GESTION DE MANTENIMIENTO ELÉCTRICO AVANCE DEL PROYECTO DETECCIÓN DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEO ”
“
Especialidad: Electrotecnia Industrial Sección: C14-6-B-A
Integrantes: ESPINOZA ASCÁRATE, Williams Adderly PORTAL VIVANCO, Jhan Elvis NUÑEZ MIRANDA, Raul VELEZ DE VILLA VELARDE, Gustavo ORTIZ MAYTA, Jhan Pierre
Fecha de entrega: 9 de mayo
Profesor: ZURITA ARMAS, Ricardo
2012 – I 1
ÍNDICE 1.- FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO .................... .................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ................ ... 3 2.- IMPORTANCIA EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE FALLAS EN UN CABLE SUBTERRANEO ................................ ................................3 3.- COMPROBACION DE UN CABLE SUBTERRANEO SUB TERRANEO CUANDO TIENE UNA FALLA ...................... ..................................... ............................. ..................... .......4 4.- EVOLUCION DE LOS EQUIPOS PARA P ARA LA DETECCION DE TECCION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS................................... SUBTERRANEOS...................................4 4.1.- USO DEL MEGOHMETRO PARA DETECTAR UNA CONDICION DE FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO ............4 4.2.- GENERADOR DE IMPULSOS EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............5 4.3.- USO DEL TDR PARA DETECTAR FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS ...................................... .................................................... .......................... ............5 5.- TECNICAS UTILIZADAS PARA LA DETECCION / LOCALIZACION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS .................. ..................6 5.1.- REFLECTOMETRIA CONVENCIONAL EN LA DETECION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS ........................ ........................6 5.2.- REFLECTOMETRIA DE IMPULSO, EN EL PROCESO DE DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................. ...6 5.3.- REFLECTOMETRIA EN LA DETECCION DE FALLA EN UN EMPALME E MPALME DE UN CABLE SUBTERRANEO ................... ...................7 5.4.- REFLECTOMETRIA DE ALTA ENERGIA EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA EN CABLE SUBTERRANEO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ..............8 5.5.- REFLEXCION DE ARCO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................ ..........8 5.6.- ENSAYOS DE DESCARGAS PARCIALES EN LA DETECION DE FALLAS INCIPIENTES EN CABLES SUBTERRANEOS 9 6.- TIPOS DE FALLA EN CABLES SUBTERRANEOS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...................... ........10 6.1.- FALLA INTERMITENTE EN UN CABLE SUBTERRANEO, Y COMO SE LOCALIZA ....................................... ................................................. ..........10 6.2.- FALLA DE ALTA RESISTENCIA, Y COMO SE LOCALIZA ...................... .................................... ............................ ............................. ............................ ..................... ........10 6.3.- FALLA CON ELEVADO TIEMPO DE ENCENDIDO, Y COMO SE LOCALIZA ............................. ............................................ ............................ ...............11 6.4.- FALLA DE BAJA RESISTENCIA, Y COMO C OMO SE LOCALIZA .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ................. ...11 6.5.- FALLA DE FASE CORTADA, Y COMO SE LOCALIZA ....................................... ..................................................... ............................ ............................ ........................ ..........12 7.- PREGUNTAS FRECUENTES ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...................... ........13 7.1.- ¿COMO COMPROBARUN CABLESUBTERRANEO C ABLESUBTERRANEO ANTES DE PONERLO P ONERLO EN SERVICIO? ........................... ..................................... ..........13 7.3.- ¿EL USO DE CORRIENTE CONTINUA PUEDE PRODUCIR UNA FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO? .............. ..............13 7.4.- ¿COMO AFECTA ECONOMICAMENTE, LA DEGRADACION O FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO? ............... ...............14 7.5.- ¿EN UN CABLE SUBTERRANEO, QUE ES MAS RENTABLE, DETECTAR UNA FALLA O ANTICIPARSE A LA MISMA? ............................ ........................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...................... ........14
2
1.- FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO En términos generales, se denomina falla, a la condición física que ocasiona la avería en un cable, o que no permite que el mismo retenga o mantenga la tensión de servicio requerida. Existen muchos tipos de fallas, alta resistencia, baja resistencia, fase a fase, fase a tierra y así sucesivamente. Una falla también puede verse como una resistencia no lineal en paralelo con un espacio de chispa (spark gap o explosor). Se usan diferentes métodos para localizar y ubicar exactamente estos distintos tipos de fallas. Aún no se ha desarrollado nada que elimine la necesidad de ubicar la falla con exactitud mediante el uso de un generador de impulso. Generalmente las fallas se presentan en derivación, entre el conductor y la pantalla, pero cualquier otra combinación es posible. Si bien la falla en derivación es la que más comúnmente se presenta, la falla serie es también una de las posibilidades.
