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ANÁLISIS DE CONDICIÓN POR CORROSIÓN DE LOS CABLES DEL TIPO AERO “Z” INSTALADOS EN LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA DE “REP”.

JUAN GUILLERMO MAYA MONTOYA

Analista Gestión Equipo Líneas

Dirección Gestión mantenimiento ISA-Colombia

[email protected]

RESUMEN. Red de Energía del Perú (REP), tiene instalados aproximadamente 2460 Km. de cable del tipo Aero “Z” en algunas líneas de transmisión de energía ubicadas en zonas costeras de muy alta agresividad corrosiva; la rotura de uno de estos cables conductores en el mes de marzo de 2009, obligo a realizar un análisis para determinar tanto su condición actual como su comportamiento futuro. El análisis realizado concluye que la vida útil de los cables se encuentra entre los 10 y 12 años de servicio, por lo que se debe elaborar un plan de sustitución del total de los cables a un costo aproximado de USD 33´000.000. PALABRAS CLAVES. Corrosión, cable engrasado, cloruros, vida útil remanente. INTRODUCCIÓN. En el año 1996 la Empresa de Transmisión Eléctrica Centro Norte S.A. (ETECEN), contrato con la firma DESSAU Inc. de Canadá, un estudio para la rehabilitación de las líneas de transmisión costeras a 220 kV.; el estudio incluyó una evaluación comparativa entre varias alternativas de cables para disminuir las pérdidas por efecto corona y entre otras se evaluaron ventajas constructivas como un menor diámetro, mejor comportamiento de la vibración eólica, superficies lisas que no favorezcan la acumulación de contaminantes, facilidad de limpieza y gran resistencia a la corrosión. En 1998 el estudio concluye lo siguiente: “el conductor seleccionado es de resistencia media, ACAR, de cuerpo liso, de hilos trapezoidales (ACAR/TW)”. En los años 2000 y 2001 en la gestión de ETECEN se adquirió un total de 1,059 Km. de conductor del tipo Areo “Z” de 455 mm2 de los cuales el primer envío del fabricante ALCATEL ahora NEXANS fue

de 130 Km. sin grasa y la diferencia de 929 Km. fue parcialmente engrasado. Finalmente REP a partir del 2006, ha adquirido 1,495 Km., de los cuales 610 Km. de Aero “Z” 301 mm2 corresponde para la línea 220 kV. San Juan – Chilca y 885 Km. de Aero Z 455 mm2 para el segundo circuito línea 220 kV Zapallal – Paramonga – Chimbote. Dado el antecedente de falla del cable por ataque corrosivo, se realizo con carácter urgente un análisis a la condición real de los cables del tipo Aero “Z” y definieron las acciones necesarias para ejecutar en el corto, mediano y largo plazo.

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Fuente: Informe DGM ISA Colombia-DME REP Perú

Fotografía 1. Cable tipo Aero “Z” afectado por la corrosión.

Se tiene aproximadamente 2460 Km. de cable del tipo Aero “Z” instalado en las líneas de transmisión

mailto:[email protected]

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de energía de Red de Energía del Perú y se observa que esta siendo afectado fuertemente por la corrosión tanto en sus alambres externos como en los internos. El día viernes 13 de marzo de 2009 a las 03:39 horas se presento la rotura de un cable conductor del tipo Aero “Z” en el vano P-212 a 213 de la L-2212 Huacho – Zapallal en el sector de Ancón al norte de Lima.

Fuente: Archivo Fotográfico DME REP Perú

Fotografía 2. Zona donde se rompió el cable tipo Aero “Z” afectado por la corrosión.

1.1 Sección del cable tipo Aero “Z” instalado en REP.

Como se puede ver en la figura 1., el cable del tipo Aero ”Z” adquirido por REP, presenta 61 alambres de aluminio dispuestos en cuatro coronas y un alambre central; los alambres que componen las dos coronas exteriores presentan una geometría trapezoidal en forma de “Z”, las otras dos coronas interiores y el alambre central son cilíndricos.


Figura 1. Detalle fotográfico y esquemático de la sección del cable tipo Aero “Z”

1.2 Cable Aero “Z” sin grasa entre capas


Figura 2. Detalle fotográfico y esquemático de la sección del cable tipo Aero “Z” sin grasa

La figura 2. muestra el interior de un cable del tipo Aero “Z” sin grasa adquirido por REP y montado en algunas de sus líneas.

1.3 Cable Aero “Z” parcialmente engrasado REP también tiene cable del tipo de Aero “Z” parcialmente engrasado en algunas de sus líneas; obsérvese en la figura 3. que los alambres cilíndricos del centro del cable se encuentran engrasados, a la derecha se ilustra con un corte transversal la capa de alambres que lleva la grasa.


Figura 3. Detalle fotográfico y esquemático de la sección del cable tipo Aero “Z” parcialmente

engrasado

1.4 Ataque corrosivo en los alambres En la siguiente figura se muestra los productos de corrosión presentes entre las capas de alambres de un cable del tipo Aero “Z” sin grasa, instalado en el año 2000 en el sector de Ancón al norte de Lima.

