La descarga parcial representa una avería eléctrica localizada dentro del aislamiento que no une completamente a los conductores.
Solar cables experiencing partial discharge face progressive insulation degradation eventually leading to complete failure. Understanding detection methods and prevention strategies ensures long-term cable reliability in photovoltaic systems.
Entendiendo la Descarga Parcial
Mecanismo:
La descarga parcial ocurre cuando la intensidad del campo eléctrico excede la resistencia a la ruptura del aislamiento en puntos débiles localizados, generalmente vacíos, contaminantes o defectos de fabricación. Estos eventos de descarga generan pequeños pulsos de corriente, radiación electromagnética y calentamiento localizado que erosionan gradualmente el aislamiento circundante.
En los sistemas solares de CC, el comportamiento de descarga parcial difiere de las aplicaciones de CA. El voltaje de CC crea acumulación de carga en las interfaces dieléctricas, lo que puede causar patrones de descarga diferentes a los que experimentan los sistemas de CA.
Daño Progresivo:
Cada evento de descarga daña el aislamiento a través del estrés eléctrico y térmico. Con el tiempo, la actividad de descarga agranda los sitios de defectos, aumentando la magnitud y frecuencia de descarga. Esta degradación progresiva finalmente crea un fallo completo del aislamiento si no se aborda.
Causas en los Cables Solares
Defectos de fabricación:
Los vacíos o contaminantes dentro del aislamiento crean concentraciones de campo eléctrico donde se inicia la descarga parcial. Los procesos de fabricación de calidad que minimizan los vacíos y la contaminación evitan estos puntos débiles inherentes.
El aislamiento reticulado con la densidad de reticulación inadecuada puede contener regiones con de resistencia dieléctrica reducida susceptibles al inicio de descarga parcial.
Daños de instalación:
El estrés mecánico durante la instalación puede crear micro-grietas en el aislamiento. Estos defectos proporcionan sitios donde penetra la humedad e inicia la descarga parcial cuando se aplica voltaje.
La flexión excesiva, la tensión de tracción o el impacto durante la instalación crean daños en el aislamiento interno que pueden no ser inmediatamente visibles, pero proporcionan sitios de iniciación de descarga parcial.
Factores ambientales:
La entrada de humedad a través de cubiertas de cables dañadas o conexiones mal selladas introduce agua en el aislamiento. Los huecos llenos de agua exhiben menor resistencia a la ruptura que el aislamiento seco, lo que permite una descarga parcial a voltajes de funcionamiento.
La degradación UV de las cubiertas de los cables permite la penetración de la humedad llegando a las capas de aislamiento, creando condiciones para el desarrollo de descargas parciales.
Métodos de detección
Detección Eléctrica:
Equipo especializado detecta pulsos eléctricos generados por eventos de descarga parcial. Transformadores de corriente de alta frecuencia o sensores capacitivos capturan señales de descarga, con sistemas de análisis que cuantifican la magnitud y frecuencia de la descarga.
Las pruebas típicamente aplican voltaje que excede los niveles de operación mientras se monitorea la actividad de descarga. Voltaje de inicio - el voltaje en el que comienza la descarga - indica márgenes de calidad de aislamiento.
Detección Acústica:
La descarga parcial genera emisiones acústicas ultrasónicas. Los sensores acústicos detectan estas señales, lo que permite la identificación de la ubicación de descarga en los sistemas instalados. Este método no invasivo se adapta a las pruebas de campo de las instalaciones operativas.
Detección química:
La actividad de descarga produce ozono y otros subproductos químicos. Aunque es menos común para las pruebas de cables, los métodos de detección química pueden identificar la presencia de descarga en sistemas cerrados.
Estándares de prueba
IEC 60270:
IEC 60270 establece procedimientos de medición de descarga parcial que incluyen métodos de calibración, requisitos de sensibilidad e interpretación de resultados. Si bien se trata principalmente de sistemas de CA, los principios se aplican a la prueba de cables de CC con modificaciones apropiadas.