2.- IMPORTANCIA EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE FALLAS EN UN CABLE SUBTERRANEO Cuando se aplica una tensión continua a través t ravés de cualquier aislación, un nivel de corriente fluye (leak) hacia el interior, a través y alrededor de dicha aislación. La corriente de carga capacitiva, la corriente de absorción, la corriente de fuga y la corriente de polarización, están todas presentes en cierto grado. A los fines de la localización de fallas en cables, sólo se tendrá en cuenta la corriente de fuga que atraviesa la aislación. Para una estructura dada, tal como un cable blindado, se utiliza material aislante para limitar la fuga de corriente entre el conductor y tierra, t ierra, o entre dos conductores de diferente potencial. Siempre y cuando la corriente de fuga no exceda un límite de diseño específico, el cable es considerado bueno, y es capaz de entregar eficientemente energía eléctrica a una carga. En pocas palabras, la aislación del cable puede ser considerada buena cuando la corriente de fuga es despreciable, pero aún así, la aislación buena pierde alguna pequeña cantidad de corriente expresada en micro-amperes. Los ensayos de aislación, se realizan con una base de "pasa / no pasa", según el nivel de fuga o ruptura detectado. La tensión es aumentada en el cable ensayado, hasta el máximo requerido, manteniéndolo allí por un período de tiempo aconsejado por normativas. Si la aislación puede soportar esta tensión de prueba, es considerada buena. El parámetro real que se está ensayando, es la resistencia de la aislación. Este ensayo debe realizarse inicialmente para ayudar a establecer si el cable es realmente apto o no, y luego para determinar la condición de la falla, corto, abierto o de alta resistencia. Toda aislación se deteriora en forma natural con el tiempo, aún cuando no están presentes condiciones ambientales inusuales y no existan daños físicos. Muchas sustancias tales como agua, aceite y químicos pueden contaminar y acortar la vida útil de la aislación, y causar serios problemas. Cuando en un punto determinado en un cable, se ha deteriorado la aislación a un grado tal que ocurre una elevación de corriente a tierra, el cable se denomina cable fallado, y la posición de ruptura, generalmente se denomina falla de cable. 3
3.- COMPROBACION DE UN CABLE SUBTERRANEO CUANDO TIENE UNA FALLA Mediante la realización de un ENSAYOS DE TENSION RESISTIDA (WITHSTAND TESTS - IEEE 400-2001 Pto5.4.1). O sea aquellos ensayos que pueden ser realizados tanto en CC -VLF y/o CA 50Hz, y cuyos resultados deberán ser del tipo ruptura o no ruptura, excluyendo consideraciones de carácter predictivo, y categorizados como "Ensayos de tipo Destructivo", significando esto, que por la ejecución del propio ensayo, la muestra puede ser perforada, obligando a su reparación y re-prueba (repetición del ensayo) antes de la puesta en servicio.
4.- EVOLUCION DELOS EQUIPOS PARA LA DETECCION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS La localización de fallas en cables de energía subterráneos ha desafiado a los fabricantes de artículos y equipos de electricidad desde que los cables se han colocado bajo tierra. Haciendo frente al desafío, tanto los usuarios como los fabricantes de equipos para ensayos, han inventado y desarrollado una variada gama de ingeniosos sistemas y métodos de detección de fallas. Muchas técnicas anteriores han sobrevivido por más de 50 años para ayudar a los técnicos a localizar las fallas en forma confiable. La búsqueda de equipos y métodos nuevos, han ido mejorando en forma continua con la aplicación de los avances tecnológicos al tema de la localización de fallas subterráneas. Por su propia naturaleza, algunos procedimientos clásicos de testeo de cables y localización de fallas, quizás tengan efecto negativo sobre cierto tipo de cables con dieléctricos sólidos al exponerlos con altas tensiones. Se están llevando a cabo muchas investigaciones y estudios sobre este tema. Al no tener disponibles sustitutos totalmente indestructibles en forma inmediata, los fabricantes están esforzándose por minimizar los efectos destructivos de los métodos de altas tensiones, para desarrollar técnicas de reemplazo nuevas y seguras. La localización de fallas es una parte esencial del mantenimiento de cables. Sin los métodos modernos de detección, les sería imposible a los distribuidores de energía ofrecer un servicio confiable a la industria y al público en general. Por esta razón, este tema merece atención, apoyo y difusión.
