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.

Cuando se aplica una tensión continua a través 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, 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.

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.

Las técnicas aplicadas para la determinación de la ubicación de las fallas o averías en instalaciones eléctricas subterráneas, son tan remotas como las mismas instalaciones, originándose y evolucionando junto con la distribución de la energía eléctrica.

Por muchos años, la meta en el tema de la localización de fallas en cables, ha sido lograr un método de medición con el cual puedan ser resueltas todo tipo de fallas. Antiguamente hasta 1950 en los países desarrollados, y hasta 1960 en los países emergentes, la localización de fallas se efectuaba por los métodos clásicos, con ayuda de puentes de medida, transformadores de quemado o precarios equipos construidos para esas emergencias. La localización requería horas y a veces días, y en algunos casos no se lograba ningún resultado.

Actualmente, se han desarrollado instrumentos, equipos y métodos, al punto tal que la prueba de cables y la localización de fallas, constituya un campo de especialización, particularmente dentro de las empresas que explotan el servicio público de electricidad obteniéndose resultados satisfactorios.

La premisa fundamental es que, por sobre todas las cosas, el método utilizado para determinar la ubicación de la avería, no debiera producir nuevas fallas, o degradar la aislación de las instalaciones bajo ensayo. Este no fue un tema de gran preocupación cuando las instalaciones utilizaban exclusivamente cables con aislación de papel impregnado en aceite. Pero en los últimos años, con la aparición de cables con aislaciones secas (PE o XLPE), debieron extremarse los cuidados para no sobre exigir innecesariamente al cable, evitando deteriorar la aislación de los tramos buenos induciendo fallas prematuras.

Entre los tipos de fallas que pueden presentarse, las intermitentes y las de alta resistencias (que, por otra parte, son las más frecuentes), son todavía consideradas como de muy difícil localización, y algunas veces insolubles si no se recurre al quemado o acondicionado de la misma. Y este concepto, bastante generalizado, no se debe a la falta de recursos tecnológicos para resolverlas, sino más bien a las características del método utilizado (reflectometría de alta energía) que requiere un profundo análisis de los resultados, en comparación con la reflectometría convencional tan difundida, y de muy fácil interpretación.

La investigación permanente, y la introducción de la informática en la especialidad, han posibilitado proveer a la localización de métodos de medición que no exigen innecesariamente al cable bajo ensayo, además de agilizar notablemente la tarea y optimizar los métodos de interpretación. Por otra parte, la cantidad de productos disponibles en este mercado hace que siempre exista el equipamiento ideal para todo tipo de empresas (grandes, medianas y pequeñas) con distintas estructuras de red a un costo razonable.

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 de medición - equipos de maniobras, etc). Si los equipos de maniobras 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 tensión 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.

Los ensayos para detectar las fallas en la cubierta exterior de un cable, se incluyen dentro de los ensayos de aceptación (acceptance test).
Deberán realizarse después de que el cable ha sido instalado, incluyendo sus empalmes y terminales, pero antes de que sea puesto en servicio por primera vez. Se aclara estrictamente que para la ejecución de este ensayo, el tendido deberá estar completamente cubierto por la tierra o relleno del zanjeo.

El objetivo es exponer o descartar errores cometidos, o defectos / daños surgidos durante su instalación. Verificar la integridad de la cubierta exterior luego de su tendido.

Para ser efectiva esta prueba, la cubierta exterior debe tener un buen contacto con la tierra circundante, habiéndose reconstituido y compactado el terreno en forma definitiva.

Se recomienda realizar este ensayo inmediatamente después que el cable ha sido tendido.
Se aplicaran 5 kv CC entre pantalla electrostática y un electrodo exterior de tierra durante 1 minuto.
Considerar que se esta cumpliendo la relación de un gradiente máximo de 4 kv CC / mm de espesor de la cubierta.

Se deben realizar en forma rutinaria, ensayos de mantenimiento (Maintenance Test), o sea aquellos ensayos que se realizan durante la operatoria normal de cable, o vida útil del tendido, (servicio); y cuyo objeto es solo detectar un deterioro del sistema, o su confiabilidad inmediata para seguir en servicio, antes de que una falla se nos anticipe.

Las tensiones de ensayos en VLF, según su tipo y forma de onda; y la duración de los mismos, se definen en la IEE 400.

Las conclusiones del ensayo, están definidas en el propio alcance del concepto de ENSAYOS DE TENSION RESISTIDA: pasa / falla.

La tensión de prueba corresponde al 66% de la tensión de prueba de cables nuevos.

El valor pico de la tensión 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.

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.

Aplicando en forma rutinaria, los ensayos que se encuadra dentro de la serie normalizada de "Ensayos de Diagnóstico", (Condition Assesstment Testing), de naturaleza no destructiva, y cuya finalidad es la de determinar o medir las características de la aislación y su grado de deterioro actual.

