DIAGNOSTICO DE ESTADO DE CABLES SUBTERRANEOS
INTRODUCCION:
Mas allá de detectar fallas, en la actualidad, la tendencia mundial está basada en la anticipación temprana de un siniestro eléctrico, mediante la aplicación de técnicas de diagnóstico de cables y sus accesorios, tendientes a controlar desde la instalación de los mismos, el tipo de falla que a futuro tendrán, cuando se constituyan como parte integrante de un tendido subterráneo, permitiendo analizar metro a metro el estado de degradación, ya sea ascendente o estable. Las empresas de energía, cuentan hoy con una opción eficiente, y con normativas habilitantes, para certificar el estado de sus redes subterráneas de energía.
Algunas optan por no cambiar sus tradicionales métodos de ensayos, y sus cables siguen fallando en servicio, teniendo que realizar reparaciones de emergencia, clientes insatisfechos, y pérdida de ingresos; sin embargo, el estimar el grado de confiabilidad de un alimentador subterráneo, forma parte de la valoración de los activos de una empresa distribuidora, posibilitando determinar su rentabilidad real proyectada.
La gran cantidad de antiguos cables de MT/AT, aún en servicio, influyen en la fiabilidad de la red de distribución eléctrica. En consecuencia, los ensayos de diagnostico en campo, son actualmente requeridos para evaluar la gravedad de la degradación, y para determinar cuales cables, empalmes o terminales, requieren de un inmediato reemplazo. Otro servicio complementario, corresponde al del DIAGNOSTICO DE VIDA UTIL REMANENTE, cuyo dictamen es indispensable para proceder a encarar obras de recambios, que generalmente requieren de una anticipada logística y coordinación.
Las nuevas técnicas para el diagnóstico de cables y sus accesorios, permiten controlar desde la recepción de los mismos, el tipo de falla que a futuro tendrán, cuando se constituyan como parte integrante de un tendido subterráneo, y además, permiten también analizar metro a metro el estado de degradación, ascendente o estable, que sufra con el paso del tiempo.
La aplicación conjunta de técnicas de ensayos específicos por VLF - Descargas Parciales - Tangente Delta, ofrecen un nuevo y preciso panorama de análisis, tendiente a determinar el estado real de degradación de empalmes y en especial de terminales de MT/AT.
En la actualidad, la norma IEEE-400.2001, IEEE GUIDE FOR FIELD TESTING AND EVALUATION OF THE INSULATION OF SHIELDED POWER CABLE SYSTEMS, cubre los ensayos de sistemas de cables instalados, de clase 5KV a 500KV, en todas sus etapas: INSTALACION - ACEPTACION - MANTENIMIENTO - DIAGNOSTICO.
El uso de la tecnología VLF sinusoidal, permite hoy en día la realización de los ensayos de instalación y de diagnóstico de estado de cables subterráneos de MT/AT/EAT, posibilitando mediciones precisas en las mas extensas longitudes de tendidos.
ENSAYOS REQUERIDOS PARA UN DIAGNOSTICO DE ESTADO DE CABLES:
Estos ensayos se encuadran dentro de la serie normalizada de "Ensayos de Diagnóstico" (Condition Assesstment Testing), de naturaleza no destructiva, y cuya finalidad es la de determinar, medir o analizar las características de la aislación y su condición inicial, o actual, para permitir establecer un punto de partida, permitiendo luego un seguimiento de evolución.
Los ensayos de diagnóstico, mas allá de la aplicación de una tensión de prueba, están orientados a la determinación de la condición de un cable y de 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 FINGER PRINT inicial o actual, de una terna, genera la información necesaria para ser utilizada como método de comparación, con los obtenidos luego de una falla, o con el correr de los años, estableciendo una línea de base (base-line), para determinar la evolución de la degradación de un tendido de cables. Sin el FINGER PRINT, no será posible determinar como han cambiado las condiciones de la línea instalada, a través del tiempo, ni estimar su confiabilidad futura. Los ensayos de diagnóstico de estado de cables permiten determinar y anticipar las medidas correctivas necesarias, antes que las fallas se expongan como tal.
ENSAYO DE TENSION RESITIDA EN VERY LOW FREQUENCY (VLF 0,1Hz)
Acorde a lineamientos de IEEE-400-2001.
OBJETIVOS:
- Determinar el criterio de aceptación o rechazo de un determinado sistema de cables bajo ensayo.
- Producción de un stress eléctrico intenso y suficiente para permitir que los defectos incipientes, en casos de existir, se expongan como fallas en el momento del ensayo, y no durante la operatoria en servicio de la línea.
