Prueba de cable VLF
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La prueba de cables VLF (muy baja frecuencia) es una técnica para probar cables de media y alta tensión (MT y HV). Los sistemas VLF tienen la ventaja de que pueden fabricarse para que sean pequeños y ligeros; haciéndolos útiles, especialmente para pruebas de campo donde el transporte y el espacio pueden ser problemas. Debido a que la capacitancia inherente de un cable de alimentación debe cargarse cuando se energiza, las fuentes de voltaje de frecuencia del sistema son mucho más grandes, más pesadas y más caras que sus alternativas de frecuencia más baja. Tradicionalmente, las pruebas de CC hipot se usaban para pruebas de campo de cables, pero se ha demostrado que las pruebas de CC no son efectivas para las pruebas de resistencia de cables modernos con aislamiento a base de polímeros (XLPE, EPR). También se ha demostrado que las pruebas de CC reducen la vida útil restante de los cables con aislamiento de polímero envejecido.[1]

La prueba VLF de cables se admite en IEC 60502 (hasta 35 kV) y en IEEE 400.2 (hasta 69 kV). A medida que se desarrollen equipos VLF de voltaje más alto, los estándares pueden adaptarse para aumentar el nivel de voltaje para la aplicación.

La prueba VLF se puede utilizar de varias formas:

  • Aplique VLF a los cables en un enfoque de resistencia simple para detectar fallas potenciales ( fallas ) en el aislamiento del cable durante una interrupción planificada. El cable probado debe soportar una tensión de CA durante un tiempo de prueba especificado sin descargas disruptivas. Este método produce una declaración de "pasa / falla". La prueba del cable VLF utiliza diferentes formas de onda, típicamente sinusoidal y cuadrada, y se debe tener cuidado al describir el voltaje que se utilizará. Los voltajes RMS y pico tienen diferentes relaciones entre sí dependiendo de la forma de onda e IEEE 400.2 usa el nivel de voltaje pico para igualar las formas de onda. Los rangos de frecuencia utilizados están dentro del rango de 0.01 Hz a 0.1 Hz, donde la selección de frecuencia depende de la carga presentada por el cable. Los niveles de voltaje de prueba se calculan utilizando un múltiplo del voltaje fase-fase nominal del cable o mediante tablas en IEEE 400.2; típicamente están en el rango de 1,5 U0 a 3 U0. El tiempo de prueba del cable VLF varía de 15 a 60 minutos. IEEE 400.2 establece algunos voltajes y tiempos de prueba sugeridos.El trabajo posterior del CDFI ha demostrado que no hay cambios significativos en la eficacia de una prueba VLF realizada en el rango de frecuencia de 0,1 a 0,01 Hz cuando se utilizan los voltajes y tiempos IEEE 400.2.[2]
  • Aplique VLF a los cables en un enfoque de resistencia supervisada donde se realiza una medición de diagnóstico antes y durante el curso de la prueba de resistencia. La supervisión de un diagnóstico permite tomar decisiones adicionales antes de que se alcance el voltaje de prueba final. Algunos cables no son buenos candidatos para la prueba de resistencia y una indicación de diagnóstico obtenida a un voltaje más bajo puede anular la necesidad de realizar una prueba de resistencia. Durante la prueba, la medición de un parámetro de diagnóstico se puede utilizar para optimizar los tiempos de prueba. Los tiempos de prueba pueden acortarse para cables con buenas indicaciones de diagnóstico o alargarse para cables que muestran mediciones de diagnóstico deterioradas durante la prueba.
  • Aplique VLF para medir las pérdidas de aislamiento (es decir, el factor de disipación de aislamiento o Tan-delta). En este caso, el IEEE 400.2 establece los criterios de evaluación. La prueba se realiza típicamente en un rango de voltajes de prueba de 0,5 Uo a 2 Uo, según el estándar / guía que se esté siguiendo.
  • Aplicar VLF para detectar y medir descargas parciales . En este caso, la IEEE 400.3 describe un procedimiento de evaluación y la IEC 60270 proporciona los antecedentes para las pruebas de descarga parcial de aparatos de alto voltaje. La prueba se realiza típicamente en un rango de voltajes de prueba para identificar los diferentes defectos y sus voltajes de inicio y extinción.