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Figura 4. Detalle fotográfico y esquemático del ataque corrosivo en los alambres interiores del cable

tipo Aero “Z” La siguiente fotografía muestra que los productos de corrosión (hidróxidos) llegan hasta los alambres cilíndricos centrales del cable del tipo Aero “Z” sin grasa.


Fotografía 4. Alambres interiores cilíndricos atacados por la corrosión

El cable del tipo Aero “Z” parcialmente engrasado también presenta un ataque corrosivo muy severo en las dos capas exteriores de alambres; los alambres cilíndricos centrales no presentan corrosión por estar protegidos con la grasa (Fotografía 5.).


Fotografía 5. Cable parcialmente engrasado sin ataque corrosivo en los alambres engrasados

Obsérvese el alambre roto en la fotografía 6.; esta situación se presenta en muchos puntos de los alambres exteriores a lo largo del cable Aero “Z” sin grasa y con 8 años de instalación.


Fotografía 6. Forma de falla de los alambres exteriores atacado por la corrosión

La siguiente fotografía muestra la acumulación de hidróxido de aluminio en forma de masa blanca, llamada normalmente alúmina (aunque generalmente es bayerita), que constituye el producto de la corrosión.

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Fotografía 7. Productos de corrosión en los alambres interiores del cable

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Corrosión por hendiduras La corrosión por hendiduras se presenta en espacios confinados o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho; este es el caso de los alambres que componen los cables conductores de energía. Para que se presente la corrosión por hendidura, la hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. Aunque no se han definido los limites de la brecha, es conocido que este tipo de corrosión no se presenta en espacios más grandes. Las hendiduras permiten la concentración de contaminantes agresivos que promueven la corrosión.

2.2 Corrosión por picado Aniones como el Cl- provenientes del mar y depositados sobre la superficie del óxido natural de los alambres de aluminio, reaccionan con el oxido dando lugar a sales solubles. La película de óxido es permeable a los iones Cl-; estos migran hacia el interior de la película favoreciendo la migración hacia el exterior de los cationes Al3+5 promoviendo así el picado del alambre.


Figura 5. Esquema del proceso corrosivo por picado

en un alambre de aluminio La siguiente fotografía fue tomada por la Universidad Católica de Lima en uno de los alambres trapezoidales de un cable del tipo Aero”Z”; obsérvese la similitud del picado con la representación esquemática de la figura 5.


Fotografía 8. Ataque por picado en un alambre de cable tipo Aero “Z”

3. ANÁLISIS DEL ATAQUE CORROSIVO Los alambres exteriores de los cables del tipo Aero “Z” son muy compactos; sin grasa, la penetración de los cloruros transportados por los vientos desde el mar es inevitable. Las flechas rojas ilustran la

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forma como los cloruros ayudados por la humedad entran por los intersticios hasta los alambres mas centrales del cable.


Figura 6. Representación esquemática de la penetración de cloruros en el cable

Obsérvese en la siguiente fotografía como el diseño de los alambres trapezoidales que componen el cable del tipo Aero “Z”, hace que se tenga un contacto muy estrecho en toda su superficie, situación que favorece los procesos corrosivos produciendo gran cantidad de productos de corrosión (hidróxidos) sobre los alambres.


Fotografía 9. Ataque por picado en un alambre de cable tipo Aero “Z”

El tiempo de instalación del cable (aprox. 8 años), ha permitido que se filtren las sales marinas y se

generen procesos corrosivos muy agresivos incluso en los alambres más interiores del cable como se observa la fotografía 10.


Fotografía 10. Ataque por picado en alambres cilíndricos centrales del cable tipo Aero “Z” sin

grasa

La fotografía 11. muestra en detalle el ataque corrosivo por picado en uno de los alambres trapezoidales del cable del tipo Aero “Z” sin grasa, la fotografía fue tomada luego de realizar la limpieza de los productos de corrosión (hidróxidos y otros oxidos); obsérvese dentro del circulo amarillo el picado profundo.


Fotografía 11. Detalle de un ataque por picado en alambres trapezoidal del cable tipo Aero “Z” sin

grasa

La siguiente figura muestra el detalle del ataque corrosivo típico presente en la cara superior de los

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alambres trapezoidales de los cables del tipo Aero “Z”; obsérvese como los procesos corrosivos se dan aisladamente por picado (números), y luego se juntan para formar nichos de corrosión más agresivos.


Fotografía 12. Detalle de nichos de corrosión en alambres trapezoidales

Los procesos corrosivos se generalizan en toda la superficie de los alambres, obsérvese en la siguiente fotografía el detalle del ataque corrosivo presente en la cara inferior y laterales internos de los alambres trapezoidales de los cables del tipo Aero “Z”.


Fotografía 13. Detalle de nichos de corrosión en la parte inferior de un alambre trapezoidal

La corrosión atmosférica del aluminio suele ser de tipo localizado, con formación de múltiples

picaduras por toda la superficie metálica como se muestra en estos alambres de cable del tipo Aero “Z” desmontado para el análisis (fotografía 14).