4.1.- USO DEL MEGOHMETRO PARA DETECTAR UNA CONDICION DE FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO Para estas pruebas, en cables de media tensión, se debe siempre utilizar un probador de aislación, con una tensión disponible de acuerdo a normativas vigentes. 4
Para estos ensayos, no estará permitido el uso de megóhmetros electrónicos, electrónicos, dado que estos instrumentos poseen una muy baja corriente de aporte, insuficientes para mantener una estabilidad de su tensión de salida, ante las grandes cargas capacitivas que ofrecen ofrecen las líneas extensas de cables, y ante las posibles altas corrientes de fugas.
4.2.- GENERADOR DE IMPULSOS EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO En los últimos años, los generadores de impulso o "thumpers" han creado una importante controversia porque es probable que sean destructivos para los cables aislados XLPE. La investigación indica que la alta tensión de ensayo (CC) usada indiscriminadamente en los cables del tipo XLPE puede ser dañina. Esto no es cierto con los cables PILC donde se necesita una tensión típicamente más elevada y más energía para localizar fallas sin dañar el cable. Simplemente este equipo no es mucho más que una fuente de energía que carga un capacitor, y una llave que descarga en el cable bajo ensayo, la energía almacenada en nuestro capacitor. El empleo del generador de impulso necesita el aislado del cable bajo ensayo, siguiendo todas las normas de seguridad y conectando el equipo como corresponde. Cuando se hace un disparo, la ruta del cable se camina tratando t ratando de escuchar la descarga. Dependiendo de la energía disponible del generador, la tensión, sonidos de fondo, el tipo de falla y la profundidad del cable, esto podría llevar mucho tiempo. Durante todo este tiempo el cable es impactado con una elevación de alta tensión, y con una corriente instantánea en el orden de los miles de amperes. Los generadores de impulso, por lo menos en el caso de los cables XLPE, pueden caer en la categoría de testeo destructivo. Si bien no destruyen la muestra completa, los períodos largos de elevación de alta tensión pueden contribuir al daño acelerado por defectos relacionados con el servicio y pueden conducir a la falla prematura. La elevación también puede acelerar problemas menores o el arbolado hacia una falla pero todavía tiene ventajas si la elevación de alta tensión y los períodos de pruebas son reducidos.
4.3.- USO DEL TDR PARA DETECTAR FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS Las fallas de baja resistencia resistencia entre el conductor y tierra, o las fallas entre conductores son mostradas como reflexiones descendentes descendentes en la pantalla. Los cortes presentan una muy alta resistencia de falla, y por lo tanto son mostrados como reflexiones ascendentes. ascendentes. Los TDR pueden localizar muchos puntos de referencia, tales como empalmes, uniones o derivaciones. El TDR ayuda a determinar la localización de fallas relativas a otros puntos de referencia en el cable. Esto es especialmente cierto en los circuitos complejos. Las trazas de circuitos complejos son necesariamente 5
también muy complejas y difíciles de interpretar. Para darle sentido a estas trazas complejas, es extremadamente útil confirmar la posición de los puntos de referencia relativos con respecto a las fallas observadas.
5.- TECNICAS UTILIZADAS PARA LA DETECCION / LOCALIZACION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS 5.1.- REFLECTOMETRIA CONVENCIONAL EN LA DETECION DE FALLAS EN CABLES SUBTERRANEOS Una precisa reflectometría, efectuada con registros digitales, sobre cada fase asociada, mediante la inyección de señales de baja tensión (14 V) y alta frecuencia (10 khz), asegura la obtención del mapa de discontinuidades y cambios de impedancias a lo largo del cable subterráneo subterráneo ensayado, y sus potenciales zonas de fallas. La reflectometría convencional solo permite distinguir perfectamente, aquellas fallas del tipo "corto circuito" (impedancia cero de falla), y las del tipo "circuito abierto" (impedancia infinita). Un reporte con descripción de anomalías o discrepancias atribuidas a radios de curvaturas, empalmes, cambios de secciones y todo t odo otro tipo de imperfecciones imperfecciones detectadas, permiten realizar un seguimiento al sistema. Además, un reporte de discrepancias comparativas entre distintas fases de una misma terna subterránea, permite detectar fallas o irregularidades en forma eficiente.
