caracterizaci´on del envejecimiento de los aislantes en m´aquinas ...
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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID<br />
DOCTORADO EN INGENIERIA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA<br />
CARACTERIZACIÓN DEL ENVEJECIMIENTO<br />
DE LOS AISLANTES EN MÁQUINAS<br />
ROTATIVAS DE BAJA TENSIÓN<br />
ANTEPROYECTO DE TESIS DOCTORAL<br />
MARTA ARGÜESO MONTERO<br />
Departam<strong>en</strong>to <strong>de</strong> Ing<strong>en</strong>iería Eléctrica<br />
Directores:<br />
Dr. D. Javier Sanz Feito<br />
Dr. D. Guillermo Robles Muñoz<br />
Febrero 2005
Índice g<strong>en</strong>eral<br />
1. Introducción 3<br />
1.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
1.2. Estructura <strong><strong>de</strong>l</strong> docum<strong>en</strong>to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4<br />
2. Sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> las máquinas rotativas 5<br />
2.1. Materiales <strong>aislantes</strong> para conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
2.2. Materiales <strong>aislantes</strong> para ranuras y fases . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
2.3. Barnices y resinas <strong>de</strong> impregnación, rell<strong>en</strong>o y acabado . . . . . . . . . . 7<br />
3. Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante PWM 9<br />
3.1. T<strong>en</strong>siones fase-fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10<br />
3.2. T<strong>en</strong>siones fase-neutro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11<br />
3.3. T<strong>en</strong>siones <strong>en</strong>tre vueltas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 14<br />
4.1. Acumulación <strong>de</strong> carga espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14<br />
4.2. Descargas parciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4.2.1. Tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4.2.2. Métodos <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales . . . . . . . . . . . . 18<br />
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 21<br />
1
ÍNDICE GENERAL 2<br />
5.1. Envejecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>aislantes</strong> <strong>en</strong> máquinas rotativas <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión . . . 21<br />
5.1.1. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión pico-pico <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación . . . . . . . . 21<br />
5.1.2. Influ<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación . . 22<br />
5.1.3. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la forma <strong>de</strong> la onda <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación . 23<br />
5.1.4. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación . . . . . 23<br />
5.1.5. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
5.1.6. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
5.1.7. Factores que afectan al PDIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
5.2. Utilización <strong>de</strong> las medidas <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales para pre<strong>de</strong>cir el<br />
<strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25<br />
5.3. Utilización <strong>de</strong> las medidas <strong>de</strong> carga superficial para pre<strong>de</strong>cir el<br />
<strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28<br />
6. Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis 29<br />
6.1. Revisión bibliográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
6.2. Fase experim<strong>en</strong>tal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
6.2.1. Desarrollo <strong>de</strong> una sonda <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP . . . . . . . . . . . . 30<br />
6.2.2. Caracterización <strong>de</strong> las señales <strong>de</strong> DP . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
6.2.3. Experim<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
6.3. Análisis <strong>de</strong> datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32<br />
6.4. Medios disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32<br />
6.5. Cronograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Capítulo 1<br />
Introducción<br />
Gran parte <strong>de</strong> la <strong>en</strong>ergía g<strong>en</strong>erada <strong>en</strong> el mundo es consumida por motores eléctricos<br />
<strong>de</strong> diversos tamaños y configuraciones (alta, media y baja t<strong>en</strong>sión, tanto AC como<br />
DC). Durante años, cuando era necesario controlar la velocidad <strong>de</strong> giro <strong><strong>de</strong>l</strong> motor<br />
<strong>en</strong> aplicaciones <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión, se trabajó con motores <strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te continua. Por el<br />
contrario, <strong>en</strong> aquellas aplicaciones don<strong>de</strong> la velocidad <strong><strong>de</strong>l</strong> motor era fija, se prefería<br />
motores <strong>de</strong> inducción, <strong>de</strong>bido a su bajo costo, alta efici<strong>en</strong>cia y pequeña necesidad <strong>de</strong><br />
mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to comparados con <strong>los</strong> motores <strong>de</strong> continua.<br />
Sin embargo, la disminución <strong><strong>de</strong>l</strong> coste <strong>de</strong> <strong>los</strong> compon<strong>en</strong>tes electrónicos permitió el<br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> <strong>los</strong> convertidores DC/AC y AC/AC, que permit<strong>en</strong> variar la amplitud y la<br />
frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación. De este modo, se ha ido g<strong>en</strong>eralizando el uso<br />
<strong>de</strong> controladores <strong>de</strong> velocidad (ASD, Adjustable Speed Drives) para alim<strong>en</strong>tar motores<br />
<strong>de</strong> inducción.<br />
Des<strong>de</strong> <strong>en</strong>tonces, se ha observado que el uso <strong>de</strong> ASD ha disminuido notablem<strong>en</strong>te<br />
la confiabilidad <strong>de</strong> <strong>los</strong> motores, sobre todo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la aparición <strong>de</strong> la tecnología IGBT<br />
(Insulated-Gate Bipolar Transistor, o transistor bipolar <strong>de</strong> puerta aislada), con la que<br />
se obti<strong>en</strong><strong>en</strong> fr<strong>en</strong>tes <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> <strong>de</strong>c<strong>en</strong>as <strong>de</strong> KV/µs y frecu<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> repetición <strong>de</strong> pulso<br />
<strong>de</strong> hasta 20 kHz. Incluso ha habido casos <strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> motores a las pocas horas <strong>de</strong> su<br />
puesta <strong>en</strong> servicio.<br />
Aunque con el aum<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> conmutación se consigue disminuir el<br />
número <strong>de</strong> armónicos <strong>de</strong> baja frecu<strong>en</strong>cia, mejorándose <strong>los</strong> problemas <strong>de</strong> vibración <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
motor, aum<strong>en</strong>ta el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> armónicos <strong>de</strong> alta frecu<strong>en</strong>cia. Esto afecta a la forma<br />
<strong>de</strong> onda <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación, que a<strong>de</strong>más se distorsiona <strong>de</strong>bido a la difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre las<br />
impedancias características <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor, el cable y el motor. Como consecu<strong>en</strong>cia, se<br />
produc<strong>en</strong> sobret<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> <strong>los</strong> <strong>de</strong>vanados <strong><strong>de</strong>l</strong> motor que causan <strong>de</strong>scargas parciales,<br />
principal causa <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>aislantes</strong>, y sobrecal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>los</strong> mismos,<br />
con lo que la vida útil <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema aislante <strong><strong>de</strong>l</strong> motor disminuye notablem<strong>en</strong>te.<br />
3
1. Introducción 4<br />
1.1. Objetivos<br />
A pesar <strong>de</strong> que <strong>en</strong> <strong>los</strong> últimos años se ha investigado activam<strong>en</strong>te sobre el tema, es<br />
necesario un mayor conocimi<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>aislantes</strong>, para<br />
po<strong>de</strong>r <strong>de</strong>sarrollar nuevos materiales.<br />
El objetivo <strong>de</strong> esta tesis es investigar <strong>los</strong> mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
<strong>aislantes</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>de</strong>vanados <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> motores. Mediante <strong>en</strong>sayos <strong>de</strong> vida útil,<br />
se pret<strong>en</strong><strong>de</strong> hallar un parámetro que permita relacionar sus cambios con el tiempo<br />
<strong>de</strong> vida reman<strong>en</strong>te <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante. De este modo, sería posible plantear un sistema <strong>de</strong><br />
monitorización que sea capaz <strong>de</strong> pre<strong>de</strong>cir el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>aislantes</strong> <strong>de</strong> la<br />
máquina.<br />
1.2. Estructura <strong><strong>de</strong>l</strong> docum<strong>en</strong>to<br />
El capítulo 2 trata sobre <strong>los</strong> distintos compon<strong>en</strong>tes <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong><br />
una máquina eléctrica rotativa. El sigui<strong>en</strong>te capítulo está <strong>de</strong>dicado a analizar cómo es<br />
la forma <strong>de</strong> onda <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión que afecta a cada uno <strong>de</strong> estos compon<strong>en</strong>tes <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to<br />
cuando se alim<strong>en</strong>ta la máquina mediante un convertidor PWM. Al someter a las<br />
máquinas a estos esfuerzos adicionales se acelera su <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>, que se produce,<br />
como se explica <strong>en</strong> el capítulo 4, según dos mecanismos: acumulación <strong>de</strong> carga espacial<br />
y <strong>de</strong>scargas parciales. El capítulo 5 se <strong>de</strong>dica a exponer <strong>los</strong> principales resultados sobre<br />
el tema <strong>de</strong>scritos <strong>en</strong> la bibliografía y, por último, <strong>en</strong> el capítulo 6 se pres<strong>en</strong>ta el plan<br />
<strong>de</strong> trabajo propuesto para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la tesis.