Fotografía 13. Nichos de corrosión en varios alambres trapezoidales

4. HIPÓTESIS DEL MODO DE FALLA Con el paso de los años, la presencia de sales transportadas desde el mar y la humedad propia de la región favorece la disolución de los cloruros que se filtran entre los alambres exteriores del cable y se depositan en todos los intersticios de los alambres interiores. En el interior del cable, los cloruros reaccionan con las superficies de los alambres generándose un proceso corrosivo que se conoce como “corrosión por hendiduras” y la forma en la que se manifiesta el fenómeno en los alambres es por picado. Cuando los alambres pierden sección por el picado del ataque corrosivo, el cable reduce drásticamente su resistencia a la tracción y a la fatiga. Finalmente, el cable conductor con su capacidad mecánica bastante disminuida en su interior por la corrosión, se ve afectado por los vientos que eventualmente lo llevan a la rotura.

5. EXPECTATIVA DE VIDA ÚTIL

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La tabla 1. presenta el promedio de los resultados de las pruebas de tracción realizada en algunos cables del tipo Aero “Z” desmontado y el porcentaje equivalente a un cable nuevo que también fue probado y que sirve de referencia.


Tabla 1. Pruebas de rotura a cables Aero “Z”

5.1 Consideraciones El traslape de los alambres en los cables del tipo Aero “Z” evita en buena medida que los mismos se despendan del cable cuando se rompen por el ataque corrosivo; sin embargo, también es cierto que su diseño hace que entre los alambres se tengan un contacto muy estrecho en su superficie y longitud, situación que favorece los procesos corrosivos cuando logra penetrar el agente agresivo produciendo gran cantidad de óxidos que a su vez pueden generar cierta resistencia al flujo de la energía (ver fotografía 9.). Si bien los ensayos de rotura hechos a las muestras desmontadas de las líneas muestran resultados relativamente aceptables comparados con la muestra de un cable nuevo, estos deben complementarse con el análisis físico de los ataques corrosivos presentes en los alambres; la pérdida hasta de un 20% en la capacidad mecánica de algunas muestras evaluadas, los procesos corrosivos y el picado generalizado presente en las superficies de los alambres de los cables del tipo Aero “Z”, llevan a determinar que la expectativa de vida útil de un cable de este tipo sin

grasa, sea de aproximadamente 10 años y con grasa parcial, de aproximadamente 12 años. Dado que al momento de elaborar este análisis no se conocía con certeza donde fueron instalados los cables con y sin grasa, se elaboró la tabla 2. que da una idea de la vida útil remanente de los dos cables además de las cantidades que posiblemente se deberá cambiar.


Tabla 2. Expectativa de vida útil remanente de los cables Aero “Z” instalados

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. La expectativa de vida útil de los cables del tipo Aero “Z” adquiridos por REP, es de 10 años para el cable sin grasa y de 12 años para el cable parcialmente engrasado.

2. Tanto los cables del tipo Aero “Z” sin grasa

como los parcialmente engrasados presentan ataques corrosivos en los alambres de las coronas exteriores que disminuyen la resistencia mecánica de los mismos.

3. Los procesos corrosivos presentes en los

cables y que determinan su deterioro es “la corrosión por hendiduras” y “la corrosión por picado”.

4. La geometría y ensamble de los alambres

que componen los cables del tipo Aero “Z”

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sin grasa favorecen la generación de procesos corrosivos cuando son instalados en atmósferas marinas.

5. El engrasado parcial de los cables

conductores del tipo Aero “Z” no es suficiente para evitar el deterioro por corrosión en atmósferas marinas.

6. Se deben determinar los tramos de líneas

donde fue instalado el cable del tipo Aero “Z” sin grasa en el año 2000; para evitar posibles roturas de cables estos deben ser sustituido a más tardar en el año 2010; se deben atender prioritariamente los tramos de líneas con cruces especiales de carreteras, líneas y asentamientos humanos.

7. Se recomienda elaborar un plan de

sustitución de cables del tipo Aero”Z” de acuerdo con la expectativa de vida útil remanente que se muestra en la tabla 2.

8. Para la sustitución del cable se

recomienda utilizar un cable ACAR con grasa entre todas sus capas; este es más económico y se tiene evidencia que presenta un buen desempeño contra la corrosión en zonas de contaminación marina.

9. Se recomienda que la grasa de los nuevos

cables sea resistente al agua de mar y a los ácidos.

Juan Guillermo Maya Montoya

Ingeniero Electromecánico, Especialista Tecnológico en Sistemas Automáticos de Control. Inició su participación en el Grupo ISA en el año 1988, hoy se desempeña como Analista en la Dirección Gestión Mantenimiento de la Casa Matriz del Grupo Empresarial. Actualmente realiza investigaciones y análisis de fallas de componentes de líneas de transmisión de energía y subestaciones eléctricas, así como capacitaciones a los Equipos de Gestión en temas relacionados con el mantenimiento de activos en las filiales del Grupo ISA.

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