Los ensayos de diagnóstico, más allá de la aplicación de una tensión de prueba, están orientados a la determinación de la condición de un cable y sus empalmes en particular y son los únicos considerados de carácter no destructivos.

Se debe tener en cuenta que ni siquiera los ENSAYOS DE MANTENIMIENTO (MAINTENANCE TEST), o sea aquellos que se realizan durante la operatoria normal de cable o vida útil del tendido, (servicio); y cuyo objeto es solo detectar un deterioro del sistema, o su confiabilidad inmediata para seguir en servicio, se encuadran dentro de los ENSAYOS DE DIAGNOSTICO.

El concepto de usar tensión reducida de VLF, es de fundamental importancia en estos casos, precisamente por que a 0,1 Hz, de tensión aplicada, el radio de crecimiento de las ramificaciones de descargas internas de un cable (tres), es de 10,9 a 12,6 mmh (milímetros por hora); lo cual es casi cinco veces mayor que a 50Hz.

Esta condición es mayor, si hablamos de frecuencias aún mas bajas, y del orden de los 0,01 Hz. Dicho de otro modo, ensayando un cable en VLF, un potencial o incipiente defecto, es forzado a la ruptura más rápidamente, lo cual tardíamente de todas formas hubiera ocurrido,
Según IEEE-400, las pruebas de descargas parciales y la tangente delta, están contempladas en los apartados FIELD TEST TIPO II, (ensayos de diagnóstico).

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 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.
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.

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 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 otro tipo de 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.

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, 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 individuales y comparativas, entre fases de un mismo sistema de cables (ternas), o entre otros de similares características.

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.

Para estos ensayos, no estará permitido el uso de megóhmetros 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 las líneas extensas de cables, y ante las posibles altas corrientes de fugas.

Mas allá de la calidad de confección de un empalme que formará parte de un cable de energía, la gráfica 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 DEL CONDUCTOR
3º - EL FACTOR DE UBICACION O POSICION 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).

Intentar determinar un criterio de aceptación y/o rechazo de un empalme, basado en la comparación de alturas, entre la imagen (señal) al final del cable, con respecto a la producida por cada uno de los empalmes, se tornaría inviable, ya que por los factores de atenuación / pérdidas, tanto la altura de la imagen (señal) de un empalme, como la altura de la imagen (señal) del final del cable, no podrán llegar a ser ni una constante del sistema, ni proporcionalmente "medibles o comparables".

Muy por el contrario, y basado en al teoría de transmisión / reflexión de ondas en el dominio del tiempo, ambas alturas de señales (empalmes/final de cable), dependerán en forma aleatoria, de la posición física de el, o de los empalmes a lo largo del cable.
Mientras más cercano del punto de medición se encuentre un empalme, mayor será la altura de su señal y mayor será también la altura de la señal producida por el final del cable.

Se ha demostrado que los dos parámetros de "referencia": altura de cada gráfica de empalme, y altura de la gráfica del final del cable, no son constantes, y no mantienen una proporcionalidad en función al factor atenuación, factores como la ubicación física, cantidad, y longitud del cable.

En la condiciones reales del sistema cable / empalmes / terminales, se pueden apreciar las atenuaciones en la señales de los empalmes (alturas no constantes), a medida que su ubicación física se aleja del punto de medición.

Debido a la atenuación, las reflexiones causadas por cada uno de los empalmes, igualmente espaciados, serán progresivamente más pequeñas, impidiendo su comparación por alturas.

Utilizando un TDR, una de las pocas reglas prácticas para inferir una anomalía, o poner una objeción sobre la confección y/o estado de un determinado empalme; ubicado en un tendido que posea a la vez múltiples empalmes, es la de observar que ningún empalme posterior (mas cercano al extremo opuesto de medición), posea una altura de gráfica mayor a sus inmediatos anteriores (mas cercano al extremo donde se ubica el reflectómetro); todo suponiendo una misma calidad de confección y tipo de empalme utilizado.

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 baja frecuencia (VLF).

Estos últimos ofrecen soluciones más redituables.

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.

De la misma manera, un inspector de una empresa de energía que deba 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.

Si bien hoy en día la detección de fallas en cables subterráneos en un tema ya superado en cuanto al logro de sus objetivos, que no requiere de mayores esfuerzos mediante el uso de las técnicas y procedimientos adecuados, por el contrario, más allá de la necesidad de detectar fallas, en la actualidad la tendencia mundial está basada en la anticipación temprana de la etapa de un siniestro, mediante la aplicación de técnicas de diagnóstico basadas, entre otras, en la medición de descargas parciales y ensayos en baja frecuencia (VLF).

Más del 90% de los puntos débiles en la aislación de cables de MT/AT, generan descargas parciales antes de convertirse en una falla.

La elección correcta de un plan de diagnóstico depende siempre de los objetivos y expectativas, que en mayor medida comprenden la eliminación de problemas en el sistema, determinación del riesgo de potenciales fallas, y reducción de reclamos. Las nuevas técnicas para el diagnóstico 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 del tiempo.