Capítulo 2<br />
Sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> las<br />
máquinas rotativas<br />
Los <strong>de</strong>vanados <strong>de</strong> rotor y <strong>de</strong> estator consist<strong>en</strong> <strong>en</strong> varios compon<strong>en</strong>tes, cada uno <strong>de</strong><br />
<strong>los</strong> cuales ti<strong>en</strong>e su función. Principalm<strong>en</strong>te, se pue<strong>de</strong> hablar <strong>de</strong> <strong>los</strong> conductores, el núcleo<br />
<strong>de</strong> hierro y el sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to. Esta tesis se c<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> el sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to<br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> estator <strong>de</strong> máquinas <strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te alterna <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión. Su mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to resulta<br />
más crítico que el <strong><strong>de</strong>l</strong> rotor [1], ya que por éste suel<strong>en</strong> circular corri<strong>en</strong>tes continuas o<br />
<strong>de</strong> muy baja frecu<strong>en</strong>cia, <strong>en</strong> el caso <strong>de</strong> rotor <strong>de</strong>vanado, o simplem<strong>en</strong>te no existe sistema<br />
<strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to, si se trata <strong>de</strong> un rotor <strong>de</strong> jaula <strong>de</strong> ardilla.<br />
Las funciones principales <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to [2] son:<br />
aislar <strong>los</strong> conductores <strong>en</strong>tre sí y respecto <strong><strong>de</strong>l</strong> núcleo<br />
mant<strong>en</strong>er <strong>los</strong> conductores <strong>en</strong> una posición fija<br />
<strong>en</strong> algunos casos, prev<strong>en</strong>ir el cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>los</strong> conductores, permiti<strong>en</strong>do la<br />
evacuación <strong><strong>de</strong>l</strong> calor<br />
El sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> estator <strong>de</strong> máquinas <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión está constituido<br />
básicam<strong>en</strong>te por materiales orgánicos. El mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>de</strong>vanados <strong><strong>de</strong>l</strong> estator se<br />
suele dirigir básicam<strong>en</strong>te al <strong>en</strong>sayo <strong>de</strong> su sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to, por ser el compon<strong>en</strong>te<br />
más expuesto a fallo.<br />
En <strong>los</strong> <strong>de</strong>vanados eléctricos se emplean diversos tipos <strong>de</strong> materiales <strong>aislantes</strong>,<br />
caracterizados por sus propieda<strong>de</strong>s mecánicas y por la temperatura máxima que pue<strong>de</strong>n<br />
soportar sin alterarse. Se pue<strong>de</strong>n clasificar <strong>en</strong> uno <strong>de</strong> <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes tres grupos:<br />
Materiales <strong>aislantes</strong> para conductores<br />
5
2. Sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> las máquinas rotativas 6<br />
Materiales <strong>aislantes</strong> para ranuras y fases<br />
Barnices y resinas <strong>de</strong> impregnación, rell<strong>en</strong>o y acabado.<br />
2.1. Materiales <strong>aislantes</strong> para conductores<br />
Los conductores utilizados <strong>en</strong> <strong>los</strong> arrollami<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> una máquina eléctrica <strong>de</strong>b<strong>en</strong> ir<br />
recubiertos <strong>de</strong> un material aislante que soporte t<strong>en</strong>siones y temperaturas superiores a<br />
las <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to. Entre <strong>los</strong> más utilizados <strong>de</strong>stacan [2]:<br />
Hi<strong>los</strong> o pletinas esmaltadas, es <strong>de</strong>cir, recubiertas <strong>de</strong> una o dos capas <strong>de</strong> barniz<br />
aislante <strong>de</strong> gran elasticidad y dureza, <strong>en</strong> el caso <strong>de</strong> máquinas <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión.<br />
Los más utilizados hoy <strong>en</strong> día están realizados a base <strong>de</strong> poliéster, poliuretano,<br />
poliamida y silicona.<br />
Hi<strong>los</strong> o pletinas recubiertos, <strong>de</strong> alta resist<strong>en</strong>cia térmica, cuando se trata <strong>de</strong><br />
máquinas <strong>de</strong> media t<strong>en</strong>sión. En este caso, <strong>los</strong> conductores, <strong>de</strong>snudos o esmaltados,<br />
son recubiertos <strong>de</strong> una o más capas a base <strong>de</strong> cintas <strong>de</strong> fibra <strong>de</strong> vidrio, poliéster<br />
o poliamida, y también <strong>de</strong> mica, e incluso pue<strong>de</strong>n estar tratados con resinas <strong>de</strong><br />
silicona y esmaltes <strong>de</strong> poliéster o <strong>de</strong> polietil<strong>en</strong>o.<br />
En este trabajo se van a estudiar principalm<strong>en</strong>te <strong>los</strong> hi<strong>los</strong> esmaltados, que son <strong>los</strong><br />
más utilizados para máquinas <strong>de</strong> pequeña y mediana pot<strong>en</strong>cia, <strong>de</strong>bido a su m<strong>en</strong>or grosor<br />
y a sus bu<strong>en</strong>as propieda<strong>de</strong>s térmicas. En este caso, se suel<strong>en</strong> utilizar un aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong><br />
poliamida-imida, o poliéster con recubrimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> poliamida-imida.<br />
A<strong>de</strong>más, <strong>en</strong> <strong>los</strong> últimos años se han introducido nuevos materiales para hacer <strong>los</strong><br />
barnices resist<strong>en</strong>tes a las <strong>de</strong>scargas parciales (DP) y, por tanto, a la <strong>de</strong>gradación que<br />
éstas produc<strong>en</strong>. Así, <strong>los</strong> nuevos hi<strong>los</strong> esmaltados conti<strong>en</strong><strong>en</strong> óxidos <strong>de</strong> metales, como<br />
TiO 2 o CrO 2 .<br />
2.2. Materiales <strong>aislantes</strong> para ranuras y fases<br />
A<strong>de</strong>más <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to propio <strong>de</strong> <strong>los</strong> conductores, <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la ranura exist<strong>en</strong> [2]:<br />
aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre conductores <strong>de</strong> una misma bobina<br />
aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre bobinas situadas <strong>en</strong> la misma ranura, o <strong>en</strong>tre cabezas <strong>de</strong> bobina<br />
aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la ranura, que aísla <strong><strong>de</strong>l</strong> hierro todo el arrollami<strong>en</strong>to
2. Sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> las máquinas rotativas 7<br />
cierre <strong>de</strong> ranura, que es un refuerzo mecánico, que impi<strong>de</strong> que se salgan las bobinas<br />
una vez introducidas <strong>en</strong> la ranura<br />
El corte transversal <strong>de</strong> una ranura <strong>de</strong> este tipo se pue<strong>de</strong> ver <strong>en</strong> la Figura 2.1. En<br />
g<strong>en</strong>eral, <strong>en</strong> cada ranura hay dos bobinas, normalm<strong>en</strong>te <strong>de</strong> fases difer<strong>en</strong>tes. Por tanto, el<br />
aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> fase es el que separa las dos bobinas. Habitualm<strong>en</strong>te, se utiliza papel <strong>de</strong><br />
aramida, comercializado por Dupont con la marca Nomex. Dep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>do <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión<br />
a la que trabaje la máquina, este papel t<strong>en</strong>drá <strong>en</strong>tre 0.1 y 0.5 mm <strong>de</strong> espesor. Otro<br />
material que se usa normalm<strong>en</strong>te es el Mylar o Dacron, que ti<strong>en</strong>e una mejor resist<strong>en</strong>cia<br />
mecánica que el Nomex. El mismo material se utiliza como aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> ranura.<br />
Figura 2.1: Esquema <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> una ranura <strong>de</strong> estator [2].<br />
2.3. Barnices y resinas <strong>de</strong> impregnación, rell<strong>en</strong>o y<br />
acabado<br />
La mayoría <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>de</strong>vanados <strong>de</strong> estator <strong>de</strong> máquinas <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión son revestidos<br />
por una capa <strong>de</strong> barniz o resina una vez que la bobina ha sido insertada <strong>en</strong> la ranura.<br />
De este modo, se consigue un aum<strong>en</strong>to <strong>en</strong> sus propieda<strong>de</strong>s dieléctricas y mecánicas,<br />
así como <strong>de</strong> la resist<strong>en</strong>cia a la contaminación y la humedad. A<strong>de</strong>más, t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>en</strong><br />
cu<strong>en</strong>ta que las DP que dañan el aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> conductor se produc<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong> huecos<br />
que quedan <strong>en</strong>tre el<strong>los</strong>, el rell<strong>en</strong>o mediante barniz adquiere un papel crítico.<br />
La NEMA (National Electrical Manufacturers Association) <strong>de</strong>fine un barniz<br />
para aislami<strong>en</strong>to eléctrico como una solución <strong>de</strong> resinas naturales o sintéticas y
2. Sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> las máquinas rotativas 8<br />
modificadores, que se transforman <strong>de</strong>bido a una acción química, formando una película<br />
tras la evaporación <strong>de</strong> <strong>los</strong> disolv<strong>en</strong>tes.<br />
En la actualidad, <strong>los</strong> materiales usados con este fin son poliamida y poliimida, como<br />
barnices, y poliéster y epoxi como resinas.<br />
Según el método <strong>de</strong> aplicación, <strong>los</strong> barnices se pue<strong>de</strong>n clasificar <strong>en</strong> [3]:<br />
1. Barnices <strong>de</strong> secado al aire, que suel<strong>en</strong> estar elaborados a base <strong>de</strong> resinas sintéticas,<br />
se emplean <strong>en</strong> reparaciones <strong>de</strong> las máquinas.<br />
2. Barnices <strong>de</strong> secado al horno se emplean para la impregnación <strong>de</strong> toda clase <strong>de</strong><br />
máquinas eléctricas, una vez que han sido <strong>de</strong>vanadas.
