La medición de corriente de fuga evalúa el estado de un pararrayos de óxido metálico a partir de la pequeña corriente que circula por él a la tensión de servicio. Esa corriente es casi toda capacitiva; lo que delata el envejecimiento es su componente resistiva, que crece con la humedad y la degradación de los varistores. IEC 60099-5 describe los métodos: corriente total, componente resistiva, tercer armónico y pérdidas de potencia, y su interpretación se basa en tendencias y comparación entre fases.
Qué es la medición de corriente de fuga en pararrayos
Un pararrayos de óxido metálico (también llamado descargador de sobretensiones o DPS) es una columna de varistores de óxido de zinc dentro de una envolvente de porcelana o polimérica. A la tensión de servicio, el varistor casi no conduce: se comporta como un capacitor con una resistencia muy alta en paralelo. Por él circula una corriente de fuga permanente y pequeña, del orden de los miliamperios.
Esa corriente tiene dos componentes:
- Capacitiva, que es la mayor parte y depende de la geometría y de la capacitancia de la columna.
- Resistiva, que es una fracción pequeña de la total y está en fase con la tensión.
La prueba consiste en medir la corriente de fuga y, sobre todo, en separar su parte resistiva. Esa parte es la que cambia cuando el pararrayos se degrada. El funcionamiento del equipo está explicado en la guía del descargador de sobretensiones.
Qué mide y qué defecto detecta
Cuando los varistores envejecen o entra humedad por un sello defectuoso, la componente resistiva crece. Más corriente resistiva es más calor dentro de la columna; si el calor generado supera lo que la envolvente disipa, la temperatura sube, la corriente sube más y el pararrayos entra en avalancha térmica hasta fallar a tierra. Detectar esa tendencia a tiempo es el propósito de la prueba.
IEC 60099-5 (edición 3, 2018), la guía de selección y aplicación de pararrayos, reúne en su anexo D los indicadores de diagnóstico en servicio: indicadores de falla, contadores, medición de temperatura y medición de corriente de fuga. Para la corriente de fuga de pararrayos de óxido metálico sin explosores, los métodos se agrupan así:
| Método | Qué mide | Ventaja | Limitación |
|---|---|---|---|
| Corriente total | Valor eficaz o pico de toda la corriente | Simple; es lo que muestran muchos contadores | Poco sensible: la parte capacitiva domina |
| Componente resistiva | Corriente en fase con la tensión, con la tensión aplicada como referencia o compensando la parte capacitiva (con señal de tensión, sin ella o combinando las tres fases) | Sensible a la degradación | La mayoría de variantes necesita una señal de tensión |
| Tercer armónico | Armónico de corriente que genera la no linealidad del varistor | La variante básica no necesita referencia de tensión | El tercer armónico de la tensión de red produce un tercer armónico capacitivo; la variante con compensación lo corrige |
| Pérdidas de potencia | Vatios disipados, a partir de tensión y corriente | Valor directo de calentamiento | Necesita la señal de tensión; para comparar hay que normalizar tensión y temperatura |
Detecta: humedad interna, varistores envejecidos o dañados por sobretensiones y descargas que superaron su capacidad, y contaminación superficial severa. No detecta por sí sola problemas en la conexión de tierra del pararrayos: eso lo revisan la inspección y la prueba de resistencia de puesta a tierra.
A qué equipos y niveles aplica
| Nivel | Equipos | Fábrica | Puesta en servicio | Mantenimiento |
|---|---|---|---|---|
| BT | Protectores de sobretensión de baja tensión | Ensayos del fabricante | No se usa | Inspección y reemplazo; no se mide fuga |
| MT | Pararrayos de distribución y de celdas | Ensayos de rutina | Resistencia de aislamiento o pérdidas en vatios, fuera de servicio | Termografía; fuera de servicio cuando se retiran |
| AT | Pararrayos de subestación con base aislada y contador | Ensayos de rutina | Medición de referencia en servicio | Corriente resistiva en servicio, tendencia |
| EAT | Pararrayos de líneas y transformadores | Ensayos de rutina | Medición de referencia en servicio | Corriente resistiva, con frecuencia monitoreo en línea |
La medición en servicio de la componente resistiva tiene sentido en pararrayos de subestación de alta y extra alta tensión, que se instalan sobre base aislada con un contador o un punto de medida en la bajante. En media tensión, la mayoría de pararrayos se conectan directo a tierra sin base aislada; allí se usan termografía y pruebas fuera de servicio, y el criterio práctico suele ser reemplazar.
En fábrica, IEC 60099-4 (edición 3, 2014; IEEE C62.11 en el mercado norteamericano) define los ensayos de rutina, entre ellos la tensión de referencia, la tensión residual y las descargas parciales internas. Esos valores son la base de comparación para las mediciones de campo.
Dónde no aplica: los pararrayos antiguos de carburo de silicio con explosores tienen otro principio de funcionamiento y los métodos para óxido metálico no se interpretan igual. Tampoco aplica a los descargadores de baja tensión de tableros.
Norma y criterios
IEC 60099-5 describe los métodos y sus limitaciones, pero no fija un límite universal de corriente resistiva. La interpretación se apoya en tres comparaciones:
- Con el fabricante: valores o curvas de referencia de corriente resistiva o de pérdidas en función de la tensión y la temperatura, que IEC 60099-5 recomienda pedir para convertir cada medición a condiciones normalizadas.