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.

La reflectometría convencional fue la primera alternativa que se presentó para prelocalizar una falla en reemplazo de los difundidos métodos de puente de impedancia. En cuanto a su capacidad para resolver fallas, estos equipos cuentan con el mismo potencial que sus antecesores pero respecto de éstos cuentan con la ventaja adicional que permite "inspeccionar" el interior de un cable. El sistema se basa en inyectar al cable averiado un pulso que se va a propagar a lo largo del mismo con una velocidad Vf que depende de las características del cable. Cuando el pulso llega a la falla, o encuentra cualquier discontinuidad en la homogeneidad del cable, se produce un pulso que se refleja, es decir viaja, con la misma velocidad que el incidente, hacia el comienzo del cable. Midiendo el tiempo que separa al pulso incidente y el reflejado, es posible calcular la distancia a la falla mediante la expresión: Lx = (Vf/2) Ti. La interpretación del reflectograma (por ejemplo que los pulsos incidentes y reflejado sean de igual o distinta polaridad) permite determinar la naturaleza de la discontinuidad como cable cortado o falla de aislación y conociendo la velocidad de propagación Vf con la fórmula anterior se define la ubicación de la misma. Un eflectómetro solo pide al operador que identifique los puntos característicos del reflectograma (pie del pulso incidente y pie del pulso reflejado en la falla o no homogeneidad de interés) y presenta el resultado en metros en la pantalla.

Queda demostrado claramente la inestimable ayuda que significa para el operador, el poder referenciar la falla con empalmes, derivaciones, cambios de sección etc. Precisamente la propiedad del reflectómetro convencional de poder "ver" dentro del cable ha hecho que tenga aplicaciones paralelas a las de la localización de fallas. Una de ellas es "medir" la calidad de un empalme por la amplitud de la reflexión que el mismo produce. Análisis estadísticos han demostrado que aquellos empalmes que presentan una reflexión muy grande y fácilmente identificable en un reflectográma tienen una mayor probabilidad de falla que aquellos cuya reflexión es prácticamente imperceptible. Si bien este método de localización de fallas luce muy atractivo, presenta ciertas limitaciones, sobre todo en media y alta tensión, debido a que no resuelve las fallas de alta resistencia y tipo flah, que por otra parte, en esas tensiones son las más comunes. La amplitud del pulso reflejado es función, fundamentalmente, del coeficiente de reflexión y este tipo de fallas poseen valores óhmicos muy elevados, lo que implica un coeficiente de reflexión muy bajo. Esto hace que las fallas mencionadas sean invisibles para el reflectómetro convencional.

El reflectómetro convencional, a menudo denominado TDR, es un método apropiado para localizar fallas y otros cambios de impedancia en cables eléctricos. Los TDR están disponibles en configuraciones manuales pequeñas y portátiles. Combinan las funciones de un generador de pulso y de un osciloscopio.

Los TDR transmiten pulsos de salida de baja tensión y frecuencia alta, que viajan por el cable testeado. Cuando cambia la impedancia del cable, algo o toda la energía transmitida es reflejada de nuevo al TDR, visualizándose en su pantalla.

Las fallas de baja resistencia entre el conductor y tierra, o las fallas entre conductores son mostradas como reflexiones descendentes en la pantalla. Los cortes presentan una muy alta resistencia de falla, y por lo tanto son mostrados como reflexiones 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 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.

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 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.

Hoy en día, un moderno cable se fábrica con estándares exigentes, sin embargo sabemos que ninguna aislación es perfecta, y permitirá alguna fuga de corriente entre los dos conductores que se están sometiendo a la prueba. En algunos casos, esto será del conductor central al neutro concéntrico o blindaje, y en otras oportunidades de fase a fase. Cuando se hace un ensayo de aislación CC, esta corriente generalmente se medirá en el orden de los micro-amperes. Hablando en general, mientras que el nivel de pérdida permanezca en el orden de unos pocos microamperes, se considera un nivel de aislación aceptable.

Cuando la corriente de fuga alcanza niveles inaceptables, el localizador de fallas en cables debe determinar el origen de la misma.

Para pre-localizar fallas insolubles por la 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 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 mayor 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.

Si el cable a ensayar presenta una falla intermitente, valen las 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 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 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, 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 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 descarga en la falla.

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 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, el fenómeno que queremos registrar. Cabe recordar que la obtención de un 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.

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.

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. Pero, 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.

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 de falla) de muy bajo valor:Zi ® 0

El generador presenta siempre las mismas 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 tensión que el valor de resistencia de falla no sea tan bajo como para poder aplicar con éxito este tipo de 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.

Es común que en este tipo 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 utilizado, por lo tanto 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 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, 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.

La reflexión de arco es un método alternativo de operación del 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. 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 / 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.

Aunque esencialmente es una extensión de la reflexión de arco, la reflexión diferencial es un tanto diferente, porque el analizador calcula una diferencia 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.

