Detección de carga espacial acumulada en polietileno mediante la técnica del pulso electroacústico (PEA)

Abstract

Hoy en día parece difícil vivir sin el uso de sistemas eléctricos, utilizados por los usuarios bien de forma directa (electrodomésticos, herramientas, etc), o indirecta (transformadores de potencia, generadores, líneas eléctricas de transporte o distribución, etc). Para un correcto funcionamiento de cualquier dispositivo eléctrico es necesario un sistema de aislamiento adecuado. Los sistemas de aislamiento proporcionan seguridad a los usuarios y viabilidad a los dispositivos eléctricos. La vida útil de un dispositivo eléctrico depende en buena medida de la vida útil de sus aislamientos. Los aislamientos eléctricos tienen la función de impedir el transporte de corriente eléctrica entre elementos sometidos a grandes diferencias de potencial; por ello deben soportar esfuerzos eléctricos durante su vida útil (por ejemplo un aislante de un cable de transporte en Alta Tensión). Estos esfuerzos provocan su degradación paulatina, pudiendo dar lugar a su ruptura anticipada. Por tanto es necesario investigar factores que degradan los aislamientos, y adquirir conocimientos a nivel científico mediante los cuales se puedan mejorar las cualidades de un material aislante, y favorecer y prolongar el uso del dispositivo eléctrico que protege. Un factor clave en la degradación de un aislamiento es la carga eléctrica espacial que puede aparecer en determinadas regiones de un aislante cuando éste soporta dichos esfuerzos eléctricos, es decir, tras su puesta en servicio. La aparición de carga espacial y su comportamiento posterior, supone un serio problema en el aislante que puede comprometer su capacidad de aislamiento, pues modifica el campo eléctrico al que está sometido, pudiendo dar lugar a la ruptura dieléctrica, descargas parciales, efecto corona, calentamientos y reacciones químicas que pueden propiciar nuevas apariciones de carga espacial. Entender la forma en que aparece, su influencia en las propiedades eléctricas del material y su comportamiento, es objetivo del presente proyecto. Para comprender la aparición y el comportamiento de la carga espacial es necesario medir y detectar esta propiedad en materiales aislantes, para que pueda ser representada y estudiada. Para medir la carga espacial en los aislantes existen muchas técnicas, que han surgido a lo largo de las tres últimas décadas. En este trabajo se van a presentar las principales técnicas de medida de carga espacial, pero centrándose en la técnica del Pulso Electroacústico (“Pulse electro-acoustic”, PEA). Esta técnica de medida de carga espacial en aislantes se emplea en el presente trabajo para realizar diversos ensayos mediante el equipo de TechImp Systems S.r.l. del Laboratorio de Investigación y Ensayos en Alta Tensión (LINEALT) de la Universidad Carlos III de Madrid. Su principio de operación es simple y se basa en la interacción eléctrica y mecánica: la carga espacial acumulada en el aislante ejerce esfuerzos mecánicos si sobre ellas actúa un campo eléctrico pulsante; las ondas acústicas son captadas mediante un sensor piezoeléctrico y traducidas a señales de tensión con la información necesaria para construir un perfil de distribución de carga espacial. Además de establecer un protocolo adecuado de medidas con el equipo PEA de TechImp, en este trabajo se empleará esta herramienta para hacer ensayos sobre láminas de polietileno, en las que realizarán ensayos de medida de carga acumulada tras polarización, tensión umbral de aparición de carga espacial y envejecimiento de materiales. Por último se aplicará esta técnica para el análisis de láminas de polietileno previamente envejecidas por esfuerzos eléctricos derivados de la aparición de descargas parciales.