5.2.- REFLECTOMETRIA DE IMPULSO, EN EL PROCESO DE DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO Este es un método alternativo de radar de alta tensión, que requiere del uso de un acoplador de corriente, con un generador de impulso y un analizador. En la pantalla no aparecerá ningún gráfico antes que la alta tensión descomponga la falla. El analizador espera capturar una traza, que aparecerá en pantalla, sólo después que el generador de impulsos logre crear un arco en la falla. Después que el analizador capture la traza transitoria, la distancia a la falla quedará fijada por el intervalo existente entre un par de cursores, ubicados entre picos subsiguientes del tren de pulsos reflejados. Los cursores pueden posicionarse con más precisión, cuando se utiliza un control de Zoom. 6
Usando este método, no se pueden ver puntos de referencia del cable, tales como empalmes, transformadores o uniones (taps). A diferencia de la reflexión de Arco, el método de Reflexión de Impulsos también se aplica cuando las fallas están sumergidas en agua o aceite. Además, cuando el cable es muy largo, la reflexión de impulso puede producir una respuesta, cuando la reflexión de arco no podría. Con el método de reflexión de impulso, la elevación de corriente transmitida por el generador de impulsos, hace que se produzca un arco en la falla. Algo de la energía se refleja desde la falla, y es devuelta hacia el generador de impulsos, donde será reflejada nuevamente por el capacitor. Esta reflexión nuevamente llega a la falla, donde nuevamente es reflejada de regreso hacia el generador de impulsos. Este proceso continúa hasta que la energía del pulso eventualmente se disipa. Un acoplador de energía percibe las elevaciones elevaciones de corriente, y la muestra mediante una traza particular en la pantalla del analizador. Cuando se ajustan los dos cursores entre dos picos sucesivos de la traza, el analizador mide el diferencial de tiempo, y calcula la distancia a la falla empleando la misma velocidad que el TDR.
5.3.- REFLECTOMETRIA EN LA DETECCION DE FALLA EN UN EMPALME DE UN CABLE SUBTERRANEO Mas allá de la calidad de confección de un empalme que formará parte de un cable de energía, la gráfica reflectométrica reflectométrica del mismo, dependerá en mayor medida de factores tales como su ubicación (lejanía o cercanía con respecto al lugar de medición), la cantidad total de empalmes existentes en el tendido, y a la existencia o no de otros empalmes ubicado en forma previa al analizado (ubicados entre el reflectómetro y el empalme en cuestión). Entre otros aspectos, la gráfica reflectométrica de un empalme, dependerá de: 1º - LOS PRINCIPIOS DE ATENUACION Y PERDIDAS DE POTENCIA QUE SUFRE UNA SEÑAL DE ALTA FRECUENCIA AL RECORRER UN CABLE DE ENERGIA 2º - EL FACTOR LONGITUD LONGITUD DEL CONDUCTOR 3º - EL FACTOR DE UBICACION O POSICION FISICA FISICA ALEATORIA DE UN EMPALME Un TDR identifica y posiciona temporalmente mediante una reflexión de su señal incidente, todo cambio de impedancia en un cable. Estos cambios de impedancias pueden ser atribuidos a una gran variedad de circunstancias, entre ellas daños en el cable, ingreso de humedad, cambios en tipo de cable, instalación inapropiada, radios de curvaturas extremos. Las reflexiones de los pulsos incidente enviados al cable por el TDR, se producen ante cada cambio de impedancia que estos pulsos encuentren a lo largo del cable. La naturaleza de estos cambios, son los que determinarán la amplitud (altura), y tipo, de esas reflexiones (positivas y/o negativas).