Capítulo 3<br />
Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong><br />
máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante<br />
PWM<br />
Los controladores <strong>de</strong> velocidad emplean difer<strong>en</strong>tes técnicas para suministrar al<br />
motor la forma <strong>de</strong> onda <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión requerida. Entre ellas, la modulación por ancho<br />
<strong>de</strong> pulso (Pulse Width Modulation, PWM) es una <strong>de</strong> las más usadas, gracias al<br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> <strong>los</strong> IGBTs. Este dispositivo pue<strong>de</strong> alcanzar frecu<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> conmutación<br />
muy elevadas (hasta <strong>de</strong> 20 kHz), consigui<strong>en</strong>do reducir las pérdidas por conmutación.<br />
Así, se logra suministrar una t<strong>en</strong>sión libre <strong>de</strong> armónicos <strong>de</strong> baja frecu<strong>en</strong>cia, responsables<br />
<strong>de</strong> las oscilaciones <strong>de</strong> par y <strong>de</strong> velocidad. Sin embargo, esto conlleva la g<strong>en</strong>eración <strong>de</strong><br />
armónicos <strong>de</strong> alta frecu<strong>en</strong>cia, que causan una distribución <strong>de</strong>sigual <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones.<br />
La forma <strong>de</strong> onda g<strong>en</strong>erada por un convertidor PWM no es s<strong>en</strong>oidal, sino que<br />
consiste <strong>en</strong> una serie <strong>de</strong> pulsos <strong>de</strong> la misma amplitud, con una anchura modulada<br />
mediante difer<strong>en</strong>tes métodos. Las ondas características resultantes se muestran <strong>en</strong> la<br />
Figura 3.1. Los parámetros que se <strong>de</strong>b<strong>en</strong> ajustar son <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes:<br />
La frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos, que vi<strong>en</strong>e dada por la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> conmutación <strong>de</strong><br />
<strong>los</strong> dispositivos electrónicos que forman parte <strong><strong>de</strong>l</strong> convertidor.<br />
La frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> cambio <strong>de</strong> polaridad, que se <strong>de</strong>termina a partir <strong>de</strong> la velocidad<br />
<strong>de</strong>seada <strong>en</strong> el motor.<br />
La amplitud <strong>de</strong> cada pulso, que es constante y <strong>de</strong>terminada por el nivel <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
circuito intermedio <strong>de</strong> continua.<br />
El ancho <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos, que está <strong>de</strong>terminado por la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>seada:<br />
cuanto más ancho sea el pulso, mayor será la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> salida media.<br />
9
3. Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante PWM 10<br />
Figura 3.1: T<strong>en</strong>siónes fase-neutro y fase-fase a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor [4].<br />
Cuando se conecta un motor a la salida <strong>de</strong> un inversor, se observan sobret<strong>en</strong>siones<br />
seguidas <strong>de</strong> oscilaciones <strong>en</strong> <strong>los</strong> terminales <strong><strong>de</strong>l</strong> motor. Esto es <strong>de</strong>bido a que el <strong>de</strong>vanado<br />
<strong>de</strong> una máquina está formado por una serie <strong>de</strong> bobinas, cada una <strong>de</strong> las cuales se<br />
pue<strong>de</strong> mo<strong><strong>de</strong>l</strong>ar como una resist<strong>en</strong>cia con una inductancia <strong>en</strong> serie con un con<strong>de</strong>nsador<br />
<strong>en</strong> paralelo, y que, por tanto, ti<strong>en</strong>e características similares a una línea <strong>de</strong> transmisión.<br />
Si existe un <strong>de</strong>sajuste <strong>de</strong> las impedancias características <strong>en</strong>tre el motor, el cable y<br />
el inversor, y se transmit<strong>en</strong> señales escarpadas, pue<strong>de</strong>n aparecer reflexiones <strong>de</strong> onda.<br />
Esto provoca oscilaciones y la amplificación <strong>de</strong> <strong>los</strong> picos <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión que aparec<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong><br />
terminales <strong>de</strong> la máquina. Su amplitud <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> la longitud <strong><strong>de</strong>l</strong> cable y <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo<br />
<strong>de</strong> subida <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos, pudi<strong>en</strong>do incluso llegar a ser doble cuando la impedancia <strong>de</strong><br />
<strong>en</strong>trada <strong><strong>de</strong>l</strong> motor es consi<strong>de</strong>rablem<strong>en</strong>te mayor que la impedancia característica <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
cable [5].<br />
En <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes apartados se expone cómo es la forma <strong>de</strong> onda que soportan <strong>los</strong><br />
distintos compon<strong>en</strong>tes <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> motor.<br />
3.1. T<strong>en</strong>siones fase-fase<br />
La Figura 3.2 muestra las t<strong>en</strong>siones medidas a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor y <strong>en</strong> <strong>los</strong><br />
terminales <strong>de</strong> un motor [6]. Las sobreoscilaciones que aquí aparec<strong>en</strong> son <strong>de</strong>bidas, como<br />
se indicó previam<strong>en</strong>te, a un <strong>de</strong>sajuste <strong>en</strong>tre las impedancias <strong><strong>de</strong>l</strong> motor, el cable y el<br />
inversor.
3. Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante PWM 11<br />
Figura 3.2: T<strong>en</strong>sión fase-fase (a) a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor, (b) <strong>en</strong> <strong>los</strong> terminales <strong><strong>de</strong>l</strong> motor<br />
[6].<br />
La magnitud <strong>de</strong> la sobret<strong>en</strong>sión <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> la longitud <strong><strong>de</strong>l</strong> cable que une el inversor<br />
y el motor y <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor [7]. En la Figura 3.3 se<br />
observa que se pue<strong>de</strong> llegar a doblar la magnitud <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> salida<br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> inversor. Es cierto que esta sobret<strong>en</strong>sión se produce sólo durante un breve periodo<br />
<strong>de</strong> tiempo, pero se repite durante miles <strong>de</strong> veces por segundo. Esto contribuye a la<br />
aceleración <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradación <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante, sobre todo si se supera la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales o PDIV (Partial Discharge Inception Voltage).<br />
3.2. T<strong>en</strong>siones fase-neutro<br />
El aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> ranura aísla todo el <strong>de</strong>vanado <strong><strong>de</strong>l</strong> núcleo <strong>de</strong> hierro, que está puesto<br />
a tierra por motivos <strong>de</strong> seguridad. Como se pue<strong>de</strong> observar <strong>en</strong> la Figura 3.4, la t<strong>en</strong>sión<br />
que soporta este aislami<strong>en</strong>to está constituida por una secu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> pulsos bipolares <strong>de</strong><br />
ancho modulado. También están sometidas a sobret<strong>en</strong>siones y oscilaciones <strong>de</strong>bido al<br />
<strong>de</strong>sajuste <strong>en</strong>tre las impedancias <strong><strong>de</strong>l</strong> cable y <strong><strong>de</strong>l</strong> motor.
3. Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante PWM 12<br />
Figura 3.3: T<strong>en</strong>sión pico-pico (pu) vs. longitud <strong><strong>de</strong>l</strong> cable y tiempo <strong>de</strong> subida [8].<br />
Figura 3.4: T<strong>en</strong>sión fase-neutro [9].
3. Distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong> máquinas alim<strong>en</strong>tadas mediante PWM 13<br />
3.3. T<strong>en</strong>siones <strong>en</strong>tre vueltas<br />
La difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre la t<strong>en</strong>sión fase-neutro <strong>de</strong> dos vueltas que que<strong>de</strong>n adyac<strong>en</strong>tes es<br />
la t<strong>en</strong>sión que <strong>de</strong>be soportar el aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre vueltas.<br />
En las máquinas <strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión (m<strong>en</strong>or <strong>de</strong> 1000 V) el <strong>de</strong>vanado <strong><strong>de</strong>l</strong> estator se<br />
fabrica con hi<strong>los</strong> <strong>de</strong> sección circular, rell<strong>en</strong>ándose la ranura <strong>de</strong> forma aleatoria.<br />
En este tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>vanados, la distribución <strong>de</strong> t<strong>en</strong>siones <strong>en</strong>tre vueltas es muy <strong>de</strong>sigual<br />
ante un fr<strong>en</strong>te <strong>de</strong> onda escarpado. A medida que se transmite a lo largo <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>de</strong>vanado,<br />
la forma <strong>de</strong> onda at<strong>en</strong>úa su fr<strong>en</strong>te <strong>de</strong> subida y suaviza las sobret<strong>en</strong>siones. De este modo,<br />
pier<strong>de</strong> parte <strong>de</strong> sus armónicos <strong>de</strong> alta frecu<strong>en</strong>cia que son filtrados por la inductancia<br />
serie y la capacitancia paralelo que mo<strong><strong>de</strong>l</strong>an el comportami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>de</strong>vanado a alta<br />
frecu<strong>en</strong>cia.<br />
La mayor parte <strong>de</strong> la caída <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión se produce <strong>en</strong> las primeras vueltas. En este<br />
tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>vanados es posible que la primera vuelta que<strong>de</strong> junto a una <strong>de</strong> las últimas,<br />
llegándose a soportar, <strong>en</strong> ese caso, la máxima t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong> el aislami<strong>en</strong>to que separa<br />
ambas vueltas.<br />
En la Figura 3.5 se pue<strong>de</strong> ver la t<strong>en</strong>sión fase-neutro <strong>de</strong> dos vueltas adyac<strong>en</strong>tes,<br />
así como la difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre ambas, correspondi<strong>en</strong>te a la t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong>tre vueltas.<br />
Figura 3.5: T<strong>en</strong>sión fase-neutro <strong>de</strong> dos vueltas adyac<strong>en</strong>tes (V1 y V2) y t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong>tre<br />
vueltas (V1-V2) [6].
