CURSO BASICO DE NIVELACION
EN ENSAYO DE CABLES DE
MEDIA TENSION
5 de diciembre de 2022
U.E.S.A.
PROGRAMA
• 1)
Concepto de aislante, conductor y semiconductor
• 2)
Estructura de un cable de MT XLPE
• 3)
Parámetros característicos: material, sección principal y tensión de trabajo
• 4)
Tensiones a las que se ve sometido un cable (nominal, clase, maniobra, impulso, eficaz, de pico, etc.)
• 5)
Definición del Uo de un cable
• 6)
Resistencia longitudinal del cable y de la pantalla del cable.
• 7)
Resistencia transversal del cable
• 8)
Capacidad transversal del cable
• 9)
Velocidad de propagación de una onda en un cable. Modelado por cuadripolo.
• 10)
Resistencia de la cubierta y valores esperados
• 11)
Concepto de VLF, valores de ensayo y criterios de aprobación
• 12)
Concepto de tangente delta y valores esperados
• 13)
Concepto de descargas parciales y valores esperados
• 14)
Introducción básica al equipamiento de ensayo y principio de funcionamiento
• 15)
Dudas, preguntas y propuestas
1) Concepto de aislante, semiconductor y
conductor
2) Estructura de un cable de media tensión
XLPE
3) Parámetros característicos: material del
conductor, sección principl y tensión de trabajo.
• NO-DIS-MA-1508 CABLE SUBTERRÁNEO UNIPOLAR.pdf
4) Tensiones a las que se ve sometido un
cable de MT
• Valor eficaz, valor de pico, valor medio
• Tensión nominal: tensión eficaz a la cual un equipo estará sometido la
mayor parte del tiempo y para la cual está diseñado.
• Clase de tensión: máxima tensión eficaz a la cual puede estar sometida en
forma permanente un equipo
• Tensión de maniobra: máxima tensión de pico a la cual puede estar
sometido en equipo durante maniobras de la red de periodo acotado
(segundos, minutos)
• Tensión de impulso: máxima tensión de pico a la cual puede estar sometido
un equipo al que se le aplica un impulso determinado (simulando una
descarga atmosférica (microsegundos)
5) Definición del Uo de un cable
• En todo cable aparece la indicación XXX/YYY kV por ejemplo 18/30 kV
• Lo anterior indica que el cable soporta en forma permanente la
tensión eficaz de 18 kV entre el conductor principal y la pantalla de
cobre y 30 kV entre los conductores principales de 2 cables de la
misma naturaleza colocados uno junto al otro en cualquier condición
del terreno.
• Se define como Uo del cable el valor XXX en este caso 18 kV
• Este valor es el que normalmente es tomado como referencia por los
equipos de ensayo de cables y es importante recordar que es un valor
eficaz.
6) Resistencia longitudinal del cable y de la
pantalla del cable
• Es el valor en ohms que existe entre los extremos de un cable bajo ensayo
ya sea del conductor principal o de la pantalla de cobre.
• En los ensayos solicitados por los clientes habitualmente se solicita la
resistencia de la pantalla del cable. Esto se hace por 2 razones: para
verificar que la sección de la pantalla es realmente la declarada en los
datos característicos del cable y para verificar la continuidad de la pantalla
de cobre a lo largo del recorrido del cable. Si hubiera daño en la pantalla o
inclusive una interrupción en la misma debido a un empalme mal
ejecutado, este valor lo mostrará claramente.
• Normalmente no se mide la resistencia del cable principal porque un daño
en el mismo es menos probable y sería fácilmente evidenciado por un daño
en la pantalla del mismo. Además, la sección principal de un cable es
visualmente verificable.
7) Resisencia transversal del cable
• Se la define como la resistencia existente entre el conductor principal
y la pantalla estando ambos completamente separados y
adecuadamente aislados.
• Es la resistencia del aislante.
• En un caso ideal esta resistencia es infinita. En la practica no lo es
debido a fugas en el aislante debidas a diversas causas
• Se puede medir fácilmente con un meghometro y se ve afectada por
la tensión que incrementa los caminos de conducción.
• Disminuye inversamente con la longitud del cable por lo que no
puede ser tomada como un valor de referencia.
8) Capacidad transversal del cable
• La propia topología del cable determina una capacidad característica para
el mismo. El conductor principal y su pantalla se comportan como un
condensador que definen la capacidad del cable.
• La capacidad nunca puede ser anulada. Depende de varios factores como
el tipo de aislante, su espesor, la forma del cable, su longitud, el diámetro
del conductor interno, etc.
• A medida que la longitud del cable aumenta, la capacidad aumenta debido
a que aumentan las áreas contrapuestas del condensador.
• Por el contrario, la reactancia capacitiva disminuye (Xc = 1/(2.p.f.C)
• El comportamiento de Xc es igual al de la R transversal del cable (disminuye
al aumentar la longitud del cable).