LINEAMIENTOS:
Las ventajas de la utilización de la tecnología VLF (Very Low Frequency), han posicionado a este modo de ensayo como la alternativa más eficaz para las pruebas de tensión aplicada en las etapas de Instalación / Aceptación y Mantenimiento de cables subterráneos con aislaciones termo-plásticas, como así también para ensayos de diagnóstico de estado, por Descargas Parciales / Tangente Delta, sobre cables de MT, AT y EAT (HV/EHV).
Descartado mundialmente el uso de la Corriente Continua como método de ensayo, en la actualidad más de una decena de normativas internacionales vigentes en Europa y USA, amparan y rigen los procedimientos de pruebas en VLF sobre cables XLPE - LPD - EPR - PILC.
Por definición de la IEEE, un equipo de ensayo bajo el sistema VLF, será todo aquel que pueda generar una señal de corriente alternada, de una frecuencia del orden de los 0,01Hz a 1Hz.
La bondad de un equipo para ensayos en VLF, es la de aproximarse lo mas posible a un ensayo efectuado en corriente alterna a la frecuencia de red, pero la diferencia sustancial radica en la baja potencia que se requiere en modo VLF O,1 Hz, frente a los de 50Hz o 60Hz.
Muchas fallas en cables subterráneos, son debidas a una ineficiente ejecución de sus empalmes, y para estos casos, el VLF está demostrando ser un método fácil y seguro para mantener la confianza en los sistemas de distribución de energía.
Los nuevos sistemas VLF, permiten realizar tanto la serie de ensayos de tensión aplicada (tensión resistida // Withstand Test), de acuerdo al punto 5.3 VLF testing with sinusoidal waveform; establecidos según IEEE Std 400.3T-2006, como así también, los ensayos de diagnostico de estado (degradación), acorde a lo establecido en IEEE Std 400.2T-2004, sobre sistemas de cables de hasta 20km de cables, con solo 20 KVA de potencia de red, y con una frecuencia selectable de 0.02 - 0.05 y 0.1 Hz.
Frente a la necesidad de dejar de lado los ensayos en Corriente Continua, debido a los efectos perjudiciales que esta produce sobre las aislaciones tipo XLPE, la versatilidad de la tecnología VLF, por sobre los equipos resonantes convencionales, marca una diferencia fundamental tanto en dinamismo como en capacidad de diagnóstico.
ENSAYO / MAPA DE DESCARGAS PARCIALES (Partial Dischargue Test & PD Mapping)
Acorde a lineamientos de IEEE-400.3-2006
OBJETIVOS:
- Trazado del mapa de producción de Descargas Parciales de todo el sistema (cable-empalmes) con especial discriminación metro a metro / empalme a empalme.
- Búsqueda de fallas incipientes. Medición global de descargas parciales con registros digitales, sobre cada uno de las fases, mediante aplicación de tensión de prueba.
- Captura, registro e interpretación de las señales obtenidas durante un intervalo mínimo de 60 minutos por fase.
- Obtención del mapa de distribución de descargas a lo largo del cable ensayado (gráfico metros versus pico-coulombs), con discriminación del nivel de emisión, en cada empalme/metro de cable.
- Confección de protocolo completo de diagnóstico, con alcance de estado actual.
LINEAMIENTOS:
La actualización tecnológica en materia de ensayos de "Diagnostico de Estado", mas allá de cuantificar un valor "global" de las Descargas Parciales de un tendido de alta tensión, acorde a IEC-60270, lo cual sería muy poco útil dado que no se podría identificar cual seria el accesorio, empalme, terminal y/o tramo de cable que las producen en mayor medida, permite también realizar un trazado o mapa integral de las Descargas Parciales que posee un sistema de cables instalados, posicionadas en función a su metraje (mapa pico-coulombs VS metros).
El principio de medición para el trazado de este mapa, está basado en la REFLECTOMETRIA DE SEÑALES. Una vez que se producen las DP mediante la aplicación de una tensión de prueba VLF, las mismas viajarán hacia ambos extremos del cable; reflejándose en los terminales y produciendo, un trazo típico de tres impulsos por cada evento de descarga.
En esta traza, el tiempo entre el primer y el segundo impulso, corresponde a la distancia existente entre el origen de la DP (ubicación), 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. Luego un simple cálculo computarizado, resuelve la posición (origen) de la descarga, en función a la longitud del cable. Basado en los resultados de la ubicación/nivel de descarga, el diagrama o mapa de las DP (PD mapping) es mostrado en una gráfica que detalla todas las actividades de descargas según sus coordenadas.
Comparando este diagrama con el plano de instalación del cable, y con las posiciones de los empalmes existentes (verificadas durante la calibración), se pueden identificar los lugares defectuosos del sistema.
