CABLES DE ALTA TENSION

TEORIA GENERAL. La función primordial de un cable de energía con aislamiento es la de transmitir energía eléctrica a una corriente y tensión preestablecidos durante cierto tiempo. Un cable de energía unipolar aislado de alta tensión es como el que a continuación se muestra:

CONDUCTOR.- El conductor es el dispositivo encargado de conducir la corriente eléctrica. Los materiales mas utilizados como conductores eléctricos son el cobre y el aluminio, las características eléctricas y mecánicas del cobre son mejores, pero el aluminio es de peso menor. La conductividad del aluminio es aproximadamente el 60% de la del cobre y su resistencia a la tensión mecánica el 40%, pero el peso es casi el 30%. CINTA SEMICONDUCTORA SOBRE EL CONDUCTOR.- Su función es confinar en forma adecuada el campo eléctrico al aislamiento del conductor. Evita las concentraciones de esfuerzos eléctricos que se presentan en los huecos de un conductor cableado, eliminando con ello la ionización entre el conductor y el aislamiento y sirve como elemento de transición entre ambos. Algunos aislantes (papel impregnado ) en contacto con el cobre dan origen a compuestos químicos que degradan las características del aislante, la cinta semiconductora elimina esta desventaja. AISLAMIENTO.- Su función es la de soportar la diferencia de potencial entre el conductor y el exterior del cable y así confinar la corriente eléctrica en el conductor.

CINTA SEMICONDUCTORA SOBRE EL AISLAMIENTO.- La cinta semiconductora sobre el aislamiento asegura el contacto íntimo con el aislamiento, aun en el caso del movimiento de la pantalla metálica, crea una distribución radial y simétrica de los esfuerzos eléctricos en la dirección de máxima resistencia del aislamiento. PANTALLA METALICA ELECTROSTATICA.- La función de la pantalla electrostática es confinar y homogenizar el campo eléctrico al aislamiento distribuyéndolo radial y simétricamente.

También da al cable una capacitancía a tierra uniforme. Por lo que la impedancia es uniforme evitando las reflexiones, eliminando con ello la posibilidad de producir sobre tensiones dañinas al aislamiento.

Otra de las funciones de la pantalla es que reduce el peligro de choque eléctrico al personal y provee un adecuado camino a tierra de las corrientes capacitivas.

CUBIERTA.- La función primordial de la cubierta en un cable de energía es protegerlo de los agentes externos del medio ambiente que lo rodea, tato en la operación como en la instalación. Para su selección debe tomarse en consideración el medio ambiente en que va a operar el cable. ARMADURA.- La función de la armadura es darle protección al cable contra agentes mecánicos ( Golpes, Tensión Mecánica, Etc. ).

PRUEBAS A CABLES DE ALTA TENSION

Las pruebas a efectuar en un cable de Alta Tensión nuevo son:

• Prueba de resistencia de aislamiento. • Prueba de Alta Tensión.

PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: La resistencia de aislamiento se define como la resistencia en Megohms que ofrece un aislamiento al aplicarle un voltaje de corriente directa durante un tiempo dado. Esta prueba sirve para dar únicamente una idea del estado en que se encuentran los aislamientos, no es una prueba decisiva, ya que se puede obtener valores bajos por otros motivos ajenos al aislamiento, los factores que pueden afectar la prueba son la suciedad, humedad y temperatura. A la corriente resultante de la aplicación de un voltaje de corriente directa a un aislamiento se le llama CORRIENTE DE AISLAMIENTO y consta de tres componentes principales:

semiconductor

Pantalla Metálica electrostática

conductor

Aislador

Cubierta

CORRIENTE CAPACITIVA.- Es de magnitud relativamente alta pero de corta duración ya que al término de 15 segundos máximo es despreciable, decrece conforme se carga el aislamiento y se debe a que el conductor se comporta como un condensador. A esta componente se debe al bajo valor inicial de la resistencia de aislamiento. CORRIENTE DE ABSORCIÓN DIELECTRICA.- Es la corriente resultante de la carga que absorbe el dieléctrico como resultado de la polarización. Es grande al inicio de la prueba y decrece gradualmente con el tiempo a un valor cercano a cero siguiendo una función exponencial. Para efecto de prueba puede despreciarse el cambio que ocurre después de 10 minutos. CORRIENTE DE FUGA.- Es la corriente que fluye a través del aislamiento y es proporcional al voltaje aplicado, permanece constante a través del tiempo y constituye el factor primario para juzgar las condiciones del aislamiento. Las lecturas de resistencia de aislamiento deben considerase como relativas y su resultado no solo debe servirnos para comprobar que los valores se mantengan por arriba de un mínimo recomendado, su mayor beneficio es cuando se compara con pruebas anteriores efectuadas al equipo observando su comportamiento a trabes del tiempo, una grafica nos seria de gran utilidad. Los valores mínimos para cables mono-polares están dados por la siguiente ecuación:

