Las Descargas Parciales (DP) son el indicador más temprano y confiable de degradación del aislamiento en motores MT/AT. CIGRE WG D1.33 documenta que las DP preceden la ruptura dieléctrica por 12–24 meses — una ventana de acción que ninguna otra prueba proporciona. Una DP es una ionización parcial del gas en una cavidad interna del aislamiento: cada evento erosiona ~0.001 mm³ de material dieléctrico. Con miles de eventos por ciclo AC, la erosión progresiva lleva a la falla total en meses a años según el nivel de voltaje. La prueba cuantifica la magnitud máxima Qm en picocoulombs (pC) y el patrón PRPD identifica el tipo de defecto.
Contenido
- Las DP como indicador temprano de falla: ventana de 12–24 meses
- Física de las DP: ionización de Townsend en cavidades del aislamiento
- Ubicaciones críticas de DP en el devanado del estator
- Parámetros clave: Qm, PDIV, PDEV, NQN
- Criterios de aceptación según IEC 60034-27-1:2017
- Patrones PRPD: 4 firmas diagnósticas del tipo de defecto
- Método OFF-LINE: prueba con rampa de tensión en campo
- Método ON-LINE: sensor 80 pF permanente y monitoreo continuo
- Normativas y posición de DP en la secuencia diagnóstica
01Las DP como indicador temprano de falla: ventana de 12–24 meses
La gran ventaja de la medición de DP sobre todas las demás pruebas eléctricas de motores es temporal: mientras la IR y el PI detectan problemas ya avanzados (IR baja = aislamiento ya comprometido), las DP detectan el inicio de la degradación dieléctrica — cuando el aislamiento aún tiene resistencia alta y pasa todas las pruebas convencionales.
02Física de las DP: ionización de Townsend en cavidades del aislamiento
Una DP ocurre cuando el campo eléctrico local E en una cavidad de gas supera la rigidez dieléctrica del gas (aire: ~3 kV/mm a presión atmosférica):
El mecanismo: un electrón primario en la cavidad es excitado por fotones UV de una DP anterior. Colisiona moléculas del gas generando una cascada (avalanche) multiplicativa. Cuando se alcanza el criterio de ionización N_e = α × d (α = coeficiente de Townsend, d = distancia de la cavidad), la descarga se hace auto-sostenida. Cada DP libera 10–100 pC de carga y erosiona ~0.001 mm³ de material dieléctrico de las paredes de la cavidad. Con miles de eventos por ciclo AC, la erosión progresiva puede llevar a falla total en 18 meses – 10 años según el voltaje nominal del motor.
03Ubicaciones críticas de DP en el devanado del estator
- Voids manufactureros: cavidades de aire atrapadas por impregnación VPI incompleta durante la fabricación. La más común en motores nuevos — se detectan en pruebas de comisionamiento.
- Interfaz semicon-groundwall: degradación de la capa semiconductora que controla el gradiente de campo eléctrico en la ranura del estator. Genera DP de tipo superficial con patrón PRPD positivo-predominante.
- Delaminación aislamiento-hierro: separación mecánica por estrés térmico cíclico o vibración. Crea cavidad de aire entre la cinta de mica-epoxi y el núcleo de hierro.
- Grietas en resina impregnante: causadas por ciclos térmicos (arranque-parada), diferencia de expansión térmica entre conductor y aislamiento.
- Espacio conductor-tierra: erosión progresiva en la primera vuelta del devanado — zona de mayor campo eléctrico en motores con VFD (dV/dt elevado).