Capítulo 4<br />
Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong><br />
Según la norma IEC-60505 [10] se <strong>de</strong>fine <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> como <strong>los</strong> cambios<br />
irreversibles <strong>en</strong> las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> un sistema eléctrico <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to, <strong>de</strong>bido a la<br />
acción <strong>de</strong> uno o más factores <strong>de</strong> influ<strong>en</strong>cia.<br />
Se habla <strong>de</strong> dos tipos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> [11]:<br />
Intrínseco, que se produce cuando la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación es m<strong>en</strong>or que el<br />
PDIV, o t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales. En ese caso, se produce<br />
inyección y <strong>de</strong>splazami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> carga, por lo que resulta interesante conocer <strong>los</strong><br />
mecanismos <strong>de</strong> acumulación <strong>de</strong> carga espacial. Esto pue<strong>de</strong> causar un aum<strong>en</strong>to<br />
local <strong><strong>de</strong>l</strong> campo eléctrico, que lleva a la <strong>de</strong>gradación <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante, <strong>de</strong>bido a<br />
la g<strong>en</strong>eración <strong>de</strong> DP causada por la disminución <strong><strong>de</strong>l</strong> PDIV, o a la ruptura<br />
dieléctrica. A<strong>de</strong>más el tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión aplicada influye <strong>en</strong> la tasa<br />
<strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>.<br />
Extrínseco, que se produce a t<strong>en</strong>siones superiores al PDIV y que, por tanto, es<br />
<strong>de</strong>bido a las DP. En ese caso, el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> es in<strong>de</strong>p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong><br />
subida y <strong>de</strong> la forma <strong>de</strong> onda. Los factores influy<strong>en</strong>tes son la magnitud <strong>de</strong> la<br />
t<strong>en</strong>sión, la frecu<strong>en</strong>cia, y la polaridad <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos.<br />
En <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes apartados, se van a estudiar <strong>los</strong> f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>os asociados a cada uno<br />
<strong>de</strong> estos dos tipos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>: la acumulación <strong>de</strong> carga y las <strong>de</strong>scargas parciales.<br />
4.1. Acumulación <strong>de</strong> carga espacial<br />
El término carga atrapada se refiere a la carga acumulada <strong>en</strong> un material aislante con<br />
respecto a las condiciones neutras [12]. En g<strong>en</strong>eral, no se ti<strong>en</strong>e <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta la acumulación<br />
14
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 15<br />
<strong>de</strong> carga <strong>en</strong> el diseño <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to, consi<strong>de</strong>rando que éste se comportará <strong>de</strong><br />
forma i<strong>de</strong>al y la carga sólo estará pres<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>los</strong> electrodos.<br />
Sin embargo, se ha observado que la acumulación <strong>de</strong> carga es un f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>o que<br />
ocurre típicam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> materiales sometidos a campos eléctricos elevados [13] [14].<br />
Esta acumulación <strong>de</strong> carga pue<strong>de</strong> hacer que aum<strong>en</strong>te el esfuerzo eléctrico al que están<br />
sometidos <strong>los</strong> materiales poliméricos, acelerando su <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>.<br />
Las cargas espaciales pue<strong>de</strong>n aparecer <strong>en</strong> un aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>bido a varios factores:<br />
Inyección <strong>de</strong> carga <strong>de</strong>s<strong>de</strong> <strong>los</strong> electrodos.<br />
Disociación o ionización <strong>de</strong> moléculas <strong><strong>de</strong>l</strong> material.<br />
Contaminación <strong><strong>de</strong>l</strong> ambi<strong>en</strong>te.<br />
Los electrodos pue<strong>de</strong>n introducir tanto carga negativa (electrones) como carga<br />
positiva (huecos). Este proceso <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> varias condiciones: material <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
electrodos, <strong>de</strong>fectos superficiales, impurezas, etc.<br />
La carga espacial se pue<strong>de</strong> clasificar según sea su signo <strong>en</strong> relación con el signo <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
electrodo más cercano [15]. Así, si éstos coinci<strong>de</strong>n se habla <strong>de</strong> homocarga, que se suele<br />
g<strong>en</strong>erar por inyección <strong>de</strong> carga. En ese caso, se reduce el campo eléctrico local cerca <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
electrodo, pero aum<strong>en</strong>ta <strong>en</strong> el interior <strong><strong>de</strong>l</strong> material. Si la carga ti<strong>en</strong>e el signo contrario al<br />
electrodo más cercano, se habla <strong>de</strong> heterocarga. Ésta se suele g<strong>en</strong>erar por la disociación<br />
<strong>de</strong> iones que se produce al aplicar un campo eléctrico a un material. Estos iones se<br />
<strong>de</strong>splazan hasta el electrodo opuesto, por atracción, don<strong>de</strong> pue<strong>de</strong>n quedar atrapados.<br />
Como consecu<strong>en</strong>cia, aum<strong>en</strong>ta el campo cerca <strong>de</strong> <strong>los</strong> electrodos, disminuy<strong>en</strong>do <strong>en</strong> el<br />
interior <strong><strong>de</strong>l</strong> material. En la Figura 4.1 se muestra un esquema <strong>de</strong> la difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre <strong>los</strong><br />
dos tipos <strong>de</strong> carga espacial.<br />
Medida <strong>de</strong> la distribución <strong>de</strong> la carga espacial<br />
Exist<strong>en</strong> diversos métodos para la medida <strong>de</strong> la distribución <strong>de</strong> la carga espacial <strong>en</strong><br />
dieléctricos, <strong>de</strong>stacando <strong>los</strong> métodos acústicos y <strong>los</strong> métodos ópticos [15].<br />
Los métodos <strong>de</strong> medida acústica <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> carga espacial <strong>en</strong> materiales<br />
<strong>aislantes</strong> sólidos se basan <strong>en</strong> la propagación <strong>de</strong> una onda acústica a través <strong><strong>de</strong>l</strong> material.<br />
Los principales son el PEA (Pulsed Electroacustic, o electroacústica pulsada) y el PWP<br />
(Pressure Wave Propagation, o propagación <strong>de</strong> la onda <strong>de</strong> presión). En la actualidad<br />
exist<strong>en</strong> equipos comerciales que utilizan ambos.<br />
Los métodos ópticos se basan <strong>en</strong> la aparición <strong>de</strong> birrefring<strong>en</strong>cia por el efecto
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 16<br />
Figura 4.1: Distorsión <strong><strong>de</strong>l</strong> campo eléctrico <strong>en</strong>tre dos electrodos planos parale<strong>los</strong> <strong>de</strong>bido<br />
a (a) inyección <strong>de</strong> homocarga y (b) inyección <strong>de</strong> heterocarga [15].<br />
fotoelástico o el efecto electroóptico <strong>de</strong> Kerr, <strong>de</strong>bido a una t<strong>en</strong>sión mecánica interna <strong>en</strong><br />
un material sólido o líquido.<br />
4.2. Descargas parciales<br />
De acuerdo con la norma UNE 21-313-85 [16] una <strong>de</strong>scarga parcial es una <strong>de</strong>scarga<br />
eléctrica cuyo trayecto pu<strong>en</strong>tea sólo parcialm<strong>en</strong>te el aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre conductores.<br />
Des<strong>de</strong> un punto <strong>de</strong> vista práctico, cuando ocurre una <strong>de</strong>scarga parcial se produce<br />
un cambio rápido <strong>en</strong> la configuración <strong><strong>de</strong>l</strong> campo eléctrico, dando lugar a una corri<strong>en</strong>te<br />
que fluye <strong>en</strong> un conductor conectado al resto <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema. Esto es lo que permite su<br />
<strong>de</strong>tección mediante métodos eléctricos.<br />
4.2.1. Tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales<br />
Se pue<strong>de</strong>n distinguir tres tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales:<br />
Descargas internas, que son las que ocurr<strong>en</strong> <strong>en</strong> huecos <strong>de</strong> sólidos, don<strong>de</strong> suele<br />
haber gas.
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 17<br />
Descargas superficiales, que son las que aparec<strong>en</strong> <strong>en</strong> las interfases <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
dieléctricos, cuando existe un campo tang<strong>en</strong>cial.<br />
Corona, que son aquellas que ocurr<strong>en</strong> <strong>en</strong> puntas metálicas o <strong>en</strong> zonas con pequeño<br />
radio <strong>de</strong> curvatura, <strong>en</strong> las que se produce una int<strong>en</strong>sificación <strong><strong>de</strong>l</strong> campo eléctrico.<br />
Descargas internas<br />
Las <strong>de</strong>scargas internas ti<strong>en</strong><strong>en</strong> lugar <strong>en</strong> huecos <strong>de</strong> dieléctricos sólidos, que aparec<strong>en</strong><br />
durante el procesado, y que suel<strong>en</strong> estar rell<strong>en</strong>os <strong>de</strong> gas. Para cada gas, la t<strong>en</strong>sión a la<br />
que ocurre la ruptura varía con la presión. Esto se repres<strong>en</strong>ta por la curva <strong>de</strong> Pasch<strong>en</strong>,<br />
que se muestra <strong>en</strong> la Figura 4.2.<br />
Figura 4.2: Curva <strong>de</strong> Pasch<strong>en</strong>: T<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> ruptura <strong>de</strong> una cavidad ll<strong>en</strong>a <strong>de</strong> aire [17].<br />
Descargas superficiales<br />
Las <strong>de</strong>scargas superficiales ocurr<strong>en</strong> <strong>en</strong> las interfases <strong>de</strong> <strong>los</strong> dieléctricos cuando existe<br />
un campo eléctrico tang<strong>en</strong>cial a éstas. La t<strong>en</strong>sión eléctrica a la que aparec<strong>en</strong> este tipo<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas es relativam<strong>en</strong>te baja. En la Figura 4.3 se muestra esta t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong> láminas<br />
metálicas para atmósferas <strong>de</strong> aire y <strong>de</strong> aceite.