- Entre fases: las tres unidades del mismo lote, en el mismo sitio y momento, deben dar valores parecidos.
- En el tiempo: la primera medición en la puesta en servicio es la línea base; un aumento sostenido es la señal de alarma.
Con el pararrayos fuera de servicio, las pérdidas en vatios a una tensión alterna moderada, muy por debajo de la asignada, se interpretan igual: contra unidades gemelas, contra la medición anterior y contra el fabricante. Aplicar tensiones cercanas a la asignada no mejora el diagnóstico y calienta la unidad.
Otras verificaciones del pararrayos
La corriente de fuga es el corazón del diagnóstico, pero un pararrayos de subestación tiene otras partes que también fallan y que se revisan en la misma intervención:
- Base aislante. En los pararrayos de alta y extra alta tensión, la columna se apoya sobre una base aislada para que toda la corriente baje por el contador o el punto de medida. Si la base se humedece, se ensucia o se fisura, parte de la corriente se va a tierra por fuera de la medición y los valores de fuga salen falsamente bajos. Su resistencia de aislamiento a tierra se verifica con una tensión continua baja, propia de ese aislamiento.
- Resistencia de aislamiento de cada unidad. Fuera de servicio, con el conductor de línea desconectado para no medir otros equipos en paralelo, cada unidad de la columna se mide por separado usando el borne de guarda contra la fuga superficial. Los valores deben ser parejos entre unidades y fases; una unidad claramente más baja que sus gemelas es sospechosa.
- Contador de descargas y monitor de fuga. El contador registra las operaciones del pararrayos y muchos incluyen un miliamperímetro de corriente total. Se verifica con un probador que el contador avanza y que el amperímetro marca de forma coherente. Un contador trabado esconde las descargas que sufrió el equipo.
- Inspección y termografía. Fisuras, contorneos, el dispositivo de alivio de presión activado o el desconectador de tierra operado indican una unidad que ya falló. Una unidad más caliente que sus gemelas tiene pérdidas anormales.
El funcionamiento del equipo, sus clases y su ubicación están en la guía del descargador de sobretensiones. Antes de cualquier prueba de tensión soportada en cables o celdas, los pararrayos se desconectan del circuito, porque conducirían a la tensión de prueba.
Qué puede falsear el resultado
- Temperatura. La corriente resistiva sube con la temperatura del varistor; una medición a pleno sol y otra de noche no se comparan sin normalizar.
- Tensión aplicada. La característica del varistor es muy no lineal: pequeñas variaciones de la tensión de la red cambian bastante la corriente resistiva.
- Armónicos de la red. Afectan sobre todo al método de tercer armónico sin compensación.
- Fuga superficial. Una envolvente sucia o mojada agrega corriente que no viene de los varistores.
- Acoplamiento entre fases. En disposiciones trifásicas, la capacitancia hacia las fases vecinas desplaza la referencia y puede inflar o reducir la componente resistiva calculada en las fases extremas.
- Base aislada deteriorada. Si la base fuga a tierra, parte de la corriente no pasa por el punto de medida.
Qué hacer si el resultado sale mal
Si una fase se aparta de las otras o la tendencia sube:
- Repita la medición en condiciones comparables y normalice por tensión y temperatura.
- Complemente con termografía: una unidad degradada suele estar más caliente que sus gemelas.
- Si es posible, retire la unidad y haga pruebas fuera de servicio (pérdidas en vatios o resistencia de aislamiento por secciones).
- Con el diagnóstico confirmado, programe el reemplazo. Revise también el estado del contador y de la bajante a la malla de puesta a tierra.
Pruebas de pararrayos con Tiza Group
Nuestro equipo mide la corriente de fuga total y resistiva, las pérdidas y el aislamiento de la base, y verifica los contadores de los pararrayos de subestaciones e industria, de media hasta extra alta tensión, y entrega la línea base y la tendencia comparada entre fases para que usted decida a tiempo. Vea el resto de pruebas en la guía de pruebas a equipos primarios, conozca nuestro servicio de pruebas y puesta en servicio o escríbanos para programarlas.
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Referencias
- IEC 60099-5:2018, Surge arresters – Part 5: Selection and application recommendations.
- IEC 60099-4:2014, Surge arresters – Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems.
- IEEE Std C62.11, Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuits (> 1 kV).
Preguntas frecuentes
¿Por qué el miliamperímetro del contador de descargas no basta para saber si el pararrayos está bien?
Porque mide la corriente total, que es casi toda capacitiva y cambia poco cuando el pararrayos empieza a degradarse. La señal temprana está en la componente resistiva, que es una fracción pequeña de la total y requiere un instrumento que la separe.
¿Cuál es el valor máximo de corriente resistiva aceptable?
No hay un límite universal. Depende del fabricante, del tipo de pararrayos, de la tensión aplicada y de la temperatura. Se interpreta con la curva o el valor de referencia del fabricante, la comparación entre las tres fases y la tendencia frente a mediciones anteriores.
¿Un pararrayos con corriente resistiva alta se puede reparar?
No. Los varistores degradados no se recuperan en campo. Si la tendencia se confirma con otras pruebas, el pararrayos se reemplaza, porque puede llegar a la avalancha térmica y fallar en servicio.