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. 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 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.

Los ensayos de descargas parciales realizados en laboratorios, para la aceptación de las partidas, requieren que las muestras no superen los 5 pc a la máxima tensión de ensayo especificada por norma (IEC). Por lo tanto, el número 5 se transforma para algunos casos, en la barrera límite que define si un cable es apto o no para ser destinado al mercado.

Lo difícil de este concepto, es el poder llegar a interpretar que significan en realidad 5 pc.

Por ejemplo, si tomáramos una muestra de cable de 250 metros de longitud, con una capacidad propia de 0,05 uF, y basados en la ecuación V = Q/C; 5 pc de descargas significarían tan solo 100 uV (100 micro-volts) en el interior del cable, dando así una idea del ínfimo orden de magnitud de la medición que deberíamos poder realizar.

Para peor, los tiempos de aparición/extinción de estas descargas, están en el orden de los nano-segundos (Seg. x 10 -9).

Para poder lograr estas mediciones, es necesario que los niveles de interferencias y perturbaciones propias de un entorno fabril, sean llevados como máximo a un 50% por debajo de este valor (50 uV), obligando al uso de jaulas de apantallamiento, y de filtros selectivos; además de todo tipo de precauciones especiales.

Las mediciones actuales de descargas parciales en laboratorios, obtienen una principal relevancia, no solo por la simple aplicación de un criterio de aceptación o rechazo de las partidas, si no por que del propio análisis del sus formas de ondas (representación gráfica de las descargas), es posible guiar al fabricante, acerca del tipo de problema u error que está cometiendo en el proceso de manufactura de un cable, y por supuesto, ayudarlo a corregirlo; mientras que para el usuario, constituye una medio para estimar el grado de deterioro de sus instalaciones.

En aislaciones tipo XLPE (termo-rígidas), una vez que las D.P. aparecen en el interior de un cable, solo puede esperarse de ellas su ascenso con el tiempo, implicando por consiguiente, una degradación ascendente de la aislación, hasta su colapso.

El registro gráfico de una medición de DP, denominado registro en "fase resuelta", o sea aquel que pueda samplear una medición en coordenadas de ángulo de fase, magnitud y frecuencia de repetición de cada pulso, brinda una correlación entre la naturaleza de la descargas (tipos), su lugar de ubicación dentro del cable, y la calidad/cualidad de los materiales involucrados.

Si bien las descargas parciales son medidas como una magnitud relativa a una señal patrón; mediante el uso de instrumentos detectores que puedan efectuar representaciones de las descargas en el modo "fase resuelta", la ubicación de las descargas, según el semiciclo en que aparezcan (+) y/o (-), tiene una interpretación particular relacionada directamente con el lugar del defecto dentro del cable.

Por lo tanto, más allá de exponer un valor numérico de descargas (xxx p C), la posibilidad de la representación gráfica que generan las mismas, hace posible identificar visualmente el tipo de defecto, y constituyen la base del diagnostico de cables.

Los resultados obtenidos, pueden indicar claramente la existencia de gruesos defectos de manufactura en los procesos de extrusión, o en las interfaces semiconductoras del cable examinado.

El uso actual de instrumentos detectores que puedan efectuar mediciones y representaciones de las descargas en el modo "fase resuelta", no pueden dejar lugar a errores sobre la existencia o no de un defecto interno, ya que estas gráficas son producidas o ploteadas por cada evento (pulso), de aparición de las mismas.

La actividad de las DP, es un indicador importante para calcular el nivel de degradación en un cable subterráneo de media tensión. El trazado (mapa), de la actividad de las DP en función de la longitud del cable, permite identificar las descargas parciales del cable en función a su metraje, así como también, sus accesorios (empalmes) más débiles.

Sin embargo, existen grandes diferencias entre los cables poliméricos, y los cables impregnados.

Históricamente, las mediciones de DP en cables, eran utilizadas cada vez más desde el cambio al polietileno (PE), y más tarde, con el polietileno reticulado (XLPE) como material de aislación para la mayoría de los cables de potencia.

La mejorada adquisición y procesamiento de la señal, hicieron que esta técnica sea también aplicable en ambientes no apantallados (en campo).
Sin embargo, hay que tener especial cuidado en el correcto filtrado de la fuente de tensión utilizada, y en la reducción del nivel del ruido ambiental.

Una vez que se producen las DP, viajan hacia ambos extremos del cable; se reflejan y producen, un trazo típico de tres impulsos. En este trazo, el tiempo entre el primer y el segundo impulso, corresponde a la distancia existente entre el origen de la DP y el extremo final del cable; así mismo, el tiempo entre el primer y el tercer impulso, refleja el tiempo en desplazarse dos veces por el cable. Un simple cálculo resuelve la posición (origen) de la descarga, en función a la longitud del cable.

Basado en los resultados de un ensayo, se trata de la confección de un diagrama que muestra las actividades de las descargas parciales, en función a la longitud del cable.