04Parámetros clave: Qm, PDIV, PDEV, NQN
| Parámetro | Significado | Cómo se obtiene | Relevancia |
|---|---|---|---|
| Qm (pC) | Magnitud máxima de DP medida | Valor pico registrado por el analizador en el intervalo de captura | Criterio principal de aceptación según IEC 60034-27-1 |
| PDIV (V) | Voltaje de Inicio de DP | Tensión donde Q ≥ 10 pC durante la rampa ascendente | Indica a qué tensión el defecto se activa |
| PDEV (V) | Voltaje de Extinción de DP | Tensión donde el último pulso desaparece durante la bajada | PDEV ≈ 0.7–0.9 × PDIV (histéresis normal 10–30%) |
| NQN (pC) | Energía total integrada de DP | Integral de amplitudes × número de pulsos | Indicador de actividad total — complementa Qm |
| Ns (pulsos/s) | Tasa de repetición de DP | Número de eventos por segundo | Alta tasa = mayor erosión acumulada por unidad de tiempo |
05Criterios de aceptación según IEC 60034-27-1:2017
| Qm @ 1.0 Vn (pC) | Resultado | Acción recomendada |
|---|---|---|
| < 50 pC | PASS — Aceptable | Operación normal. Próxima prueba OFF-LINE en 12–24 meses |
| 50 – 100 pC | CONFORME | Operación continuada. Documentar baseline histórico. Re-evaluar en 6–12 meses |
| 100 – 300 pC | MARGINAL | Análisis PRPD profundo. Monitoreo ON-LINE 2–4 semanas. Planificar reparación en próximo paro |
| 300 – 1,000 pC | CRÍTICO | Motor en servicio: NO continuar sin evaluación especialista. Rebobinado urgente |
| > 1,000 pC | FALLA INMINENTE | NO APTO SERVICIO. Rebobinado INMEDIATO (máx 2–4 semanas). Riesgo de ruptura dieléctrica |
06Patrones PRPD: 4 firmas diagnósticas del tipo de defecto
El PRPD (Phase-Resolved PD Pattern) visualiza CUÁNDO en el ciclo AC ocurren las DP (eje X: ángulo de fase 0°–360°) y su magnitud (eje Y: amplitud en pC). Cada tipo de defecto genera un patrón característico:
| Patrón PRPD | Descripción visual | Defecto físico probable | Velocidad de degradación |
|---|---|---|---|
| 🦋 Mariposa Simétrica | Negativos ~45°, positivos ~225°, amplitudes iguales — patrón bilateral ordenado | Void manufacturero / cavidad de aire sellada en impregnación | Lenta — años (defecto puntual) |
| ➕ Positivo Predominante | Mayoría de pulsos en 180–270°, negativos muy débiles o ausentes | Descarga en ranura superficial / interfaz semicon-groundwall degradada | Media-Rápida — 20–50% incremento/año |
| ➖ Negativo Predominante | Mayoría de pulsos en 0–90°, pocos positivos débiles | Cavidad próxima al conductor / impregnación deficiente lado interno | Media — 10–30% cambio/año |
| ❌ Errático / Aleatorio | Pulsos sin patrón, dispersos en 0–360°, amplitudes variables | Múltiples defectos simultáneos O ruido externo (interferencia EMI / corona) | Potencialmente rápida — requiere verificación |
07Método OFF-LINE: prueba con rampa de tensión en campo
Calibración, ruido de fondo y validez del ensayo off-line
La calibración debe realizarse con el circuito ya montado y antes de energizar el devanado. El pulso conocido atraviesa los mismos cables, impedancias y filtros que la señal real; por ello no es válido reutilizar un factor de conversión de otra fase o de una campaña anterior sin comprobarlo. Registre la carga inyectada, la respuesta observada y el factor pC por unidad de pantalla.
Con tensión cero capture primero el ruido de fondo. Después eleve la tensión en pasos y observe si la actividad guarda relación estable con la fase de la onda aplicada. Una señal que permanece igual con la fuente desenergizada, aparece simultáneamente en todas las fases o cambia al mover cables suele ser interferencia. Las fuentes frecuentes son VFD cercanos, transmisores de radio, corona en terminales externos, tierras en lazo y descargas en el propio transformador de prueba.
Al concluir, baje la tensión de forma controlada, descargue y ponga a tierra. El resultado debe separar claramente señal de la máquina, ruido observado y cualquier limitación del montaje.
- Prerequisito: IR ≥ 1 MΩ @ 500 V DC, 1 minuto. Si IR < 1 MΩ → diferir prueba (humedad excesiva — secar 24–48 h)
- Conexión circuito: Fuente AC variable → Coupling Capacitor (C_k, 0.5–5 µF) → Terminal FASE A → tierra equipotencial. Measuring Impedance (Z_m, 50–100 Ω) en paralelo. Osciloscopio Ch1 desde Z_m.
- Calibración antes de la prueba: inyectar pulso de referencia conocido (~100 pC). Calcular factor de conversión: Factor = 100 pC / Amplitud_observada (mV). TODA la prueba depende de este factor — un error invalida el ensayo completo.
- Rampa de tensión: subir de 0.2 V_n → 1.3 V_n en pasos de 0.1 V_n, 2 minutos por escalón. Registrar Q_m, NQN y N_s en cada escalón. Anotar el PDIV (tensión donde Q ≥ 10 pC por primera vez).
- Medición crítica @ 1.0 V_n (o 1.3 V_n): mantener exactamente 60 segundos. Capturar ≥100 ciclos AC. Este valor de Q_m es el criterio primario de aceptación.
- Bajada e identificación de PDEV: reducir 0.1 V_n cada 2 minutos. Registrar el PDEV (último pulso visible). Typical: PDEV ≈ 0.7–0.9 × PDIV.