7
5.4.- REFLECTOMETRIA DE ALTA ENERGIA EN LA DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA EN CABLE SUBTERRANEO Para pre-localizar fallas insolubles por la reflectometría reflectometría convencional, se desarrolló la reflectometría de alta energía. Este método se basa fundamentalmente en la idea que una falla, ya sea de alta resistencia o intermitente, se puede transformar en una de baja resistencia, consiguiendo consiguiendo que se produzca un arco eléctrico en el lugar de la avería. Esto se consigue inyectando al cable un impulso de alta tensión con la amplitud suficiente como para que se produzca una descarga disruptiva cuando este arribe al lugar de falla. El equipo encargado de proveer estos pulsos es conocido como generador de onda de choque. Estando el capacitor cargado, un acercamiento del electrodo móvil hace que la energía almacenada en el capacitor se descargue en la fase a ensayar, y el frente de onda viaje hacia la falla a la velocidad VF (velocidad de propagación del frente de onda del cable). Si la amplitud del impulso aplicado es m ayor que la tensión de cebado de la falla, cuando este llegue a la misma, hará que en ese punto se produzca un arco que reflejará una onda incidente hacia el generador, igual que en la reflectometría convencional. La onda reflejada al llegar al generador se encuentra con una gran desadaptación que produce la reflexión total del pulso, y lo inyecta nuevamente hacia la zona de falla. Allí se encontrará con una muy baja impedancia, ya que el arco que le dio origen aún sigue encendido, produciendo también una reflexión total. La distancia a la falla se obtiene a partir de la medición del tiempo entre las múltiples reflexiones que ocurren después de que se produjo el encendido del arco de falla.
5.5.- REFLEXCION DE ARCO
5.5.1.- REFLEXION DIFERENCIAL DE ARCO, EN EL PROCESO DE DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO
Aunque esencialmente es una extensión de la reflexión de arco, la reflexión diferencial es un tanto diferente, porque el analizador calcula una diferencia algebraica algebraica entre la traza del TDR convencional del cable bajo ensayo, y la traza del TDR de alta tensión, capturada cuando la falla es sometida a un arco. El analizador se programa para calcular y mostrar la diferencia algebraica entre las trazas de baja y alta tensión. Si las trazas son idénticas hasta la ubicación de la falla, resultará una línea chata en la pantalla de reflexión de arco diferencial y la primera reflexión mostrada es siempre la falla. 5.5.2.- REFLEXION DE ARCO EN EL PROCESO DE DETECCION / LOCALIZACION DE UNA FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO?
8
La reflexión de arco es un método m étodo alternativo de operación del reflectómetro reflectómetro de alta energía, empleado para localizar fallas de resistencia demasiado elevadas como para ser vistas utilizando un TDR convencional. La reflexión de arco requiere del uso de un filtro, llamado Filtro de Reflexión de Arco, y de un generador de impulso. El filtro protege al analizador, de la alta tensión producida por el generador de impulsos, y permite acoplar los pulsos del TDR por el cable. Para localizar una falla de baja resistencia, utilizando el método de reflexión de arco, simplemente se enciende el analizador, y se ajusta sus controles como para una reflectometría convencional. convencional. O sea que se ajusta la velocidad, rango, y ganancia según se requiera. Si la falla es realmente de alta resistencia (mayor de 200 Ohms), en la traza no será visible una reflexión descendente antes que el generador de impulso envíe un frente de señal por el cable. Para hacer que aparezca un gráfico descendente, primero es necesario que el generador de impulso genere un arco a través de la falla, y luego lo capture. Si al comparar ambas graficas (TDR convencional convencional / alta energía), se observara una reflexión en sentido descendente, simplemente se deberá ajustar el cursor y leer la distancia a la falla. La reflexión diferencial de arco, es esencialmente una extensión de la reflexión de arco básica. Aquí el analizador calcula una diferencia algebraica entre la traza del TDR convencional del cable bajo ensayo, y la traza del TDR en alta tensión, capturada cuando la falla es sometida a un arco. El analizador se programa para calcular y mostrar la diferencia algebraica entre las trazas de baja y alta tensión. Si las trazas son idénticas hasta la ubicación de la falla, resultará una línea horizontal en la pantalla, y la primera reflexión mostrada será siempre la falla.
5.6.- ENSAYOS DE DESCARGAS PARCIALES EN LA DETECION DE FALLAS INCIPIENTES EN CABLES SUBTERRANEOS Los ensayos de descargas parciales, de acuerdo al tipo y condición del cable a probar, con discriminación de niveles de producción de DP en toda su longitud, y con especial énfasis en el estado dieléctrico dieléctrico de cada empalme, es el único medio efectivo para detectar y localizar fallas incipientes en cables subterráneos. Las mediciones según IEEE400-3/2006 e IEEE400/2001 (ENSAYOS DE DIAGNOSTICO), fijan los conceptos a seguir. Un ensayo de descargas parciales deberá incluir entre otros: Medición global de descargas parciales con registros digitales, sobre cada fase asociada, mediante aplicación de tensión VLF 0,1 Hz.