R = K Log10 ( D / d ) Donde: R = Resistencia de aislamiento en Megohms-Km K = Constante de resistencia de aislamiento ( Ver tabla ) D = Diámetro sobre aislamiento en milímetros d = Diámetro bajo aislamiento en milímetros TABLA DE CONSTANTE DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

AISLAMIENTO K ( M Ω - Km ) Papel impregnado 3000 a 20ºC

Sintenax 750 a 20ºC Polietileno 15,250 a 15.6ºC

Vulcanel XLP 6.100 a 15.6ºC Vulcanel EP 6,100 a 15.6ºC

Para efectuar la prueba de resistencia de aislamiento a un cable de alta tensión se utiliza el megger motorizado en escala de 5,000 VCD y aplicando dicho voltaje entre el conductor y la pantalla.

PRUEBA DE ALTA TENSION DE C.D. ( HIT- POT )

Es obligatorio efectuar una prueba de alta tensión de C.D. a un cable recién instalado antes de energizarlo. Con esta prueba se determina si el cable esta en condiciones de ser energizado o no. Para cables nuevos, el potencial de prueba es tres veces el voltaje nominal del cable.

La especificación para cables con pantallas para pruebas de aceptación en campo recomienda que el voltaje de prueba no sea mayor del 80% de la tensión de prueba de fábrica. Esta tensión máxima de prueba debe mantenerse por 10 minutos, durante los cuales se toman valores de la corriente de fuga. La prueba se considera como buena a menos que el interruptor del circuito del equipo de pruebas opere si el cable falla.

Para pruebas subsecuentes con propósito de verificación durante acciones de mantenimiento, el nivel de pruebas debe reducirse al orden del 65% durante 5 minutos.

Los porcentajes expresados anteriormente son con base a la denominada "tensión nominal de prueba". PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

• Desenergizar los cables a probar. • Aterrizar y desconectarlos. • Limpiar los cables en sus extremos con solvente dieléctricos. • Instalar letreros de seguridad cerca de los extremos de los cables y dejar a una persona

vigilando para evitar un accidente. • Conectar a tierra el equipo de tierra, las pantallas de los cables armadura y cables próximos

al que se va a probar . • Procurar dejar un espacio mínimo de 25 cm. Por cada 10 KV de prueba entre el cable a

probar y cualquier otro conductor de prueba. • Conectar el conductor de alta tensión del probador al cable por probar. • Aplicar el voltaje de prueba en cinco pasos con un mínimo de espera en cada incremento. • Mantener aplicado el voltaje de prueba por 10 minutos mas para que la prueba total sea de

15 minutos, tomando cada minuto el tiempo, potencial aplicado y corriente de fuga. • Reducir a cero lentamente el control de voltaje y esperar a que el potencial residual

decrezca mínimo al 20% del potencial de prueba. • Aterrizar el cable probado, se recomienda que la tierra se mantenga por lo menos 30

minutos. Al estar ejecutando la prueba es necesario ver el comportamiento de la corriente, porque si esta se incrementa demasiado, debe suspenderse la prueba y revisar las terminales por posible humedad o suciedad. La grafica a continuación mostrada puede ser de gran utilidad para tomar un criterio del momento en que debe suspenderse una prueba.