Comparando este diagrama con el plano de instalación del cable, y con las posiciones de los empalmes (verificadas durante la calibración), se pueden identificar los lugares defectuosos del sistema.

Es bien conocido que la aparición de descargas parciales en cables de media y alta tensión, constituyen el primer indicio de una lenta pero eficaz degradación de la aislación, lo cual derivará irremediablemente en una falla. Este paulatino proceso de deterioro, llevará meses o años hasta dejar fuera de servicio un cable.

En todo tendido, subterráneo o no, la aparición de descargas parciales son generalmente halladas en tres lugares bien definidos: en el cable propiamente dicho, en sus empalmes existentes, y en ambos terminales extremos. Sin embargo, en la mayoría de los casos, estos lugares de apariciones están siempre relacionados con las imperfecciones de los procesos de manufactura, o confección de los mismos. La evolución en la calidad de los materiales empleados en la confección de empalmes y cables, ha llevado una consiguiente evolución y eficacia de métodos y procesos destinados a la medición de descargas parciales.

La norma IEC 60270 que rige los métodos, procedimientos y a los equipos de control de descargas parciales, ha debido corregirse y actualizarse a través de los años para ajustarse a las necesidades actuales. Hoy en día el control de un cable XLP requiere algo más que una medición puntual en valor absoluto expresada en picocoulombs.

Los eventos relacionados con las descargas parciales, se producen en el orden de los nanosegundos, y por lo tanto la nueva generación de instrumentos debe ser capaz de capturar estos eventos, y de poder clasificarlos en función a su origen, forma y frecuencia de repetición.

Los materiales aislantes, líquidos y sólidos, pueden tolerar un campo eléctrico que exceda al normal de trabajo, o sea, el comúnmente aplicado en cables y otros equipos de AT. Por consiguiente, para que las descargas parciales se presenten, es necesaria una imperfección (anomalía), que tenga un campo de inicio más bajo, como por ejemplo una inclusión de gas; o como alternativa, que aumente fuertemente el campo eléctrico en la aislación, como por ejemplo, por la inclusión de una partícula metálica filosa.

Ambas clases de imperfecciones, pueden ocurrir durante la producción (manufactura), manteniéndose desapercibidas durante las pruebas iniciales, o pueden desarrollarse durante el servicio.

En las descargas parciales, una avalancha de electrones requiere siempre de un electrón libre inicial, que sea acelerado en el campo eléctrico, lo suficientemente fuerte como para desencadenar una avalancha de electrones.

Con la baja energía disponible en la superficie de una cavidad esférica, ocluida en polietileno fresco, ningún electrón libre es habilitado a iniciar las DP, a pesar de que el campo eléctrico interno de esa burbuja de gas, sea mayor que el campo inicial.

Por lo tanto, no se producen DP hasta que el electrón libre sea provisto de cargas, o de un fotón de radioactividad natural. Esta radioactividad natural (suelo radioactivo, gases, fotones) causan alrededor de 2-106 m-3 s-1 electrones libres. De este modo, el lapso de tiempo que ocurre hasta que se presenta la descarga en la cavidad del material polimérico, inicialmente fresco, puede alcanzar varias decenas de minutos dependiendo del tamaño de la cavidad. Una vez que este impulso de DP ha ocurrido, la superficie de la cavidad es invadida de electrones con niveles de energías comparablemente bajos, que serán capturados y acumulados en la misma. De este modo, estos electrones dependerán de las propiedades de los materiales. Con polietileno fresco (polipropileno, resina epoxi, etc.), esta constante de tiempo de captura, estará dentro de un rango de decenas de ms., y más.

Los impulsos de DP, en su origen, tienen un risetime (tiempo de crecimiento), de alrededor de 1ns bajo atmósfera de Nitrógeno, y a presión ambiental. De este modo, en su origen, el impulso de corriente, a saber, el desplazamiento de la corriente provocado por la avalancha de electrones, tiene un espectro de amplitud que es plano desde CC (0 Hz), hasta un par de cientos MHz. En el caso de un cable de potencia, la impedancia del cable transforma al impulso corriente, en un impulso de tensión, que viaja por el cable en ambas direcciones. Generalmente, el ancho de banda original, no se puede mantener a grandes distancias.

Técnicamente, para conformar un capacitor cilíndrico ideal, un cable polimérico de triple extrusión consiste en 3 capas (la aislación principal de XLPE es terminada en ambos lados con una fina capa de material polimérico semiconductor). Estas capas limitan el ancho de banda de alta frecuencia de los cables de potencia de triple extrusión. Dependiendo principalmente del grosor de las capas semiconductoras, el ancho de banda de la transmisión es limitado a 5-10MHz, con una atenuación cada vez más fuerte, en función de la frecuencia y la distancia. Este ancho de banda puede censores en el interior de los empalmes, y para conceptos de monitoreo.