9) Velocidad de propagación de una onda en
un cable. Modelado por cuadripolo
9) Velocidad de propagación de una onda en
un cable. Modelado por cuadripolo
• Del modelo anterior surge que cuando aplico un escalón de tensión en la
entrada del cuadripolo, no se trasmite instantáneamente a la salida del
cuadripolo. Hay un tiempo de carga de los condensadores definido por la
constante RC del cable.
• El pasaje de un pulso o cualquier señal a través del cable se vera
enlentecido por el pasaje a través de infinitos cuadripolos. Y también se
vera amortiguado ya que en las resistencias se disipa potencia.
• En conclusión los pulsos demoran un tiempo en pasar a través del cable
(esto define la velocidad de propagación) y tendrán una amortiguación
debido a las perdidas (esto define la potencia requerida por el equipo para
poder enviar el pulso, recibir su reflejo y poder medirlo.
10) Resistencia de la cubierta y valores
esperados
• La cubierta del cable es la que lo aísla del medio exterior y protege la
pantalla del mismo.
• Por lo general es de PVC. Se la ensaya con C.C. a razón de 4 kV por
mm de espesor de aislación. Para los cables de UTE se aplican 10 kV.
• La tensión aplicada durante 1 minuto no debe caer para que la
prueba sea aceptable.
• Si la tensión cae es índice de que la corriente esta fugando por algún
punto de la cubierta, debiendo este punto ser localizado y reparado.
No está en el alcance de este curso el analizar este tipo de ensayos.
11) Concepto de VLF, valores de ensayo y
criterios de aprobación.
• El ensayo VLF (Very Low Frecuency) es básicamente un ensayo de aislación
realizado en C.A. de baja frecuencia para dañar menos la estructura
aislante del cable.
• Se busca, con ese objeto, que la frecuencia de ensayo sea lo mas alta
posible. Pero al aumentar la frecuencia, disminuye Xc y aumenta la
corriente llegándose a los limites de cargabilidad del equipo de ensayo. Por
eso para cables muy largos, y con el fin de aumentar Xc, y al no poder
reducirse la capacidad, debe reducirse la frecuencia para hacer el ensayo
viable
• Las condiciones de aceptación del ensayo pueden ser vistas en:UTE-NO-ITDIS-AO-PM10-02 - ENSAYOS DE AISLACIÓN Y CONT.CABLES APANT MT.pdf
12) Concepto de tangente delta y valores
esperados.
• La tangente delta puede ser definida como el cociente entre la reactancia
capacitiva transversal del cable y la resistencia transversal del cable:
• Tangente Delta = Xc / R (esto es una aproximación).
• En un cable ideal Xc tiene un valor que depende de su topología, longitud,
etc. pero R tiende a infinito. Por lo tanto en un cable ideal la tangente delta
es 0.
• En un cable real, la resistencia no es infinita y por lo tanto la tangente delta
no es 0. Cuanto mas próxima de 0 esta la tangente delta, mejor.
• Valores típicos de tangente para un cable de aislación XLPE en buen estado
son entre 0,0001 y 0,0012 o 0,1*10-3 a 1,2*10-3
• La tangente delta es independiente, teóricamente, de la longitud del cable,
ya que si la misma aumenta, Xc se reduce y R también ambos inversamente
con la distancia, por lo que el cociente permanece constante.
12) Concepto de tangente delta y valores
esperados
• La medición de tangente delta es una medición genérica del cable. No
me permite puntualizar defectos en el mismo
• Sin embargo muchos de los problemas de tangente delta tienen que
ver con humedad y esta frecuentemente se presenta en los
empalmes.
• La prueba de tangente delta se hace realizando una inyección de
tensión a VLF a distintos valores de tensión: 0,5 Uo, Uo, 1,5 Uo, 2 Uo
etc. En cada nivel de tensión se realizan varias mediciones (hasta 8 o
más, para evaluar la dispersión en las medidas). Después se evalúan
los resultados y las tendencias para generar un diagnostico.
12) Concepto de tangente delta y valores
esperados
Los parámetros más analizados en la medida de tangente delta son:
1) Valor de la tangente delta a 2 Uo
2) Diferencia del valor de la tangente delta entre 2 Uo y Uo
3) Dispersión de las medidas para cada nivel de tensión (desviación
estándar)
Analizando la norma de UTE se observa que quedan fijados los valores
permitidos y los de rechazo.
Puede ser visto en:NO-DIS-MA-1508 CABLE SUBTERRÁNEO
UNIPOLAR.pdf
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Que es una descarga parcial?
• Que la produce?
• Como se mide?
• Como se evita?
• Normativa de UTE en lo referente a valores aceptados de descargas
parciales: UTE NO-DIS-MA-5107 DIAGNÓSTICO DE CABLES
SUBTERRÁNEOS DE MT.pdf
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Que es una descarga parcial?
• La descarga parcial es una pequeña avalancha de electrones que se
produce debido a una microfalla (permanente o fugaz) en la aislación
como consecuencia del estress del medio aislante debido al campo
eléctrico elevado. Se pueden producir cientos de miles de
microdescargas. La perdida momentánea (parcial) de la aislación del
medio aislante (descarga) produce en descenso de tensión y una
avalancha momentánea de corriente (muy pequeña) durante un
tiempo muy limitado (fracciones de milisegundos)
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Que la produce?