- Repetir para fases B y C: esperar 5–10 minutos de descarga entre fases. Criterio de simetría IEC 60034-27-1: diferencia máxima de Q_m entre fases ≤ 20%.
08Método ON-LINE: sensor 80 pF permanente y monitoreo continuo
El monitoreo ON-LINE captura DP con el motor operando a plena carga — el estrés eléctrico, térmico y mecánico REAL de operación. Permite detectar cambios progresivos sin parar el motor.
| Qm baseline ON-LINE | Frecuencia de monitoreo |
|---|---|
| < 50 pC | Mensual — motor en buen estado |
| 50 – 200 pC | Cada 2 semanas — seguimiento activo |
| > 200 pC | Semanal mínimo — posible defecto ya presente |
El valor Q_m inicial (>200 pC desde el primer día) indica un defecto ya existente — consultar especialista antes de continuar operación comercial. La alarma de cambio: si Q_m aumenta >50% respecto al baseline en menos de 4 semanas → degradación acelerada en curso.
Por qué off-line y on-line no son mediciones intercambiables
El método off-line controla la tensión y permite determinar PDIV, PDEV y comportamiento por escalones con la máquina detenida. El método on-line observa la máquina bajo carga real, con temperatura, vibración, pulsos del sistema de potencia y ruido industrial presentes. La impedancia del circuito, el ancho de banda y el tipo de sensor son distintos; por tanto, sus magnitudes no deben colocarse en una misma tendencia como si procedieran del mismo ensayo.
La tendencia on-line debe comparar el mismo sensor, canal, banda, fase y condición operativa. Registre potencia, corriente, temperatura de devanado, humedad y estado del sistema de enfriamiento. Un aumento de Qm que coincide con mayor carga puede ser reversible; un crecimiento sostenido a condiciones semejantes, acompañado por cambios del patrón PRPD o de la tasa de pulsos, tiene mayor peso diagnóstico.
La decisión no debe reducirse a “pasa/no pasa”. Primero confirme la señal y su fuente; luego clasifique severidad y velocidad de cambio; finalmente defina una acción: repetir medición, inspeccionar terminales, limpiar, instalar monitoreo continuo, acortar intervalo o planificar intervención. En máquinas críticas, correlacione DP con tan δ, capacitancia, IR/PI, vibración y hallazgos visuales. Esa integración evita tanto ignorar una degradación activa como detener un motor por interferencia externa.
Para cada campaña archive el archivo nativo, no solo una imagen del gráfico. El archivo debe permitir revisar umbrales, filtros, ventana temporal y población de pulsos. Asigne una identificación estable a sensores y canales; si un acoplador se reemplaza, abra una nueva línea base en vez de continuar la serie anterior. También registre mantenimientos que puedan cambiar la señal, como limpieza de terminales, reapriete, rebobinado, modificación del VFD o reparación de la puesta a tierra.
Una alarma responsable incluye plazo y criterio de escalamiento. Por ejemplo: repetir bajo condición equivalente, confirmar patrón en las tres fases, inspeccionar durante la siguiente parada y elevar a evaluación especializada si la magnitud o la tasa de pulsos continúa creciendo. Así la tendencia se convierte en una orden de mantenimiento verificable.
09Normativas y posición de DP en la secuencia diagnóstica
🔵 Las DP: diagnóstico más avanzado de la secuencia completa
Secuencia completa de pruebas eléctricas para motores MT/AT:
1. IR (gatekeeping) → 2. PI (condición global) → 3. Hi-Pot DC (integridad dieléctrica) → 4. Surge (cortocircuitos inter-vueltas) → 5. Tan δ (pérdidas dieléctricas) → 6. DP (actividad de descargas parciales — máxima sensibilidad diagnóstica)
Las DP son la prueba de mayor sensibilidad y mayor anticipación. En programas CBM, la combinación Tan δ (envejecimiento bulk) + DP (erosión localizada en cavidades) proporciona el diagnóstico de aislamiento más completo disponible.
Referencias
- IEC 60034-27-1:2017 — Rotating electrical machines — Off-line partial discharge measurements on the stator winding insulation
- IEC 60270:2025 — High-voltage test techniques — Partial discharge measurements
- IEEE Std 1434-2014 — IEEE Guide for the Measurement of Partial Discharges in AC Electric Machinery
- CIGRE WG D1.33 Technical Brochure — Partial Discharges in Stator Windings of Rotating Machines
- IEC 60034-27-2:2023 — Rotating electrical machines — On-line partial discharge measurements