La grafica anterior representa curvas de corriente de fuga contra voltaje- tiempo para diferentes condiciones de aislamientos en cables de alta tensión. CURVA A.- Es una curva típica de buen aislamiento CURVA B.- Indica buen aislamiento del cable donde sus terminales están húmedas o contaminadas. En este caso se sugiere descontinuar la prueba, descargar el cable, limpiar perfectamente las terminales y reanudar la prueba. Generalmente se obtiene un valor como en “A”. CURVA C.- Aquí se indica la posibilidad de una burbuja, impureza en el aislamiento del cable o de las conexiones. En la mayoría de los casos, el voltaje indica la ionización del aire contenido en la burbuja lo que produce alta energía calorífica que causa la destrucción del aislamiento ocasionando falla. CURVA D.- En algunos casos donde se tiene humedad o contaminantes en las terminales se presenta una curva como esta, si después de seguir el procedimiento indicado para la curva B no mejoran los resultados, puede tratarse de mano de obra defectuosa en empalmes y terminales ( generalmente se trata de presencia de materiales semiconductores sobre el aislamiento ). CURVA E.- Esta curva indica presencia de humedad que sin embargo no es suficiente para producir fallas. Esta curva se presenta comúnmente en cables húmedos aislados con cambray barnizado.

*Pruebas a cables de energía con VLF. Cumpliendo con el procedimiento indicado en sus procedimiento: Desenergizado del circuito, desconectar los interruptores y extraer de sus cubículos, colocar candados y etiquetas, verificar ausencia de voltaje con voltmetro de alta tensión, aterrizar interruptores Desconectar los cables alimentadores, drenar a tierra las cargas estáticas, limpiar con solvente los conos de alivio para eliminar el polvo y la suciedad, revisar y dar mantenimiento a los conectores mecánicos. realizar las pruebas siguientes a cada uno de los cables conductores del primario y secundario del transformador:

55 0

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6

D

E

C

B

A

Corriente de fuga en miliampere Tensión de C.D. en KV Tiempo en minuto

nota importante: para esta prueba considerar que el cable tiene 17 años de operación. El voltaje a aplicar debe ser con base a los valores de la norma aplicable para cables usados y nuevos ya que el valor varía al ser una prueba destructiva. Realizar los mantenimientos y pruebas de acuerdo a procedimientos proporcionado por el contratista y revisado por PGPB. Métodos de prueba a utilizar: MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DE FASE A TIERRA. Usando un Megóhmetro digital marca de la marca que sea se aplica a cada fase del cable una tensión de 5000 V con ayuda del siguiente circuito debido a la electroendósmosis (pag. 3/9) Norma : NMX-J-294-ANCE-2002). PRUEBA VLF A CABLES DE MEDIA TENSION CON AISLAMIENTO EXTRUIDO DE ACUERDO A LA NORMA NMJ-142/1-ANCE-2009. Procedimiento de prueba. Medición de tensión de aguante del aislamiento a muy baja frecuencia. El cable o sistema de cables a comprobar se conecta al equipo de prueba VLF de la siguiente forma: Durante la prueba se genera una señal del tipo coseno rectangular y el voltaje es elevado hasta un valor máximo positivo especificado en la Tabla 4 de NOM-J-142/1-ANCE-2009 a una frecuencia de 0.1 Hz. y posteriormente se invierte la polaridad del voltaje de prueba. La forma de la señal es similar a la mostrada en la figura siguiente: Cuando el cable o sistema de cables pasa la prueba de tensión VLF, la tensión de prueba se regula a cero y el cable y equipo de prueba son descargados y aterrizados. El cable o sistema de cables se puede volver a poner en operación. Si un cable o sistema de cable no pasa la prueba, se cae el voltaje de prueba, el Equipo VLF se apaga para descargar a tierra el equipo y el cable. La falla en el cable puede ser localizada con el equipo estándar de localización de fallas de cables

La prueba debe evaluarse de la siguiente manera: Se considera que el cable de energía y/o sus accesorios cumplen con la prueba, si soportan la tensión de prueba durante el tiempo programado y no se presenta flameo o perforación en el sistema de cables o sus accesorios. VALORES MÁXIMOS DE TENSIÓN DE PRUEBA NORMA NMX-J-142/1-ANCE-2009

Nota .- Los resultados de las pruebas de campo sobre cables de 350 volts con aislamiento XLPE muestran que el 68% de las fallas detectadas ocurren dentro de los primeros 12 minutos de prueba, el 89% dentro de los primeros 30 minutos, el 95% dentro de los primeros 45 minutos, y el 100% dentro de los primeros 60 minutos. El tiempo de prueba recomendado es de 15 a 60 minutos, se sugiere un tiempo de 30 minutos.