Además, esta estructura de capas causa dispersión, esto significa que el tiempo de desplazamiento no es uniforme sobre la frecuencia. En consecuencia, el frente del impulso de DP, originariamente excesivo es suavizado más adelante por este efecto, y por la mencionada atenuación, y por lo tanto, la precisión de la ubicación alcanzable es cada vez más limitada.
Comparada con los cables de polietileno, esta atenuación de los impulsos de alta frecuencia es mucho más fuerte para los cables del tipo EPR.
Sin embargo, la atenuación más grande se encuentra en los cables impregnados. Aquí, en cables mayores a un par de cientos de metros, la reflexión en el extremo final, se hace cada vez más oculta en el piso del ruido (línea de ruido base).
La forma o frecuencia de la fuente de alta tensión elegida, no influye en la obtención de la ubicación de la actividad de las descargas parciales en un cable, siempre y cuando la imperfección produzca DP.

VLF son las siglas usadas habitualmente para referirse a Very Low Frecuency. Se considera generalmente que VLF es 0,1 Hz o menos.

El equipo es simplemente un probador de aislación en corriente alterna, que trabaja a muy baja frecuencia. En 0,1 Hz, la duración de un ciclo completo es de 10 segundos, en vez de los 20 milisegundos correspondientes a 50 Hz.

Los equipos VLF han sido usados durante décadas para pruebas de maquinas rotantes (IEEE 433-1974).

La prueba VLF se usa en cualquier aplicación que requiera pruebas C.A., sobre cargas de alta capacitancia eléctrica. La mayor aplicación es para probar el dieléctrico de cables, seguido de pruebas de grandes máquinas rotantes, y ocasionalmente para pruebas de aisladores, interruptores y tableros eléctricos. El Hipot VLF es también una herramienta muy eficaz para el acondicionamiento de fallas en cables (reducción de la tensión de ignición o de cebado de una falla).

A principios del año 1998, comenzó a existir un acuerdo mundial, casi unánime, referido a que las pruebas en corriente continua, no solo dañaban el dieléctrico de un cable tipo termo rígido estable, sino que también resultaba ser un método ineficaz para determinar la calidad de la aislación del mismo.
Prueba suficiente es el hecho de que las normas europeas solicitan las pruebas VLF de cables desde hace años, y en USA, los organismos de estudio y normativas: IEEE, EPRI, CEA, entre otros, contradicen definitivamente las pruebas en corriente continua, desde hace ya bastante tiempo, por lo que IEEE ha establecido una actual y vigente norma para ensayos en VLF, denominada IEEE-400. El principio de aplicación del VLF, dice que si un cable soporta la tensión de prueba de hasta 3Uo, durante 15 a 60 minutos, puede ser puesto en servicio, (energización confiable), de lo contrario, se quemará durante la realización del ensayo, como de todas formas lo hubiese hecho durante su estadía en servicio.

Dicho de otra forma, durante el ensayo de VLF, un defecto en caso de existir, es forzado a la ruptura.

Por muchos años, la tradición de utilizar Corriente Continua en los ensayos de cables de media tensión, para evaluar su estado de aislación, ha sido indiscutiblemente aceptada. Fabricantes de cables y de equipos de pruebas, han coincidido en las ventajas y beneficios que ofrece este método, especialmente sobre los cables de papel aceite tipo PILC (Paper- and oil-Insulated, Lead-Covered). A partir del año 1994, con el advenimiento de las nuevas aislaciones termoplásticas extruídas, estos beneficios comenzaron a ser puestos bajo sospecha. Recientes estudios y publicaciones están aún tratando de unificar criterios para determinar cuales serían los motivos, causas y consecuencias que la aplicación de una corriente continua de prueba, produciría sobre los cables del tipo XLPE (Gross-Linked Polyethylene).

Cuando se habla de ensayos del tipo destructivos, no significa que la muestra se destruya por una simple aplicación del ensayo, si no que se debe interpretar como que por la aplicación del mismo, la muestra tal vez no logre superar el esfuerzo de la prueba, por exposición de un defecto preexistente, o simplemente por mala calidad de materiales / degradación o error de manufactura; y precisamente para eso, están las pruebas.

Al momento de decidir la utilización del VLF para ensayar un cable, el operador debe tener presente la finalidad del mismo, y las consecuencias posibles cuando los resultados no lleguen a ser satisfactorios.

Los equipos de onda oscilante, mientras cargan el cable con un suministro de CC, y lo descargan en un inductor, producen de esta manera, una onda oscilante (damped). Aquí la frecuencia depende de la carga; o sea, de la capacidad del cable. De acuerdo a la calidad del inductor, y a la tangente delta del cable, la onda oscilante decaerá en tiempo más o menos rápido.