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 18<br />
Figura 4.3: Descargas superficiales, <strong>en</strong> agua y <strong>en</strong> aceite <strong>en</strong> el extremo <strong>de</strong> una lámina<br />
metálica [17].<br />
Corona<br />
Las <strong>de</strong>scargas tipo corona son aquellas que ocurr<strong>en</strong> <strong>en</strong> las puntas metálicas que se<br />
<strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran <strong>en</strong> un campo eléctrico. Las t<strong>en</strong>siones <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga<br />
se muestran <strong>en</strong> la Figura 4.4. El efecto corona es una fu<strong>en</strong>te <strong>de</strong> interfer<strong>en</strong>cias cuando<br />
se están realizando <strong>en</strong>sayos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales. Por ello, se <strong>de</strong>b<strong>en</strong> evitar puntas<br />
metálicas <strong>en</strong> <strong>los</strong> electrodos <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo.<br />
4.2.2. Métodos <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales<br />
Las <strong>de</strong>scargas parciales se mi<strong>de</strong>n fundam<strong>en</strong>talm<strong>en</strong>te mediante métodos eléctricos,<br />
aunque también exist<strong>en</strong> métodos no eléctricos para su medida. Estos últimos no<br />
permit<strong>en</strong> medidas cualitativas, y se basan <strong>en</strong> algunos f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>os físicos que acompañan<br />
a la <strong>de</strong>scarga.<br />
Métodos eléctricos. Es el método más utilizado para <strong>de</strong>tectar DP. Se basan <strong>en</strong> la<br />
<strong>de</strong>tección <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong>splazada <strong>en</strong> cada <strong>de</strong>scarga, utilizando un circuito externo<br />
<strong>de</strong> medida, como se explica posteriorm<strong>en</strong>te.<br />
Métodos no eléctricos, <strong>de</strong>stacando, <strong>en</strong>tre otros, <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes:<br />
• Detección <strong>de</strong> ruido. Las <strong>de</strong>scargas externas (<strong>de</strong>scargas superficiales y corona)<br />
produc<strong>en</strong> ondas acústicas, que se pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>tectar mediante s<strong>en</strong>sores <strong>de</strong>
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 19<br />
Figura 4.4: T<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales <strong>en</strong> función <strong><strong>de</strong>l</strong> radio <strong>de</strong> la punta<br />
metálica [17].<br />
ultrasonidos, que ti<strong>en</strong><strong>en</strong> un ancho <strong>de</strong> banda <strong>de</strong> hasta unos 30 kHz. Las<br />
<strong>de</strong>scargas internas también se pue<strong>de</strong>n medir mediante este método, aunque<br />
su <strong>de</strong>tección pres<strong>en</strong>ta más problemas.<br />
• Detección <strong>de</strong> luz. Se aplica a la <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas externas, utilizando<br />
fotografías con tiempos <strong>de</strong> exposición largos y películas s<strong>en</strong>sibles.<br />
Por ser <strong>los</strong> más utilizados <strong>en</strong> la bibliografía y <strong>los</strong> que se utilizarán <strong>en</strong> esta tesis, a<br />
continuación se pres<strong>en</strong>tan brevem<strong>en</strong>te <strong>los</strong> circuitos <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo utilizados <strong>en</strong> <strong>los</strong> métodos<br />
eléctricos<br />
Circuitos <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo <strong>en</strong> <strong>los</strong> métodos eléctricos <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP<br />
La norma UNE 21-313-85 [16] <strong>de</strong>scribe <strong>los</strong> circuitos <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo y medida que pue<strong>de</strong>n<br />
utilizarse <strong>en</strong> el <strong>en</strong>sayo <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales. Las DP consi<strong>de</strong>radas son<br />
aquellas localizadas <strong>en</strong> medios <strong>aislantes</strong>, restringidas a una única zona <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico<br />
<strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo y que afectan sólo a una parte <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre conductores. Las DP se<br />
pres<strong>en</strong>tan g<strong>en</strong>eralm<strong>en</strong>te bajo la forma <strong>de</strong> impulsos individuales, que pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>tectarse<br />
como impulsos eléctricos <strong>en</strong> un circuito externo conectado al objeto <strong>en</strong>sayado.<br />
Los circuitos <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo para medida <strong>de</strong> DP incorporan una impedancia <strong>de</strong> medida<br />
conectada <strong>en</strong> serie <strong>en</strong>tre el objeto <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo y tierra, o bi<strong>en</strong>, <strong>en</strong>tre bornes <strong><strong>de</strong>l</strong> objeto
4. Mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> 20<br />
<strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo por medio <strong>de</strong> un con<strong>de</strong>nsador <strong>de</strong> acoplami<strong>en</strong>to a<strong>de</strong>cuado. La mayoría <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
circuitos utilizados, se basan <strong>en</strong> uno <strong>de</strong> <strong>los</strong> esquemas repres<strong>en</strong>tados <strong>en</strong> la Figura 4.5.<br />
Figura 4.5: Esquemas <strong>de</strong> circuitos <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP<br />
Estos circuitos se compon<strong>en</strong> principalm<strong>en</strong>te <strong>de</strong>:<br />
El objeto <strong>en</strong>sayado, que se repres<strong>en</strong>ta como la capacidad C a .<br />
Un con<strong>de</strong>nsador <strong>de</strong> acoplami<strong>en</strong>to, C k .<br />
La impedancia <strong>de</strong> medida, Z m , el cable <strong>de</strong> conexión y el aparato <strong>de</strong> medida.<br />
Una impedancia o filtro, Z, que a veces se aña<strong>de</strong> para reducir las perturbaciones<br />
g<strong>en</strong>eradas por la fu<strong>en</strong>te <strong>de</strong> alta t<strong>en</strong>sión.<br />
Las <strong>de</strong>scargas que se produc<strong>en</strong> <strong>en</strong> el objeto <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo provocan transfer<strong>en</strong>cia <strong>de</strong><br />
carga al circuito <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo, que produce impulsos <strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te a través <strong>de</strong> la impedancia<br />
<strong>de</strong> medida. Esta carga, conocida como carga apar<strong>en</strong>te es la que realm<strong>en</strong>te se mi<strong>de</strong>, ya<br />
que la carga real que se moviliza durante la <strong>de</strong>scarga no es accesible. Se consi<strong>de</strong>ra que la<br />
carga apar<strong>en</strong>te es aquella que, inyectada <strong>en</strong> bornes <strong><strong>de</strong>l</strong> objeto <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayo, proporcionaría<br />
la misma lectura <strong>en</strong> el aparato <strong>de</strong> medida que la <strong>de</strong>scarga parcial propiam<strong>en</strong>te dicha [16].<br />
La calibración <strong><strong>de</strong>l</strong> equipo <strong>de</strong> medida proporciona la relación <strong>en</strong>tre la carga apar<strong>en</strong>te<br />
medida y la carga real <strong>de</strong> la <strong>de</strong>scarga.
Capítulo 5<br />
Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte<br />
A continuación, se muestra una pequeña panorámica sobre las principales líneas<br />
<strong>de</strong> investigación y las conclusiones más relevantes sobre el tema. En primer lugar, se<br />
<strong>de</strong>scribirán las conclusiones principales a las que han llegado diversos autores sobre<br />
qué factores influy<strong>en</strong> <strong>en</strong> el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>aislantes</strong> estudiados. Posteriorm<strong>en</strong>te,<br />
se analizan <strong>los</strong> métodos <strong>de</strong> análisis <strong>de</strong> datos empleados para el estudio <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas<br />
parciales y <strong>de</strong> la carga atrapada.<br />
5.1. Envejecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> <strong>aislantes</strong> <strong>en</strong> máquinas rotativas<br />
<strong>de</strong> baja t<strong>en</strong>sión<br />
Para evaluar cómo afectan <strong>los</strong> distintos factores al <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> material, se<br />
llevan a cabo <strong>en</strong>sayos sobre distintos tipos <strong>de</strong> muestras: pares tr<strong>en</strong>zados, películas finas<br />
<strong>de</strong> materiales poliméricos, bobinas, etc, variando la forma y la magnitud <strong>de</strong> la onda <strong>de</strong><br />
t<strong>en</strong>sión aplicada. La frecu<strong>en</strong>cia también varía hasta llegar a la <strong>de</strong> conmutación <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
IGBTs. A<strong>de</strong>más, <strong>en</strong> la bibliografía se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran resultados <strong>de</strong> <strong>en</strong>sayos realizados <strong>en</strong><br />
distintas condiciones ambi<strong>en</strong>tales (<strong>de</strong> temperatura y humedad).<br />
5.1.1. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión pico-pico <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación<br />
La bibliografía consultada coinci<strong>de</strong> <strong>en</strong> que la magnitud <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión pico-pico<br />
<strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación ti<strong>en</strong>e una gran influ<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> la aceleración <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong><br />
<strong>aislantes</strong> [18]. De hecho, algunos autores, Foulon [19] <strong>en</strong>tre otros, propon<strong>en</strong> la sigui<strong>en</strong>te<br />
ley expon<strong>en</strong>cial:<br />
21
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 22<br />
N = V −n (5.1)<br />
que relaciona el número <strong>de</strong> pulsos hasta el fallo, N, con la t<strong>en</strong>sión aplicada, V .<br />
Figura 5.1: Resultados experim<strong>en</strong>tales <strong>de</strong> la ley <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong>tre<br />
vueltas <strong>de</strong> un motor [19].<br />
5.1.2. Influ<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong><br />
alim<strong>en</strong>tación<br />
De acuerdo con la norma IEC 62068-1 [18], el tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong><br />
la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación pue<strong>de</strong> influir <strong>en</strong> el proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>terioro <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to. Es<br />
<strong>de</strong>cir, cuanto m<strong>en</strong>or sea el tiempo <strong>de</strong> subida, mayor será la t<strong>en</strong>sión que existe <strong>en</strong>tre<br />
espiras adyac<strong>en</strong>tes y, por tanto, m<strong>en</strong>or será el tiempo <strong>de</strong> vida.<br />
Sin embargo, algunos experim<strong>en</strong>tos contradic<strong>en</strong> la afirmación anterior:<br />
Foulon [19] y Kaufhold [20] estudiaron el número <strong>de</strong> pulsos hasta el fallo y<br />
concluy<strong>en</strong>, cada uno por su parte, que no <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso<br />
ni <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> la onda.<br />
Lebey [21] estudió la influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos y <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida<br />
<strong>en</strong> aislami<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> epoxi mediante espectrocopía dieléctrica. Los resultados,<br />
sin embargo, no permitieron relacionar el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to con el<br />
tiempo <strong>de</strong> subida, la frecu<strong>en</strong>cia y la polaridad <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos. No obstante, afirma
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 23<br />
que existe influ<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong> subida <strong>en</strong> la aparición <strong>de</strong> cargas atrapadas <strong>en</strong><br />
la superficie <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante, que aparec<strong>en</strong> al aum<strong>en</strong>tar la velocidad <strong>de</strong> subida [22].<br />
Yin [5], por su parte, llega a una conclusión similar.<br />
5.1.3. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la forma <strong>de</strong> la onda <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong><br />
alim<strong>en</strong>tación<br />
La forma <strong>de</strong> onda (s<strong>en</strong>oidal o cuadrada), <strong>de</strong> acuerdo con <strong>los</strong> resultados expuestos<br />
por Bellomo [23] y Fabiani [6], no influye <strong>en</strong> el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> <strong>aislantes</strong>.<br />