9
Captura de registro e interpretación de las señales obtenidas durante un intervalo mínimo de 15 a 30 minutos. Obtención del mapa de distribución de descargas a lo largo del cable ensayado (gráfico metro versus pico-coulombs), con discriminación en metros del nivel de emisión (empalmes/cable). Emisión de protocolo completo de diagnóstico, con alcance de estado y recomendaciones. recomendaciones.
6.- TIPOS DE FALLA EN CABLES SUBTERRANEOS 6.1.- FALLA INTERMITENTE EN UN CABLE SUBTERRANEO, Y COMO SE LOCALIZA Si el cable a ensayar presenta una falla intermitente, valen las consideraciones consideraciones vertidas para las de alta resistencias, pero dadas las características que tienen este tipo de averías, es posible aplicar un método en el que la medición m edición no se vea afectada por el tiempo de encendido o ionización. Se debe contar con un generador de onda de choque en el que sea posible cortocircuitar los electrodos de salida. Así predispuesta la onda de choque, la tensión aplicada al capacitor queda también aplicada al cable a ensayar. Cuando se produzca el cebado de la falla, se generará allí un impulso que viaje hacia el generador, produciéndose produciéndose así las típicas múltiples reflexiones. Aquí el pulso proveniente de la falla es quién dispara al reflectómetro de alta energía, es decir que mientras no se haya cebado el arco en la falla, no hay registro en el reflectómetro, reflectómetro, independizándolo de esta manera del tiempo de encendido. Cuando se envía un pulso con el generador de onda de choque, es ese mismo pulso quién dispara el instrumento y comienza a grabar, quedando por lo tanto, involucrado dentro del registro registro el tiempo de encendido de la falla. Este artificio en una falla de alta resistencia no puede ser utilizado, ya que el cable, al ser sometido a tensión continua, toma corriente del generador, no produciéndose produciéndose descarga en la falla.
6.2.- FALLA DE ALTA RESISTENCIA, Y COMO SE LOCALIZA Cuando el cable a ensayar presenta una falla de este tipo, a diferencia de las fallas de baja resistencia, éstas se caracterizan por tener tiempos de encendido importantes. El coeficiente de reflexión de corriente obedece a la siguiente ecuación: rif = (Ze - Zo ) + (Ze + Zo ) siendo: Ze : impedancia equivalente de falla, y Zo: impedancia característica del cable. 10
La impedancia que "ve" el pulso en el punto de la falla es el paralelo entre la propia impedancia de falla (Zf) y la impedancia característica (Zo). Si Zf >> Zo será: Ze @ Zo Reemplazando se ve claramente que en estos casos el coeficiente de reflexión es prácticamente cero, lo que implica una muy pobre reflexión en la falla. P ero, una vez producido el encendido de la falla será: rif = +1 ; rig = +1 La respuesta teórica de este tipo de falla es la que muestra la figura en la que se ve la influencia notable del tiempo de encendido. Disminuyendo la tensión de impulso aplicada, puede ocurrir que no se produzca el encendido, coincidiendo la medida con la longitud total del cable.
6.3.- FALLA CON ELEVADO TIEMPO DE ENCENDIDO, Y COMO SE LOCALIZA La observación de la indicación del kilovoltímetro del generador de impulsos, muestra claramente si se ha producido o no el cebado del arco en la falla. La caída de la aguja del kilovoltímetro a valores muy próximos a cero, indica que toda la energía almacenada en el capacitor interno, se ha disipado en la falla. El observar esto, es garantía, en la mayoría de los casos, para obtener un reflectograma con las características de múltiples reflexiones. Cuando la indicación en el kilovoltímetro solo cae algunos kv respecto de la indicación máxima, el reflectograma que se obtendrá, será el correspondiente correspondiente al largo total del cable. Puede ocurrir que la indicación del kilovoltímetro nos asegure que se ha producido el encendido de la falla, y sin embargo el reflectograma obtenido sólo contenga información del final del cable. En estos casos, dado el elevado tiempo de cebado de la falla, es conveniente aumentar el alcance hasta visualizar el encendido de la misma. Si el alcance es el adecuado, y aún así no se obtiene un reflectograma con las múltiples reflexiones que caracterizan a la reflectometría de alta energía, se está ante una falla de muy alto tiempo de encendido. Esta aparente contradicción entre el reflectograma obtenido y la indicación del kilovoltímetro, no es tal, lo que ocurre es que se está en presencia de una falla de muy elevado tiempo de encendido, no siendo por lo tanto, t anto, el fenómeno que queremos registrar. Cabe recordar que la obtención de un reflectograma reflectograma se consigue digitalizando el transitorio que se produce cuando se ceba una falla, pudiendo así almacenar la información en una de las memorias del equipo para su posterior análisis.