Sin embargo, en cuestión de fuentes, además del peso y del costo, también debe considerarse el impacto producido en el campo eléctrico local, por la frecuencia de ensayo, y su incidencia en las DP, ya que el patrón de DP, refleja las distintas constantes de tiempo derivadas del electrón inicial.
Por lo tanto, la apariencia (forma) del patrón de las DP, y en consecuencia su magnitud, es influenciada por la frecuencia.
Esto se vuelve evidente, si consideramos que la media en la constante de tiempo de captura de la actividad de DP, se presenta en orden de magnitud del ciclo de la tensión de ensayo.

De este modo, para una actividad de DP, que presenta una constante de tiempo de captura de aproximadamente 10ms, la medición a 50Hz produce un patrón bien distribuido. Si la misma actividad es expuesta a 0.1Hz, la constante de tiempo de 10ms será pequeña contra el tiempo del ciclo de 10s y, por consiguiente, el patrón de las DP cambia su apariencia de manera similar al que se muestra en las anteriores figuras 1 y 3.
De esta manera, especialmente en superficies poliméricas, la magnitud de la actividad de DP no es comparable entre los 0.1Hz y 50/60HZ. Sin embargo, si provienen de cables envejecidos, ejemplo: superficies corroídas; la constante de tiempo de captura decae y se vuelve incluso corta, cuando se la compara con el ciclo de 50Hz. Así, la magnitud es comparablemente baja en ambas frecuencias de excitación. En consecuencia, una actividad que comienza desde las superficies de metal, con una alta afinidad de electrones libres, tales como las tipopoint-plane, mostrará una actividad similar en todas las frecuencias de ensayo.

Con todas las actividades de descarga que presenten una alta disponibilidad de electrones de inicio, como por ejemplo, las superficies corroídas de accesorios montados incorrectamente, los equipos de onda oscilante iniciarán la actividad con el primer medio ciclo o incluso durante el tiempo de carga. Sin embargo, la oportunidad de detectar una cavidad interna en un cable tendido recientemente, es comparablemente baja debido al retardo o remanencia inicial (delay), tal como se describió anteriormente.

Tomemos el siguiente ejemplo:

Un cable de 3,048m de 15 kv, tiene aproximadamente 1 mF de Capacidad.

La Reactancia Capacitiva a 60Hz es 2,65 ohms.

Para aplicar una tensión de prueba de 22 kv, recomendado por IEEE, se requeriría de una fuente de alimentación con capacidad de 8.3 A ó 183 kva.
Obviamente no práctico para uso en campo.

Pero, en 0.1 Hz, la Reactancia Capacitiva pasará a ser de 1,6 megohms.

De esta forma, para los mismos 22 kv aplicados, se requerirá 14 mA únicamente (0.302 kv), para energizar la muestra, o sea una potencia 605 veces menor que a 60 Hz.

Además esto demuestra que con la misma potencia, a 0.01 Hz, se puede llegar a probar un cable 6000 veces mas largo que uno en 60 Hz.

Al igual que en una prueba de aislación normal (tensión resistida), los ensayos conducidos con equipos VLF, requieren que la muestra (cable), se encuentre aislada en su conductor central, y con su pantalla a tierra. Se conectará la salida de alta tensión del VLF a dicho conductor; y la tierra del equipo, rígidamente unida a la tierra del sistema. Luego se aplicará la tensión de prueba hasta el máximo requerido de ensayo, y durante un tiempo prefijado: ambas variables (tensión máxima/tiempo), se encuentran establecidas en las normas IEEE.400.2-2004.

Como en todo ensayo de tensión resistida, los resultados serán expresados en términos simples de pasa/no pasa (ruptura o no ruptura).

Es de esperarse que una unidad VLF genere una onda senoidal casi perfecta a su salida. Sin embargo existen diseños europeos de unidades VLF, que generan una forma de ondas trapezoidales o cuadradas, con transiciones cosenoidales entre semiciclos. A menudo intentan difundir que es superior a la onda senoidal, pero en realidad no existen muchas opciones para este argumento, y en definitiva, solo es cierto que no producen VLF con onda senoidal.

Pero el detalle a tener en cuenta (suma importancia), es que para que una unidad VLF pueda ser utilizada además como fuente de AT en ensayos de diagnostico de cables (ensayos complementarios), entre ellos: tangente delta y descargas parciales, deben producir si o si una señal senoidal a su salida, por lo tanto, mas allá de los slogans publicitarios, aquí se torna imprescindible al momento de decidir la compra de una unidad VLF, el observar atentamente en sus especificaciones, que tipo de onda genera.

Según IEEE/EPRI/CEA y otros organismos mundiales de ingeniería y normalización, recomiendan niveles de prueba para dieléctrico de cables, de 2 a 3 veces la tensión Uo, durante 15 minutos.

Para un cable de 35 kv, que normalmente tiene una tensión Uo de 20,4 kv, la prueba de mantenimiento se realiza a 47 kv.

Precisamente esta es la intención de la prueba VLF. No es una prueba de diagnóstico (condition assessment testing), es una prueba de tensión aplicada en C.A.

No hay que tomar lecturas de corriente de fuga. (las corrientes de fuga en C.C. dicen muy poco acerca de la calidad de un cable).