El efecto <strong>de</strong> la polaridad se estudió someti<strong>en</strong>do al aislante a pulsos cuadrados<br />
bipolares y unipolares, éstos últimos, positivos y negativos. La t<strong>en</strong>sión cuadrada bipolar<br />
acelera más el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> que la unipolar ([6], [20]). A<strong>de</strong>más, el tiempo <strong>de</strong> vida es<br />
m<strong>en</strong>or con pulsos unipolares negativos [5]. Este f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>o, se podría explicar por la<br />
difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> la formación <strong>de</strong> carga espacial.<br />
5.1.4. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación<br />
Varios autores han estudiado si la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación influye<br />
<strong>en</strong> su tiempo <strong>de</strong> vida. Según se ha visto previam<strong>en</strong>te, el número <strong>de</strong> pulsos que pue<strong>de</strong><br />
soportar un aislante es el que <strong>de</strong>termina su tiempo <strong>de</strong> vida. Por ello, algunos autores<br />
como Fabiani [6], incluy<strong>en</strong> la frecu<strong>en</strong>cia como factor clave <strong>en</strong> el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> ya que<br />
al increm<strong>en</strong>tar la frecu<strong>en</strong>cia el número <strong>de</strong> pulsos que soporta un aislante <strong>en</strong> un tiempo<br />
<strong>de</strong>terminado es mayor.<br />
Sin embargo, otros autores han estudiado si el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> se acelera al cambiar<br />
la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> la alim<strong>en</strong>tación. Según Foulon [19] o Kaufhold [20] esto<br />
no es así. Es <strong>de</strong>cir, el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> no se acelera si el tiempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>scanso <strong>en</strong>tre <strong>los</strong><br />
pulsos disminuye según se muestra <strong>en</strong> la Figura 5.2.<br />
Yin [24], por el contrario, observó <strong>en</strong> uno <strong>de</strong> sus experim<strong>en</strong>tos que, con ondas<br />
cuadradas <strong>de</strong> un tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> aproximadam<strong>en</strong>te 83 KV/µs, existe una<br />
frecu<strong>en</strong>cia a partir <strong>de</strong> la cual el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> se acelera. Esto se observa <strong>en</strong> la Figura<br />
5.3. En este caso, por <strong>de</strong>bajo <strong><strong>de</strong>l</strong> punto <strong>de</strong> transición (5 kHz) el tiempo <strong>de</strong> vida es<br />
inversam<strong>en</strong>te proporcional a la frecu<strong>en</strong>cia (L = B/f, si<strong>en</strong>do B una constante <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
mo<strong><strong>de</strong>l</strong>o), mi<strong>en</strong>tras que por <strong>en</strong>cima aum<strong>en</strong>ta el ritmo <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> (L = C/f 2 ,<br />
si<strong>en</strong>do C una constante <strong><strong>de</strong>l</strong> mo<strong><strong>de</strong>l</strong>o).
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 24<br />
Figura 5.2: Efecto <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>en</strong> el tiempo y número <strong>de</strong> pulsos hasta<br />
la ruptura <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico (se repres<strong>en</strong>ta el cuantil 63 % <strong>de</strong> una distribución <strong>de</strong> Weibull<br />
con el 95 % <strong>de</strong> confianza) [20].<br />
Figura 5.3: Tiempo <strong>de</strong> fallo <strong>en</strong> función <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación, a 4 y 5 KV y<br />
temperatura ambi<strong>en</strong>te [24].
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 25<br />
5.1.5. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la temperatura<br />
A elevadas temperaturas, el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> eléctrico se increm<strong>en</strong>ta [18]. El aum<strong>en</strong>to<br />
<strong>de</strong> la temperatura <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante pue<strong>de</strong> provocar el increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la permitividad<br />
dieléctrica <strong><strong>de</strong>l</strong> material, ya que al t<strong>en</strong>er las moléculas mayor movilidad pue<strong>de</strong>n alinearse<br />
con el campo eléctrico más fácilm<strong>en</strong>te. Esto eleva el campo eléctrico <strong>en</strong> <strong>los</strong> huecos <strong>de</strong><br />
gas adyac<strong>en</strong>tes, por lo que crece la actividad <strong>de</strong> DP. Este efecto se ve pot<strong>en</strong>ciado por<br />
el increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la presión <strong>en</strong> el hueco <strong>de</strong> gas.<br />
5.1.6. Influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la humedad<br />
La humedad <strong><strong>de</strong>l</strong> medio <strong>en</strong> el que se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra el material aislante pue<strong>de</strong> alterar<br />
la rigi<strong>de</strong>z dieléctrica <strong><strong>de</strong>l</strong> aire, y por tanto la actividad <strong>de</strong> DP. A<strong>de</strong>más, la humedad<br />
pue<strong>de</strong> alterar la conducción <strong>de</strong> cargas <strong>en</strong> la superficie <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante, lo que afecta al<br />
<strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> material [18].<br />
5.1.7. Factores que afectan al PDIV<br />
La t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> DP (PDIV) <strong>de</strong>termina la t<strong>en</strong>sión a partir <strong>de</strong> la cual<br />
aparec<strong>en</strong> DP <strong>en</strong> el aislami<strong>en</strong>to. Exist<strong>en</strong> diversas hipótesis sobre cuáles son <strong>los</strong> factores<br />
que influy<strong>en</strong> <strong>en</strong> el valor <strong><strong>de</strong>l</strong> PDIV para un material <strong>de</strong>terminado.<br />
Pfeiffer [25] ha estudiado la influ<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> el PDIV <strong>de</strong> la temperatura y la humedad<br />
conjuntam<strong>en</strong>te. Parece que, aunque no existe influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> estos dos factores con<br />
t<strong>en</strong>siones <strong>de</strong> 50 Hz, cuando <strong>en</strong> la alim<strong>en</strong>tación hay pulsos <strong>de</strong> alta frecu<strong>en</strong>cia influy<strong>en</strong><br />
significativam<strong>en</strong>te.<br />
Fabiani [6] afirma que el principal factor que <strong>de</strong>termina el PDIV es la carga<br />
atrapada.<br />
Por otro lado, Kaufhold [20] concluye que el PDIV disminuye si aum<strong>en</strong>ta la<br />
temperatura <strong><strong>de</strong>l</strong> ambi<strong>en</strong>te o si disminuye el espesor <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to (Figura 5.4).<br />
5.2. Utilización <strong>de</strong> las medidas <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales<br />
para pre<strong>de</strong>cir el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong><br />
La técnica <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP es un método g<strong>en</strong>eralm<strong>en</strong>te aceptado para la <strong>de</strong>tección<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>fectos <strong>en</strong> dieléctricos. Sin embargo, es difícil <strong>de</strong>finir niveles máximos admisibles <strong>de</strong>
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 26<br />
Figura 5.4: Efecto <strong>de</strong> la temperatura <strong>en</strong> la capacitancia y el PDIV [20].<br />
DP, porque normalm<strong>en</strong>te <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong>n <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to. A<strong>de</strong>más, la at<strong>en</strong>uación<br />
y el ancho <strong>de</strong> banda <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema <strong>de</strong> medida ti<strong>en</strong><strong>en</strong> una gran influ<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> las magnitu<strong>de</strong>s<br />
obt<strong>en</strong>idas. Por otro lado, si se ti<strong>en</strong><strong>en</strong> datos sobre un sistema <strong>de</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>terminado<br />
medido con un sistema <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección apropiado, se podrán i<strong>de</strong>ntificar DP inusualm<strong>en</strong>te<br />
elevadas.<br />
El grado <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>en</strong> el aislante podría estar relacionado con la carga<br />
implicada <strong>en</strong> cada DP. Según la norma IEEE 1434 [26], <strong>en</strong> medidas <strong>de</strong> DP durante el<br />
funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la máquina, <strong>los</strong> cambios <strong>en</strong> su magnitud pue<strong>de</strong>n ayudar a i<strong>de</strong>ntificar<br />
la fu<strong>en</strong>te <strong>de</strong> DP y la severidad <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>de</strong>terioro.<br />
Los métodos clásicos [16] <strong>de</strong> análisis <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> DP estudian la distribución<br />
estadística <strong>de</strong> la magnitud <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas y la fase <strong><strong>de</strong>l</strong> ciclo <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación <strong>en</strong> que<br />
ocurr<strong>en</strong>.<br />
Sin embargo, algunos autores, [27], [28], propon<strong>en</strong> estudiar las características no<br />
periódicas <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas individuales. Así se podrían <strong>de</strong>scribir qué cambios se<br />
produc<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>los</strong> parámetros <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> DP, a medida que se <strong>en</strong>vejece el material.<br />
Los principales parámetros que se pue<strong>de</strong>n estudiar al respecto se muestran <strong>en</strong> la Figura<br />
5.5 y son <strong>los</strong> sigui<strong>en</strong>tes:<br />
La altura <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso<br />
El tiempo <strong>de</strong> subida <strong>en</strong>tre el 10 % y el 90 %<br />
La anchura <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>en</strong> el nivel <strong><strong>de</strong>l</strong> 50 %
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 27<br />
La anchura <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>en</strong> el nivel <strong><strong>de</strong>l</strong> 20 %<br />
Figura 5.5: Parámetros principales <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga parcial [29].<br />
Morshuis [29] afirma que se pue<strong>de</strong> establecer una correlación <strong>en</strong>tre la forma <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
pulso y el estado <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico.<br />
En este contexto, las ondículas, o wavelets, parec<strong>en</strong> ser una bu<strong>en</strong>a herrami<strong>en</strong>ta<br />
para analizar señales no periódicas, ya que extra<strong>en</strong> las características <strong>en</strong> el dominio <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
tiempo y <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia.<br />
Algunos autores, [28], [30], han estudiado la influ<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la geometría <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>de</strong>fecto<br />
<strong>en</strong> la forma <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>de</strong> DP, <strong>en</strong>contrando una correlación <strong>en</strong>tre la altura <strong>de</strong> la cavidad<br />
don<strong>de</strong> se produc<strong>en</strong> las DP y la duración <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso. En sus trabajos, se sugiere que<br />
<strong>en</strong> futuras investigaciones se <strong>de</strong>bería estudiar <strong>los</strong> parámetros <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>de</strong> DP, como<br />
tiempos <strong>de</strong> subida y <strong>de</strong> bajada, amplitud, etc, y su cambio por efecto <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>.<br />
Devins [31] expuso que la forma <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> DP <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>en</strong> gran medida <strong>de</strong> la<br />
longitud <strong><strong>de</strong>l</strong> hueco y <strong>de</strong> la difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre la t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong> el hueco y el valor <strong>de</strong> la t<strong>en</strong>sión<br />
<strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> DP. La amplitud <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso aum<strong>en</strong>ta con la t<strong>en</strong>sión, mi<strong>en</strong>tras que las<br />
dim<strong>en</strong>siones <strong><strong>de</strong>l</strong> hueco afectan a la duración <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso.
5. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte 28<br />
5.3. Utilización <strong>de</strong> las medidas <strong>de</strong> carga superficial<br />
para pre<strong>de</strong>cir el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong><br />
La mayoría <strong>de</strong> la bibliografía consultada, [12], [13], [14], hace refer<strong>en</strong>cia a sistemas<br />
<strong>de</strong> medida <strong>de</strong> carga superficial <strong>en</strong> cables y <strong>aislantes</strong> <strong>de</strong> alta t<strong>en</strong>sión. Sin embargo, las<br />
refer<strong>en</strong>cias que explican <strong>los</strong> métodos <strong>de</strong> medida, aclaran que pue<strong>de</strong>n ser usados <strong>en</strong><br />
cualquier material don<strong>de</strong> se quiera investigar el proceso <strong>de</strong> transporte <strong>de</strong> carga, [15],<br />
[32].<br />
Fabiani, [6], [33], ha estudiado la relación <strong>en</strong>tre la carga espacial y la actividad<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales <strong>en</strong> hi<strong>los</strong> esmaltados, a <strong>los</strong> que se les aplicaron t<strong>en</strong>siones <strong>de</strong><br />
polarización durante un tiempo sufici<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te elevado (3600 segundos). En su estudio<br />
analizó materiales conv<strong>en</strong>cionales, así como otros consi<strong>de</strong>rados resist<strong>en</strong>tes a las DP.<br />
Con esto, se pret<strong>en</strong>día estudiar el efecto <strong>de</strong> la acumulación <strong>de</strong> carga espacial <strong>de</strong>bido a<br />
<strong>los</strong> aditivos que se le aña<strong>de</strong>n a <strong>los</strong> esmaltes para soportar la alim<strong>en</strong>tación PWM. Estos<br />
aditivos (óxidos inorgánicos, antioxidantes y otras impurezas) pue<strong>de</strong>n constituir puntos<br />
adicionales <strong>de</strong> acumulación <strong>de</strong> cargas. Sus conclusiones indican que la medida <strong>de</strong> carga<br />
espacial, o la conductividad, pue<strong>de</strong> proporcionar información sobre cómo afectarán las<br />
DP al material.<br />
Otros autores [34] han estudiado el efecto <strong>de</strong> un impulso <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong> la<br />
acumulación <strong>de</strong> carga. Según sus observaciones teóricas y empíricas, la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong><br />
carga superficial aum<strong>en</strong>ta cuando disminuye el tiempo <strong>de</strong> subida <strong><strong>de</strong>l</strong> fr<strong>en</strong>te <strong>de</strong> onda.<br />
Esto contradice el estudio <strong>de</strong> Fabiani [33] que muestra que <strong>los</strong> hi<strong>los</strong> esmaltados<br />
acumulan carga cuando se somet<strong>en</strong> a una t<strong>en</strong>sión continua o unipolar, incluso <strong>de</strong> alta<br />
frecu<strong>en</strong>cia.
Capítulo 6<br />
Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis<br />
La utilización <strong>de</strong> motores eléctricos accionados por convertidores electrónicos <strong>en</strong><br />
aplicaciones a velocidad variables se increm<strong>en</strong>ta día a día. Esto supone someter al<br />
aislami<strong>en</strong>to a sobret<strong>en</strong>siones repetitivas <strong>de</strong>bido a flancos <strong>de</strong> subida extremadam<strong>en</strong>te<br />
rápidos. Si se supera la t<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales, el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong><br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to se acelera. Por ello, el número <strong>de</strong> fal<strong>los</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> motores eléctricos <strong>de</strong> baja<br />
t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong> un tiempo corto <strong>de</strong> vida, ha aum<strong>en</strong>tado drásticam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>los</strong> últimos años.<br />
La objetivo principal <strong>de</strong> la tesis es <strong>de</strong>sarrollar un sistema que permita pre<strong>de</strong>cir el<br />
tiempo <strong>de</strong> vida útil <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> motor. Se partirá <strong>de</strong> la hipótesis <strong>de</strong> que las<br />
características <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> DP cambian a medida que el aislante <strong>en</strong>vejece; según<br />
lo expuesto <strong>en</strong> el capítulo anterior, algunos autores, [28], [29], [30], afirman que se<br />
pue<strong>de</strong> establecer una correlación <strong>en</strong>tre la forma <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> DP y el grado <strong>de</strong><br />
<strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico.<br />
Para alcanzar este objetivo g<strong>en</strong>eral <strong>de</strong>b<strong>en</strong> cumplirse <strong>los</strong> objetivos que se indican a<br />
continuación:<br />
Desarrollar un sistema <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales.<br />
Determinar un parámetro medible <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos DP que cambie con el<br />
<strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>.<br />
Determinar <strong>los</strong> factores que influy<strong>en</strong> <strong>en</strong> el <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante.<br />
El plan <strong>de</strong> trabajo propuesto para alcanzar <strong>los</strong> objetivos expuestos se <strong>en</strong>umeran <strong>en</strong><br />
el resto <strong><strong>de</strong>l</strong> capítulo.<br />
29
6. Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis 30<br />
6.1. Revisión bibliográfica<br />
Se incluye aquí esta actividad, aunque ya se ha realizado una amplia búsqueda<br />
que se cita al final <strong>de</strong> este docum<strong>en</strong>to. Sin embargo, la búsqueda bibliográfica es una<br />
labor continua durante el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la investigación, por lo que proseguirá hasta la<br />
finalización <strong>de</strong> la tesis.<br />
6.2. Fase experim<strong>en</strong>tal<br />
Este aspecto es una <strong>de</strong> las partes principales <strong>de</strong> la tesis. En la fase experim<strong>en</strong>tal se<br />
estudiará cómo <strong>de</strong>terminar el grado <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> un material aislante mediante<br />
la caracterización <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales que se g<strong>en</strong>eran <strong>en</strong> su interior. Para<br />
ello, será necesario <strong>de</strong>sarrollar un sistema <strong>de</strong> instrum<strong>en</strong>tación a<strong>de</strong>cuado para medir las<br />
DP y un criterio <strong>de</strong> caracterización <strong>de</strong> DP.<br />
6.2.1. Desarrollo <strong>de</strong> una sonda <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP<br />
Actualm<strong>en</strong>te, para la medida <strong>de</strong> DP se dispone <strong>en</strong> el Laboratorio <strong>de</strong> Alta T<strong>en</strong>sión<br />
<strong>de</strong> un equipo comercial <strong>de</strong> medida, que analiza las DP <strong>de</strong> forma clásica. Es <strong>de</strong>cir,<br />
estudia la distribución estadística <strong>de</strong> la magnitud <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas y la fase <strong><strong>de</strong>l</strong> ciclo <strong>de</strong><br />
alim<strong>en</strong>tación <strong>en</strong> que ocurr<strong>en</strong>.<br />
Pero puesto que se pret<strong>en</strong><strong>de</strong> analizar la forma <strong>de</strong> onda <strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas parciales, es<br />
necesario disponer <strong>de</strong> una sonda para la adquisición <strong>de</strong> la señal <strong>en</strong> el osci<strong>los</strong>copio. Para<br />
ello, se ha trabajado <strong>en</strong> el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una sonda basada <strong>en</strong> una bobina <strong>de</strong> Rogowski,<br />
que aparece <strong>en</strong> la Figura 6.1.<br />
Por otro lado, se dispone <strong>en</strong> el Laboratorio <strong>de</strong> Alta T<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> varios transformadores<br />
<strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te [35] con un gran ancho <strong>de</strong> banda, como se requiere para medir<br />
pulsos <strong>de</strong> alta frecu<strong>en</strong>cia.<br />
6.2.2. Caracterización <strong>de</strong> las señales <strong>de</strong> DP<br />
Para calibrar el sistema <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP <strong>de</strong>sarrollado es necesario caracterizar<br />
<strong>los</strong> difer<strong>en</strong>tes tipos <strong>de</strong> pulsos <strong>de</strong> DP. Para g<strong>en</strong>erar <strong>los</strong> distintos tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas<br />