6.4.- FALLA DE BAJA RESISTENCIA, Y COMO SE LOCALIZA
11
En este tipo de fallas, generalmente los tiempos de encendido son pequeños, y no son necesarias grandes amplitudes de tensión en el punto inyectado para conseguir una buena descarga en la falla. La respuesta obtenida, se asemeja mucho a una falla con R2 = 0 Ohm. Si se trata de un cortocircuito franco el coeficiente de reflexión de corriente en la falla es: Ri @ +1, Ya que allí el pulso inyectado se encuentra con discontinuidad (impedancia (impedancia de falla) de muy bajo valor:Zi ® 0 El generador presenta siempre las mismas características, características, impedancia capacitiva (muy baja para el frente de onda); que hace que allí el coeficiente de reflexión sea positivo y unitario: rig = + 1 De esta manera, se ve que en este caso cada pulso que arribe a la falla es reflejado hacia el generador con igual amplitud y polaridad ocurriendo lo mismo cuando un pulso llega al generador, siendo ahora reflejado hacia el cable. Al ensayar el cable averiado con tensión continua, se observa que el kilovoltímetro se mantiene en cero o muy próximo a cero, y el miliamperímetro indica una elevada corriente de pérdida. Esto puede inducir a pensar que el problema podría resolverse aplicando reflectometría convencional, pero es muy común en cables de media m edia tensión que el valor de resistencia de falla no sea tan bajo como para poder aplicar con éxito este tipo de reflectometría. reflectometría. Por lo expuesto, cuando se mide por reflectometría de alta energía, y se utiliza un generador de onda de choque, siempre debe medirse entre el pulso producido en la falla, y la primera reflexión, de no tener en cuenta esto, los errores en que se incurre pueden ser muy grandes.
6.5.- FALLA DE FASE CORTADA, Y COMO SE LOCALIZA Es común que en este tipo t ipo de averías no se produzcan descargas en la falla cuando el cable es excitado por el pulso de alta tensión. Tal situación hace que el cable se cargue, de continuar descargando el generador de onda de choque en el cable, sin que se produzcan descargas en la falla, este puede cargarse con valores de tensión que pueden perjudicar el equipamiento equipamiento utilizado, por lo tanto t anto es indispensable efectuar primero un ensayo de aislación para verificar cual es la tensión de ruptura (descarga), y la misma se ubica dentro del alcance de nuestro generador de impulsos. Se deberá desconectar el generador, y descargar la fase ensayada después de cada pulso de alta tensión aplicado que no haya producido descarga en la falla. Para comprender mejor la respuesta respuesta de este tipo de falla, es conveniente recordar que el coeficiente de reflexión de corriente en el lugar de falla vale: r1 = -1, ya que allí el pulso inyectado se encuentra con discontinuidad (impedancia de falla), de muy alto valor: Z1 ® ¥. Por el contrario, en el generador, el coeficiente de reflexión de corriente vale: rig = + 1, ya que en este punto el frente de onda se encuentra con una discontinuidad (impedancia del generador) capacitiva, que para el frente de onda es: Zg ® 0. El coeficiente de reflexión de corriente se define como el cociente entre la corriente reflejada y la incidente: ri = Ir / Ii, de donde: Ir = ri . Ii. Por lo tanto, 12
reemplazando se ve claramente que cada pulso que arribe al punto de falla, será reflejado hacia el generador con igual amplitud y distinta polaridad. Por lo contrario, haciendo el mismo razonamiento, cada pulso que llegue al generador, será reflejado hacia el cable con la misma amplitud y polaridad.