El software del sistema de medición de DP, permite graficar y mantener en pantalla, todos los eventos capturados en forma simultánea, tanto en reflectometría de las señales (Modo DSO), como en el trazado del mapa de descargas pico Coulombs versus metros. (Modo Site Locator).
ENSAYO DE TANGENTE DELTA (Dissipation Factor)
Acorde a lineamientos de IEEE-400.3-2006
OBJETIVOS:
- Análisis de Tg D vs C vs V aplicada, para detección de problemas de contaminación / humedad.
- Medición con registro digital sobre cada fase asociada mediante la aplicación de alta tensión VLF @ 0,1 Hz, acorde a IEEE-400 (ENSAYOS DE DIAGNOSTICO).
- Captura de registro e interpretación de las señales obtenidas durante un intervalo mínimo de 15 minutos.
- Resultados expuestos en valores de tangente - tensión aplicada - y capacidad eléctrica de la muestra.
LINEAMIENTOS:
Los ensayos de "DIAGNOSTICO", se complementan con los de Tangente Delta (Factor de Disipación), con una resolución de 1X10-4, acorde a IEEE Std 400.2T-2004. Particularmente aplicada a un sistema de cables de MT/AT, la Tang δ refiere a la calidad y evolución del material instalado en forma global (sistema único formado por cable/terminales/empalmes).
La palabra GLOBAL tiene aquí un especial énfasis, dado que si una parte del sistema de cables , llámese terminal, empalme, o un tramo de cable, se encontrara con una baja estabilidad dieléctrica, el resultado de la tangente en forma global, sería malo, a pesar que todo el resto de los componentes estén en buen estado.
Las mediciones de Tangente Delta no permiten individualizar el punto del defecto, ni logran una separación entre estado de cables / empalmes / terminales; es por eso que se trata de una medición complementaria a la del mapa de Descargas Parciales (ubicación puntual).
Los resultados se exponen en pantalla tipo LCD, en forma gráfica y numérica, conteniendo las formas de ondas de la tensión y la corriente.
Las variables en pantalla son C: Capacidad, V: Tensión Aplicada, y el Cos φ de la muestra.
El sistema de medición de Tangente Delta, toma en forma simultánea, dos señales de corrientes, una por medio de un shunt capacitivo en serie con la muestra (CSX), y otra por medio de un capacitor de referencia (CN), formando un divisor de tensión (CSN), en paralelo con la muestra.
Ambas señales son capturadas en forma directa sobre el circuito de alta tensión. Luego, dos conversores I/O, transforman estas señales analógicas en ópticas y las envían hasta el hardware de medición, para ser evaluadas por medio de un microprocesador, obteniéndose finalmente los resultados de capacidad / tangente / Cos φ, todos ellos en función a la tensión VLF aplicada.
Durante el análisis gráfico, el actual defasaje angular existente entre las formas de ondas de la tensión y de la corriente, corresponde al ángulo φ, situado como complemento de δ.
Técnicamente, un sistema aislante es construido con materiales de bajas pérdidas, resultando en una pequeña corriente Ir, en fase con la tensión aplicada. Esta corriente puede ser interpretada como un resistor R en paralelo con una capacidad C.
La diferencia de fase entre la corriente real I, y la corriente ideal Ic, se describe como el ángulo δ. Dado que P = Q - tang δ, las pérdidas son por lo tanto proporcionales a la tang δ, y dan una expresión de la calidad del material aislante. El ángulo δ es descripto como el ángulo de pérdidas, y la tangente δ como el factor de pérdidas.
De no contarse con valores previos de tangente delta, que establezcan parámetros iniciales comparativos del cable analizado, (evolución de defectos), el análisis del resultado será tomado en consideración a las siguientes dos variables:
- Comparación de resultados entre las distintas fases de una misma terna.
- Estabilidad del valor de tangente ante la tensión creciente de ensayo.
Los grados 1 al 4 indican el envejecimiento (aged condition) del sistema de cables, en un orden ascendente (grado de deterioro o de de gradación). Luego, un poderoso software permite graficar y mantener en pantalla todas las variables medidas, en tiempo real y en forma simultánea.
Luego, un poderoso software permite graficar y mantener en pantalla todas las variables medidas, en tiempo real y en forma simultánea.
REFLECTOMETRIA DIFERENCIAL DE CONDUCTORES
Acorde a lineamientos de IEEE STD1234-2007
OBJETIVOS:
- Mediciones con registros digitales, sobre cada uno de las fases asociadas, mediante la inyección de señales de baja tensión (14 V), y alta frecuencia (10 khz).
- Obtención del mapa de discontinuidades y cambios de impedancias a lo largo de cada tendido.