• Cuando el campo eléctrico en el medio aislante supera el campo eléctrico
máximo que este puede resistir, el medio aislante se daña (transitoria o
definitivamente) y se produce la descarga parcial
• Las descargas parciales que buscamos son en general transitorias pero
reincidentes, y su presencia a lo largo de los días, meses o años van
produciendo daños irreversibles en la aislación hasta que se produce una
descarga completa y definitiva (daño completo del cable).
• Las aislaciones están pensadas para soportar sobradamente el campo
eléctrico generado por la elevada tensión. Surge entonces la pregunta de
porqué se producen descargas parciales.
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Como se mide?
• La descarga parcial es un brevísimo aumento de corriente, por lo que
se mide como el área debajo de la curva I(t), o en resumen es el
producto del nivel del pulsito de corriente por el tiempo. El producto
de corriente (1 A = 1 C/s) por el tiempo (s) da C (Culombios)
• El culombio es una cantidad concreta de electrones (6,24*1018
electrones)
• Como el Culombio es una descarga de un nivel importante, las
descargas parciales se miden en pico, nano y micro Culombios
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Un dispositivo electrónico activo filtra los pulsitos de corriente de la
corriente principal, y mide la cantidad de pulsitos, su amplitud y
duración y calcula los pC de cada uno de ellos y en base a esto genera
los datos que visualizamos en pantalla
• Ademas como conocemos la velocidad de propagación de los pulsos
en el cable y el largo del cable es posible establecer a que distancia
del equipo de ensayo se generan estos pulsos, calibrando
previamente el equipo. En definitiva tenemos toda la información
necesaria para graficar cantidad de descargas, nivel de descargas y
posición de las mismas en función del nivel de tensión aplicado.
13) Concepto de descargas parciales y valores
esperados
• Como se evitan las descargas parciales?
• Las descargas parciales en aislaciones solidas pueden evitarse casi
completamente. Para ello algunos de los puntos a tener en cuenta son:
• 1) Los empalmes deben realizarse correctamente respetando las distancias
establecidas por el fabricante
• 2) No deben quedar espacios de aire en la aislación o junto a la semiconductora,
ni material conductor
• 3) No debe plegarse el cable mas allá del radio de curvatura permitido. En caso
contrario se puede despegar la aislación o la semiconductora dejando espacios de
aire donde se desarrollan las descargas parciales
• 4) No debe sobreexigirse el cable aplicando tensiones inadecuadas.
• 5) No debe permitirse que se humedezca la capa semiconductora porque
humedecerá el aislante y comenzará el fenómeno de arborescencia
14) Introducción básica al equipamiento de
ensayo y principio de funcionamiento
• VLF
Este ensayo lo realiza un equipo que inyecta tensión alterna de muy baja
frecuencia. La tensión es aplicada entre los puntos a verificar la aislación. El
ensayo es exitoso si el objeto bajo prueba soporta la tensión durante un
plazo determinado sin producirse disrupción.
El nivel de tensión aplicada (como múltiplo de Uo) y el tiempo de duración
del ensayo dependen de la norma que se aplique y del estado de
envejecimiento del cable.
La frecuencia del ensayo (normalmente conmutable entre 0,01 y 0,1 Hz)
depende del largo del cable. Se trata siempre de hacerlo con la mayor
frecuencia posible (0,1 Hz) porque es menos dañino para el cable.
14) Introducción básica al equipamiento de
ensayo y principio de funcionamiento
• Tangente Delta
El equipo que mide tangente delta básicamente inyecta una tensión
alterna sobre el objeto a medir y mide la corriente circulante por él. Del
desfasaje entre corriente y tensión calcula la tangente delta.
Este ensayo se hace con el mismo generador de VLF a distintos niveles
de tensión (0,5 Uo, Uo, 1,5 Uo, etc) y tomando varias medidas en cada
nivel de tensión.
Analizando el comportamiento de los valores de tangente delta
medidos a 2 Uo, la diferencia 2 Uo – Uo y la desviación estándar en las
medidas para cada nivel de tensión, es posible establecer las
condiciones de aislación del cable.
14) Introducción básica al equipamiento de
ensayo y principio de funcionamiento
• Descargas Parciales
Este ensayo también se hace aplicando una tensión alterna sobre el objeto a
ser ensayado.
Al igual que en el ensayo de tangente delta se aplican varios niveles de
tensión y se estudia el comportamiento del objeto ensayado en cuanto a la
generación de descargas parciales
El diagnostico surge de la cantidad, nivel y ubicación de las descargas
parciales a lo largo del cable.
Existen normas que establecen valores permitidos, peligrosos y prohibitivos
de descargas parciales y permiten determinar si el cable esta en condiciones
de entrar en operación o debe ser revisado o reemplazado (o sus empalmes)
15) Dudas, preguntas y propuestas
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