(<strong>de</strong>scargas internas, <strong>de</strong>scargas superficiales y corona) se emplearán electrodos con<br />
diversas geometrías:
6. Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis 31<br />
Figura 6.1: Bobina <strong>de</strong> Rogowski<br />
Geometría punta-plano, para <strong>de</strong>scargas tipo corona.<br />
Geometría plano-plano con una lámina <strong>de</strong> aislante, para <strong>de</strong>scargas superficiales.<br />
Geometría punta-plano con una lámina <strong>de</strong> aislante que t<strong>en</strong>ga un hueco interno,<br />
para <strong>de</strong>scargas internas.<br />
Para analizar estas señales, y po<strong>de</strong>r caracterizarlas, se usará la técnica matemática<br />
<strong>de</strong> ondículas (o wavelets) que permite localizar señales <strong>de</strong> muy corta duración,<br />
distinguiéndolas <strong><strong>de</strong>l</strong> ruido.<br />
A partir <strong>de</strong> <strong>los</strong> resultados obt<strong>en</strong>idos, se podrá <strong>de</strong>sarrollar a<strong>de</strong>cuadam<strong>en</strong>te el sistema<br />
<strong>de</strong> medida <strong>de</strong> pulsos <strong>de</strong> DP.<br />
6.2.3. Experim<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong><br />
Los <strong>en</strong>sayos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong>, que son bastante comunes <strong>en</strong> la bibliografía<br />
consultada, proporcionan una base a<strong>de</strong>cuada para la comparación <strong>de</strong> <strong>los</strong> resultados.<br />
Los experim<strong>en</strong>tos se realizarán sobre pares tr<strong>en</strong>zados <strong>de</strong> hi<strong>los</strong> esmaltados <strong>de</strong> material<br />
comercial, tanto conv<strong>en</strong>cionales, como resist<strong>en</strong>tes a <strong>de</strong>scargas parciales. Las probetas<br />
para el experim<strong>en</strong>to se prepararán <strong>de</strong> acuerdo a la norma EN 60851-5:1996 [36].<br />
A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> registrar el tiempo <strong>de</strong> vida <strong>de</strong> cada muestra, se hará un registro periódico<br />
<strong>de</strong> la forma <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga parcial. Con esto, se pret<strong>en</strong><strong>de</strong> analizar la correlación<br />
<strong>en</strong>tre el grado <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> aislante y <strong>los</strong> parámetros que caracterizan la<br />
<strong>de</strong>scarga parcial, según el criterio obt<strong>en</strong>ido anteriorm<strong>en</strong>te.<br />
Así mismo, se medirán parámetros eléctricos que caracterizan al dieléctrico, como<br />
son la permitividad relativa <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico, ɛ, y la rigi<strong>de</strong>z dieléctrica.
6. Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis 32<br />
Estos <strong>en</strong>sayos se realizarán a difer<strong>en</strong>tes frecu<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación y variando el<br />
tiempo <strong>de</strong> subida <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos.<br />
6.3. Análisis <strong>de</strong> datos<br />
A partir <strong>de</strong> <strong>los</strong> resultados obt<strong>en</strong>idos <strong>en</strong> la fase experim<strong>en</strong>tal se llevará a cabo un<br />
análisis <strong>de</strong> <strong>los</strong> datos para <strong>de</strong>terminar <strong>los</strong> mecanismos <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong>de</strong> <strong>los</strong> materiales<br />
estudiados. Para ello, se emplearán mo<strong><strong>de</strong>l</strong>os estadísticos, como la distribución <strong>de</strong><br />
Weibull, y técnicas matemáticas, como las ondículas, que, según refleja la bibliografía<br />
[28], [30], están t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do un gran auge <strong>en</strong> <strong>los</strong> últimos años para el análisis <strong>de</strong> este tipo<br />
<strong>de</strong> f<strong>en</strong>óm<strong>en</strong>os.<br />
6.4. Medios disponibles<br />
Para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> esta tesis se dispone <strong>de</strong> la instrum<strong>en</strong>tación <strong><strong>de</strong>l</strong> Laboratorio <strong>de</strong><br />
Alta T<strong>en</strong>sión, incluy<strong>en</strong>do:<br />
Medidor <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales LDS-6<br />
Control <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión LD5<br />
Osci<strong>los</strong>copio Lecroy WavePro DSO<br />
Electrodo <strong>de</strong> <strong>en</strong>trehierro ajustable que permite g<strong>en</strong>erar <strong>de</strong>scargas parciales <strong>en</strong><br />
una muestra.<br />
6.5. Cronograma<br />
En la sigui<strong>en</strong>te tabla se muestra la planificación <strong>de</strong> activida<strong>de</strong>s para la tesis,<br />
especificada <strong>en</strong> trimestres:
6. Planteami<strong>en</strong>to y fases <strong>de</strong> la tesis 33<br />
Activ. Mar05 Jun05 Sep05 Dic05 Mar06 Jun06 Sep06 Dic06 Mar07 Jun07<br />
6.1 x x x x x x x x x x<br />
6.2 x x x x x x x x<br />
6.2.1 x x<br />
6.2.2 x x x<br />
6.2.3 x x x x x x<br />
6.3 x x x x x x<br />
Resultados x x x x
Índice <strong>de</strong> figuras<br />
2.1. Esquema <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> una ranura <strong>de</strong> estator [2]. . . . . . . . . . . 7<br />
3.1. T<strong>en</strong>siónes fase-neutro y fase-fase a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor [4]. . . . . . . . 10<br />
3.2. T<strong>en</strong>sión fase-fase (a) a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> inversor, (b) <strong>en</strong> <strong>los</strong> terminales <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
motor [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11<br />
3.3. T<strong>en</strong>sión pico-pico (pu) vs. longitud <strong><strong>de</strong>l</strong> cable y tiempo <strong>de</strong> subida [8]. . . 12<br />
3.4. T<strong>en</strong>sión fase-neutro [9]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12<br />
3.5. T<strong>en</strong>sión fase-neutro <strong>de</strong> dos vueltas adyac<strong>en</strong>tes (V1 y V2) y t<strong>en</strong>sión <strong>en</strong>tre<br />
vueltas (V1-V2) [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
4.1. Distorsión <strong><strong>de</strong>l</strong> campo eléctrico <strong>en</strong>tre dos electrodos planos parale<strong>los</strong><br />
<strong>de</strong>bido a (a) inyección <strong>de</strong> homocarga y (b) inyección <strong>de</strong> heterocarga<br />
[15]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
4.2. Curva <strong>de</strong> Pasch<strong>en</strong>: T<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> ruptura <strong>de</strong> una cavidad ll<strong>en</strong>a <strong>de</strong> aire [17]. 17<br />
4.3. Descargas superficiales, <strong>en</strong> agua y <strong>en</strong> aceite <strong>en</strong> el extremo <strong>de</strong> una lámina<br />
metálica [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
4.4. T<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> aparición <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas parciales <strong>en</strong> función <strong><strong>de</strong>l</strong> radio <strong>de</strong> la<br />
punta metálica [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19<br />
4.5. Esquemas <strong>de</strong> circuitos <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> DP . . . . . . . . . . . . . . . . . 20<br />
5.1. Resultados experim<strong>en</strong>tales <strong>de</strong> la ley <strong>de</strong> <strong><strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> aislami<strong>en</strong>to<br />
<strong>en</strong>tre vueltas <strong>de</strong> un motor [19]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
34
ÍNDICE DE FIGURAS 35<br />
5.2. Efecto <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> <strong>los</strong> pulsos <strong>en</strong> el tiempo y número <strong>de</strong> pulsos<br />
hasta la ruptura <strong><strong>de</strong>l</strong> dieléctrico (se repres<strong>en</strong>ta el cuantil 63 % <strong>de</strong> una<br />
distribución <strong>de</strong> Weibull con el 95 % <strong>de</strong> confianza) [20]. . . . . . . . . . . 24<br />
5.3. Tiempo <strong>de</strong> fallo <strong>en</strong> función <strong>de</strong> la frecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación, a 4 y 5 KV<br />
y temperatura ambi<strong>en</strong>te [24]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
5.4. Efecto <strong>de</strong> la temperatura <strong>en</strong> la capacitancia y el PDIV [20]. . . . . . . . 26<br />
5.5. Parámetros principales <strong><strong>de</strong>l</strong> pulso <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga parcial [29]. . . . . . . . . 27<br />
6.1. Bobina <strong>de</strong> Rogowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
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