7.- PREGUNTAS FRECUENTES 7.1.- ¿COMO COMPROBARUN CABLESUBTERRANEO ANTES DE PONERLO EN SERVICIO? Se debe realizar un ensayo de aceptación (acceptance test), después de que el cable ha sido instalado, incluyendo sus empalmes y terminales, pero antes de que sea puesto en servicio por primera vez. El objetivo de este ensayo es de exponer o descartar errores cometidos (fallas), o defectos surgidos durante su instalación. Para los cables unipolares o tripolares armados, con pantallas individuales por fase (campo radial), la tensión de prueba se aplicará sobre conductor y pantalla. Para cables no apantallados individualmente (campo no radial), el ensayo se realizará sobre cada conductor y los demás unidos entre sí, y a pantalla metálica común si la hubiera. El ensayo de los cables no deberá incluir otros elementos de la instalación (transformadores (transformadores de medición - equipos de maniobras, etc). Si los equipos de maniobras m aniobras no pueden ser desvinculados totalmente, los mismos deberán estar en condición de seccionamiento abierto, no involucrando este ensayo a otra parte de la instalación. Las tensiones de ensayos en VLF, según su tipo y forma de onda; y la duración de los mismos, se definen en la siguiente tabla: Las conclusiones del ensayo, están definidas en el propio alcance del concepto de ENSAYOS DE TENSION RESISTIDA: pasa / falla. Según IEEE VLF Std. (400.2-2004), el valor pico de la t ensión de prueba en VLF deberá ser de 2 a 3 Uo (tres veces la tensión fase a tierra, expresada en valor pico): IEEE recomienda que el tiempo de ensayo no varíe más allá de un intervalo de 15 a 60 minutos, sugiriendo como promedio los 30 minutos. m inutos.
7.3.- ¿EL USO DE CORRIENTE CONTINUA PUEDE PRODUCIR UNA FALLA EN UN CABLE SUBTERRANEO?
13
Considerando que los circuitos de cables, han sido previamente ensayados bajo tensión continua, amparados por la anterior edición de IEC-60840 (Pto. 13.1.2 – DC TESTING); IEC60502, y dado que las versiones actualizadas de dichas normativas, ya excluye a dicha prueba como método válido para fines del tipo tensión resistida (pasa / no pasa), atribuyendo esta exclusión a la peligrosa acumulación de cargas en el interior de la aislación principal, que sufren los materiales termo rígidos (XLPE), y que dichas cargas acumuladas permanecerán remanentes, remanentes, aún luego de finalizada la aplicación de la tensión de prueba (IEEE-400-2004), situación esta que se agravaría ante una repetición del mismo ensayo; se conviene, para no someter a la aislación a mayores esfuerzos y stress eléctrico, el realizar sobre cada una de las fases, un ensayo del tipo VLF (Very Low Frequency), con conclusiones conclusiones individuales y comparativas, entre fases de un mismo sistema de cables (ternas), o entre otros de similares características.
7.4.- ¿COMO AFECTA ECONOMICAMENTE, LA DEGRADACION O FALLA DE UN CABLE SUBTERRANEO? En la mayoría de las empresas distribuidoras de energía, la desregulación del mercado eléctrico, ha tenido un fuerte impacto en las estrategias de mantenimiento. Al mismo tiempo, la gran cantidad de antiguos cables, aún en servicio, influyen en la fiabilidad de la red de distribución. En consecuencia, los ensayos en campo son actualmente requeridos para evaluar la gravedad de la degradación, y para determinar cuales cables requieren de un inmediato reemplazo. Durante las pruebas de degradación, existen varios métodos posibles para energizar a un cable con tensión de ensayo. Los equipos de pruebas del tipo resonantes, de frecuencia fija (50/60Hz), concuerdan con las condiciones del servicio; pero dichos equipos son pesados y costosos. Existen otras soluciones, como los equipos de pruebas del tipo resonantes, a frecuencia variable, otros de ondas oscilantes amortiguadas, y los de excitación a muy m uy baja frecuencia (VLF). Estos últimos ofrecen soluciones más redituables.
7.5.- ¿EN UN CABLE SUBTERRANEO, QUE ES MAS RENTABLE, DETECTAR UNA FALLA O ANTICIPARSE A LA MISMA? Hoy en día ya no es suficiente detectar y reparar una falla imprevista; los nuevos criterios energéticos exigen disponer de la mayor cantidad de información anticipada sobre las posibles y futuras fallas que puedan afectar a un tendido. Estimar el grado de confiabilidad de un alimentador, forma parte de la valoración de activos de una empresa distribuidora, posibilitando así, determinar su real rentabilidad proyectada.
14
De la misma manera, un inspector de una empresa de energía que deba recepcionar recepcionar una partida de bobinas de cables, debe comprender en profundidad el alcance y la importancia particular de cada ensayo que presencie en un laboratorio de control de calidad. Las nuevas técnicas para el diagnostico de cables, permiten controlar desde la recepción del mismo, el tipo de falla a futuro que tendrá dicho cable, cuando se constituya como tendido subterráneo, y además, analizar metro a metro el estado de degradación ascendente o estable que sufra con el paso de tiempo.
15
