Como su nombre lo indica, las descargas parciales (PD) corresponden a descargas eléctricas localizadas que solo puentean parcialmente el aislamiento entre conductores bajo alto voltaje . Las descargas parciales son en general una consecuencia de las concentraciones locales de tensión eléctrica en el aislamiento. Se deteriora el aislamiento, pero no causa una falla o falla inmediata.
De descargas parciales es un término global que se utiliza para describir los diferentes fenómenos como descargas internas que se producen en las cavidades de los dieléctricos sólidos o líquidos, descargas superficiales que se desarrollan en superficies de materiales aislantes sólidos (incluyendo interfaces materiales sólidos sólidos y sólido-líquido) o descargas de corona producidos en dieléctricos gaseosos que se originan de un objeto metálico. Aparecen en zonas restringidas de aislamiento donde se concentra el campo eléctrico (es decir, en cavidades gaseosas, impurezas o asperezas de la superficie, lo que hace que la distribución instantánea del campo eléctrico no sea homogénea).
En el caso de los dieléctricos sólidos , una cavidad se define como un vacío relleno de gas (aire) en el aislamiento. Una cavidad es un punto débil de aislamiento por dos razones:
- En primer lugar, la fuerza de ruptura (o dieléctrica) del aire es menor en comparación con el resto del aislamiento sólido. Recordemos que la resistencia a la ruptura corresponde al campo eléctrico máximo que un material puro puede soportar en condiciones ideales sin experimentar la falla de sus propiedades aislantes.
- En segundo lugar, tiene una permitividad eléctrica relativa menor que el dieléctrico circundante y, por lo tanto, el campo eléctrico local a través de la cavidad se mejora en comparación con el campo eléctrico a una distancia equivalente de dieléctrico (ver la prueba más abajo para detalles).
Siguiendo la continuidad del campo eléctrico normal (condiciones de contorno) en la interfaz entre la cavidad y el resto del dieléctrico que no está cargado:
Así,
con
El campo eléctrico a través de la cavidad se ve reforzado por un factor> 1. Todos estos mecanismos conducen a una mejora del campo eléctrico local , que puede exceder el campo de inicio de descarga para el gas dentro de la cavidad, lo que resulta en la ignición de una avalancha de electrones autosostenible *. Por lo tanto, las cavidades e imperfecciones están preferiblemente sujetas a descargas parciales. Por lo tanto, las técnicas de detección y medición de PD así como su interpretación proporcionan información sobre defectos de aislamiento y se utilizan para estimar cuándo es probable que falle el aislamiento.
* Una descarga parcial se debe a un proceso de ionización . Para iniciar la ionización, se deben cumplir dos condiciones:
- En primer lugar, la magnitud del campo eléctrico local en la cavidad debe superar un valor crítico que corresponde al voltaje mínimo de ruptura .
- Segundo, los electrones libres deben estar disponibles para iniciar el proceso de ionización del gas dentro de la cavidad.
La avalancha de electrones relacionada con el proceso de ionización conduce al despliegue de cargas libres en la superficie de la cavidad. Las cargas resultantes se mueven hacia la superficie de la cavidad en la dirección del campo eléctrico aplicado. Estas cargas quedan atrapadas en la superficie de la cavidad, lo que resulta en la aparición de un campo eléctrico inducido que se opone al campo eléctrico aplicado. Este fenómeno ocurre en muy poco tiempo (en el rango de microsegundos). El campo total a través de la cavidad cae brutalmente y conduce a la extinción de la descarga.
Después de este evento transitorio, las cargas atrapadas pueden decaer a través de procesos de recombinación de cargas positivas y negativas con un cierto tiempo constante de decaimiento de carga. Después de un tiempo, el campo vuelve a ser lo suficientemente grande como para comenzar una nueva descarga. (Si usamos un modelo capacitivo, la descarga parcial corresponde a la carga del condensador de cavidad, mientras que el proceso de recombinación corresponde a la descarga del condensador de cavidad).