Pruebas de calificación:
Las pruebas de calificación de cables pueden incluir verificación de descarga parcial, lo que garantiza que el diseño proporciona márgenes adecuados contra el inicio de la descarga a voltajes de funcionamiento. Las pruebas se realizan a niveles de voltaje elevado, verificando que no hay actividad de descarga a múltiplos especificados de voltaje nominal.
Estrategias de prevención
Calidad de Fabricación:
Los procesos de extrusión de alta calidad minimizan la formación de huecos en el aislamiento. El manejo cuidadoso del material evita la contaminación. La reticulación adecuada garantiza una densidad de aislamiento uniforme en toda la construcción del cable.
Los procesos de fabricación de KUKA CABLE enfatizan la producción de aislamiento libre de vacíos a través de parámetros de extrusión controlados y un monitoreo de calidad integral.
Espesor de aislamiento:
El grosor adecuado del aislamiento reduce la intensidad del campo eléctrico, manteniendo los niveles de estrés muy por debajo de la resistencia a la ruptura del material.
PV cables designed with appropriate safety margins avoid field intensities approaching partial discharge inception levels.
Selección de materiales:
El polietileno reticulado de alta calidad exhibe excelentes propiedades dieléctricas con alta resistencia a la ruptura y mínima formación de defectos. La pureza del material y la formulación adecuada evitan los puntos débiles susceptibles de descarga parcial.
Prácticas de instalación:
Seguir las pautas de instalación del fabricante evita daños mecánicos creando sitios de iniciación de descarga. El radio de curvatura adecuado, los límites de tensión de tracción y evitar la tensión de impacto conservan la integridad del aislamiento.
Monitoreo de campo
Pruebas periódicas:
Las instalaciones establecidas pueden beneficiarse de pruebas periódicas de descarga parcial, especialmente para sistemas críticos o instalaciones que experimentan problemas de rendimiento. Las pruebas identifican problemas en desarrollo antes de que se produzcan fallas completas.
Indicadores de diagnóstico:
La degradación inesperada de la resistencia del aislamiento puede indicar actividad de descarga parcial. La disminución de la resistencia del aislamiento justifica una investigación que incluye pruebas de descarga parcial potencial.
Inspección visual:
El seguimiento de la superficie o la decoloración en las terminaciones de los cables o en los sitios dañados pueden indicar actividad de descarga. La inspección visual regular identifica estas señales de advertencia que permiten la acción correctiva.
Consideraciones de voltaje del sistema
Mayor riesgo de voltaje:
Los sistemas de 1500V DC experimentan una mayor intensidad de campo eléctrico que las instalaciones de bajo voltaje. Este aumento de la tensión hace que el diseño adecuado del aislamiento y la calidad de fabricación sean más críticos para prevenir la descarga parcial.
Sobretensión transitoria:
Los rayos o los eventos de conmutación crean transitorios de voltaje que potencialmente superan los niveles de diseño en estado estacionario. Estos transitorios pueden iniciar una descarga parcial en cables con calidad de aislamiento marginal, enfatizando la importancia de los márgenes de diseño adecuados.
Aseguramiento de Calidad
Pruebas de producción:
Mientras que las pruebas rutinarias de descarga parcial de cada cable durante la producción son poco comunes debido a la complejidad de las pruebas, los fabricantes realizan pruebas de calificación periódicas verificando que los lotes de producción mantengan la resistencia de descarga parcial.
Calificación del material:
Las nuevas formulaciones de aislamiento se someten a pruebas integrales de descarga parcial durante el desarrollo, lo que garantiza que los materiales cumplen los requisitos antes de la implementación de la producción.
Conclusión
La baja parcial representa una grave amenaza para
solar cable long-term reliability. Prevention through quality manufacturing, proper material selection, adequate insulation thickness, and careful installation practices provides more effective protection than detection and remediation after discharge activity begins.
El énfasis de KUKA CABLE en la calidad de fabricación y la excelencia de los materiales garantiza que los cables proporcionen la integridad dieléctrica necesaria para evitar la descarga parcial durante más de 25 años de vida útil del sistema solar.
Póngase en contacto con el equipo técnico de KUKA CABLE para obtener información sobre las pruebas de descarga parcial y la prevención en la fabricación de cables solares.