- Emisión de reporte con descripción de anomalías o discrepancias atribuidas a radios de curvaturas, empalmes, aplastamientos, ingreso de humedad, cambios de secciones y todo otro tipo de imperfecciones detectadas.
- Estudio de discrepancias comparativas entre distintas fases de una misma terna.
LINEAMIENTOS:
Se dice que la Reflectometría Convencional, permite "ver" en el interior de un cable y a lo largo de todo su recorrido.
Un empalme que forma parte de un tendido subterráneo, puede ser analizado en cuanto a su calidad de confección / estado actual, por medio de la aplicación de las técnicas de reflectometría convencional.
A diferencia de lo que sucede con un instrumento de lectura directa, en donde la magnitud a leer queda definida numéricamente, sin lugar a discusiones; en un reflectómetro aparece ahora el termino "interpretación", es decir que el especialista no tendrá ante sus ojos un valor numérico absoluto, si no que deberá interpretar una gráfica (gráfica reflectométrica), la cual seguramente contendrá todas las respuesta a sus preguntas, pero deberá "interpretar" según su raciocinio, que es lo que le está indicando la misma.
Un TDR diferencial 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.
Uno o todos los empalmes que forman parte de un tendido subterráneo, pueden ser analizados en cuanto a su calidad de confección / estado actual, por medio de la aplicación de las técnicas de reflectometría convencional, pero para la interpretación eficiente de sus resultados, es necesario manejar cuidadosamente los conceptos de: atenuación, ubicación, cantidad total de empalmes existentes en el tendido, y la existencia o no de otros empalmes ubicados en forma previa al analizado.
Estando el sistema de cables desenergizado y libre de tierras en ambos extremos, se realizará una toma reflectométrica a distintos niveles de ganancias, utilizando un reflectómetro de canal dual que permite mediciones del tipo diferencial.
Por medio de la aplicación de pulsos eléctricos de alta frecuencia sobre cada conductor; se procederá al registro de todos y de cada uno de los cambios de impedancias (reflexiones) que la muestra produzca. Estos cambios serán visualizados como pulsos de polaridades específicas en el registro de reflectometría, para ser sometidos a un análisis de causa/origen de los mismos.
Se registrarán desde cada extremo del cable, y se guardarán en memoria no volátil, tres señales (de un total de seis), de todos los cambios de impedancias del sistema, las cuales serán analizadas en forma unitaria y en comparación. Estas imágenes serán luego guardadas como registro inicial del sistema, y serán utilizadas a futuro para una clara identificación de cambios a lo largo del tiempo, en la estructura mecánica del sistema.
ENSAYO DE INTEGRIDAD DE LA CUBIERTA EXTERIOR
Acorde a lineamientos de IEC-60502-2006 / IEEE1425-2001
OBJETIVOS:
- Determinación de puntos a tierra en la pantalla, a lo largo de toda la línea.
- Verificar la existencia de zonas en las que se ha producido una rotura de la cubierta exterior del cable, permitiendo el posible ingreso de humedad y proceso de degradación.
- Evitar puntos de calentamiento concentrado.
- Medición efectuada mediante la aplicación de tensión de ensayo C.C., nivel de tensión de prueba de hasta 10KV CC, durante 1 minuto, de acuerdo a IEC 60840 / IEC62067 e IEC60229 - Cláusula 5.
LINEAMIENTOS:
Se procederá a levantar las conexiones a tierra de las pantallas, en ambos extremos de línea. Desde la S.E., se aplicará tensión DC entre pantalla de una fase y tierra, colocando las otras dos pantallas y los conductores de las fases a tierra.
La tensión aplicada se incrementará en escalones hasta alcanzar el valor máximo de ensayo: 10KV de tensión continua. Este procedimiento se repetirá por cada pantalla de cada fase. La tensión de prueba será aplicada durante 1 minuto por cada pantalla. Durante el ensayo se verificará que no se produzcan descargas disruptivas ni incrementos sustanciales de corrientes, según lo establecido en IEC-60502-2006 / IEEE1425-2001. La comparación de valores obtenidos en cada medición (cada fase) será de carácter cuantitativo para determinar condiciones de anomalías.
En caso de detectarse una marcada asimetría de las corrientes medidas o una falla a tierra, se procederá a sectorizar las mediciones con el objetivo de determinar la sección con falla.
LOCALIZACION DE FALLAS EN CABLES
Las técnicas aplicadas para determinar la ubicación de las fallas o averías en instalaciones eléctricas subterráneas son tan remotas como las instalaciones mismas, originándose y evolucionando 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 no desarrollados, 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 debe 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), deben extremarse los cuidados y no sobre-exigir innecesariamente al cable para no 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 muchas 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, ha 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.
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.
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