paralelo. Según la inteligencia de mercado de Intel Market Research, el alcance global de equipos de prueba de DP se valoró en aproximadamente 1.05 millones de dólares en 2025, y se espera que alcance los 1.85 millones de dólares en 2034, con una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) superior al 6.5 %. Un estudio de Nester Research indica que el subsegmento del mercado de sistemas de monitorización de DP superó los 562 millones de dólares en 2025 con una TCAC superior al 5.2 %; una proyección alternativa de Report Prime cita una TCAC del 11.02 % hasta 2032 para el mismo segmento, lo que muestra la amplitud de las estimaciones de los analistas sobre el crecimiento específico de la monitorización.

Hay dos indicadores prácticos más importantes que el tamaño total del mercado. El primero es una base regulatoria actualizada: la norma IEC 60270:2025 (Edición 4.0) reemplaza la revisión 2000+A1:2015 en 2025, y la norma IEEE 400.3-2022 reemplaza la edición de 2006. Los equipos de campo que citan revisiones obsoletas en sus planes de prueba trabajan con terminología desactualizada y, en algunos casos, con parámetros de calibración obsoletos.

El segundo factor es la aceleración de la investigación sobre la comercialización de sensores UHF (Uwiringiyimana 2022, IEEE Sensors Journal, que citamos 41 veces en tres años; la revisión de Chai de 2019 en MDPI, que citamos 176 veces), lo que está provocando que los precios de los sensores bajen más rápido de lo que la adopción de sensores internos en las carcasas puede seguir el ritmo.

Medidas para la adquisición de 2026: si la modernización de una subestación o el reemplazo de cables se incluye en el plan de inversiones de 2026 o 2027, agregue ahora el puerto del acoplador UHF y los detalles de montaje del HFCT al nuevo equipo. El costo posterior será de 3 a 4 veces mayor que si se incluyeran en el diseño, y la diferencia entre las pruebas en línea y fuera de línea aumentará nuevamente antes del ciclo de la edición de 2030.

10. Lista de verificación del ingeniero de campo: Antes, durante y después de las pruebas de descarga parcial in situ.

Los 23 puntos que aparecen a continuación reúnen todas las soluciones de las secciones 2 a 8 en una lista de verificación secuencial (previa, durante y posterior) que se puede imprimir en una sola página. Esta es la respuesta a la pregunta «recordaremos los pasos», la principal causa de todos los errores en esta página.

Si no puedes distinguir el ruido eléctrico de una descarga interna, no estás haciendo pruebas, estás adivinando. Esa única frase resume el funcionamiento de cada sección anterior; la lista de verificación de 23 puntos es el formulario ejecutable. Imprímala. Plastifíquela. Llévela al lugar de trabajo.

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