Un cable o soporta (resiste) la tensión de ensayo, o falla durante el mismo. Si un cable tiene defectos, y por lo tanto no resiste la aplicación de 2 ó 3 veces su tensión nominal, significa que no durará en servicio. La idea base es, que si el cable tiene que fallar, que lo haga entonces durante la prueba, y no cuando esté en servicio.

Casi todos los organismos de ingeniería del mundo. EPRI, IEEE, CEA, y casi todos los fabricantes de cables del mundo han aceptado la efectividad del uso del VLF. Las normas de pruebas VLF alemanas (normas DIN-VDE 0276-620 y 0276-1001) existían desde hace 8 años. IEEE posee la norma de pruebas de cables VLF (IEEE 400), y la norma IEEE 433 para pruebas VLF de máquinas rotativas, ya tiene una vigencia de nada menos que 20 años.

La norma IEEE Std 400-2001 (reemplazante de la IEEE Std400-1991), se define como una guía que intenta describir los procedimientos de ensayos de cables instalados, contemplando los distintos tipos o clases de tensiones de prueba que pueden ser utilizados, entre ellos el Very Low Frequency.

La tecnología VLF no es nueva. Sin embargo, la razón de no haber sido utilizada más ampliamente mas allá de su primitiva aplicación en ensayos de máquinas rotantes, es porque solo en los últimos 5-10 años se ha logrado determinar que las pruebas en C.C. dañan el dieléctrico del cable, y son un medio ineficaz para determinar su calidad aislante.

Las pruebas de VLF en campo, no fueron factibles hasta que HIGH VOLTAGE Inc., desarrollará y pusiera en el mercado las primeras líneas de equipos verdaderamente portátiles, y con salida senoidal, produciendo unidades a gran escala. Hoy en día, funcionan en todo el mundo, miles de unidades VLF.

A la par de los avances mundiales en la materia, la ASOCIACION ELECTROTECNICA ARGENTINA, en su actualizada REGLAMENTACION SOBRE LINEAS SUBTERRANEAS EXTERIORES DE ENERGIA Y TELECOMUNICACIONES (AEA 95101 - AÑO 2007), en su punto 13.1.1 (tipo de tensiones utilizadas en los ensayos), acepta e incorpora la utilización de los ensayos bajo sistemas VLF, de acuerdo a lo estipulado en las Normas IEE 400.2-2004 y VDE 0276 parte 1000.

Esta agiornada reglamentación, que reemplazó hace un par de años a su anterior Reglamentación para líneas Eléctricas Exteriores en General de Agosto de 1971, nos posiciona en mejor medida, en la realidad de las nuevas técnicas de ensayos.
Continuando con la actual REGLAMENTACION SOBRE LINEAS SUBTERRANEAS EXTERIORES DE ENERGIA Y TELECOMUNICACIONES (AEA 95101 - AÑO 2007), en el punto 13.1.2 "Ensayos Dieléctricos del Aislamiento", del citado reglamento, incorpora acertadamente en su Tabla 13.1 (Ensayos de Tensión Resistida), la tensión de prueba en corriente alterna VLF de 0,01 Hz a 1 Hz, fijando el valor de ensayo de 3 Uo para cables instalado, de media tensión, de hasta 33 KV.

Se debe recordar que esta reglamentación AEA 95101, está orientada a ensayos de Cables Nuevos Instalados, contemplando una reducción del valor máximo de la tensión de prueba para cables ya en servicio, o sea aquellos con una antigüedad mayor a seis meses posteriores a su instalación.
De esta manera, la AEA, al igual que sus pares internacionales, habilita la utilización del VLF bajo los siguientes valores de tensión de prueba / tiempo: (recordar que son los factores que definen a un ensayo en VLF).

Al igual que en una sala de ensayos, normalmente se conecta un detector de medición y detección de DP, a un cuadripolo, ubicado a la salida de un capacitor de acoplamiento. De ser posible, se inserta un filtro de alta tensión entre el transformador y el cable a ensayar. La señal de DP, así como la señal de tensión, es conducida a través de un cable coaxial. La disposición es similar cuando se integra el instrumenta dentro de una camioneta o vehiculo de ensayos, tal como es requerido para los equipos resonantes de frecuencia variable, y para los equipos VLF más grandes.

Para combinar los ensayos de cables in-situ, con la localización y medición de descargas parciales, se requiere generalmente de un filtro de alta tensión, ya que, a pesar del principio técnico, todos los equipos resonantes de frecuencia variable, y todos los equipos VLF, producen ruido de alta frecuencia, que dificultan las mediciones si no son filtrados adecuadamente.

Integrar el filtro T y el capacitor de acoplamiento en una sola unidad, simplifica enormemente el sistema. Sin embargo, especialmente en las fuentes de alta tensión portátiles, se deben tomar precauciones al conectar el equipo a tierra, y también es necesario revisar cada conexión en forma previa a cada ensayo.