Prueba de resistencia VLF

Las pruebas de resistencia a alto voltaje se utilizan junto con las mediciones de descargas parciales en cables dieléctricos sólidos y accesorios dentro de las plantas de fabricación para garantizar la calidad de los componentes completos del sistema de cables de MT a EHV. Por lo tanto, es bastante natural que las empresas de servicios públicos también utilicen pruebas de resistencia y descargas parciales como pruebas de puesta en servicio y mantenimiento de los sistemas de cables en el campo. El objetivo de estas pruebas es el mismo que en la prueba de fábrica, es decir, detectar cualquier componente defectuoso del sistema de cables antes de que falle. Las pruebas de resistencia se pueden realizar utilizando una variedad de fuentes de voltaje de CC a 300 Hz y son fáciles de operar y el equipo puede ser económico. Algunas observaciones para la prueba de resistencia VLF son (basadas en resultados de CDFI): [3]

  • Las pruebas de VLF son sencillas de realizar para una empresa de servicios públicos y no requieren servicios especializados.
  • Las tasas de falla durante la prueba en un sistema de cable están en el rango de 0.2 a 4% para pruebas de 30 minutos realizadas a los niveles de voltaje IEEE 400.2.
  • IEEE Std. 400.2 proporciona niveles de prueba de tiempo y voltaje sugeridos, pero los parámetros exactos no son posibles ya que las tasas de crecimiento de defectos no se conocen y pueden variar ampliamente.
  • Las pruebas de VLF en los niveles de prueba IEEE 400.2 no dañan el "buen" aislamiento de los sistemas de cables, pero se utilizan para degradar los defectos de aislamiento existentes a fallas durante la prueba en lugar de en servicio. El razonamiento es que la falla de baja energía del cable bajo prueba da como resultado menos daños colaterales y una menor probabilidad de interrupciones no planificadas debido a fallas en el servicio.
  • Los datos se han recopilado utilizando las dos formas de onda VLF de uso común, hay poca evidencia de una diferencia significativa en los resultados de la tasa de falla que se pueda atribuir a la forma de onda de voltaje cuando se usan los voltajes recomendados.

Prueba VLF Tan Delta

Los cables de distribución de media tensión y sus accesorios forman una parte fundamental de los sistemas de suministro de energía . Los sistemas emplean materiales aislantes que tienen baja permitividad y pérdida. La permitividad y la pérdida son propiedades dieléctricas del material aislante. A medida que los sistemas envejecen, estas propiedades dieléctricas pueden cambiar. La pérdida dieléctrica se puede evaluar ya que puede aumentar varios órdenes de magnitud durante la vida útil de los sistemas. Este enfoque se correlaciona bien con algunos crecimientos con pérdidas en el aislamiento polimérico envejecido, como los árboles acuáticos.

La medición de tan delta constituye una técnica de diagnóstico de cables que evalúa el estado general del aislamiento del sistema de cables, que se puede representar en un circuito equivalente simplificado que consta de dos elementos; una resistencia y un condensador. Cuando se aplica voltaje al sistema, la corriente total es el resultado de las contribuciones de la corriente del condensador y la corriente de la resistencia. El tan delta se define como la relación entre la corriente resistiva y la corriente capacitiva. Las mediciones se realizan fuera de línea.

En la práctica, es conveniente medir las propiedades dieléctricas a un VLF de 0,1 Hz. [4] Esto reduce el tamaño y los requisitos de potencia de la fuente de energía y aumenta la resolución del componente resistivo (componente cercano a CC) de la pérdida dieléctrica (no el componente capacitivo).

Con el IEEE 400.2, se aplican tres criterios diferentes para diagnosticar un sistema de aislamiento de cables utilizando el valor de Tan δ. Un criterio usa la magnitud del valor de Tan δ como una herramienta para el diagnóstico, mientras que el otro usa la diferencia en los valores de Tan δ para tensiones eléctricas o niveles de voltaje particulares. Este último se conoce comúnmente como el "Tip-Up" del valor de Tan δ. [5] Los resultados de ambos criterios a menudo se interpretan utilizando las recomendaciones que se dan en la guía. La guía proporciona un nivel jerárquico que evalúa el sistema de aislamiento del cable. Las principales advertencias con este enfoque son:

  • Es posible que sea necesario realizar más pruebas para localizar la fuente de las pérdidas.
  • Para cables más largos, las contribuciones de pérdida de las partes dañadas pueden diluirse en la medición.
  • Algunos defectos de aislamiento no están asociados con pérdidas.

Prueba de descarga parcial de VLF

Se puede usar una fuente de VLF para energizar el aislamiento e iniciar descargas parciales de defectos dentro del aislamiento. Como la prueba está fuera de línea, la tensión de prueba se puede variar para medir las tensiones de inicio y extinción de la descarga parcial. Se pueden utilizar técnicas de TDR para localizar la fuente de la descarga y se puede realizar una medición de referencia con un calibrador para presentar el pd medido en pC.

Las mediciones de DP de VLF tienen los mismos beneficios y limitaciones que otras mediciones de DP y los datos que se obtienen utilizando diferentes fuentes de voltaje tienen las mismas incertidumbres.

Debe tenerse en cuenta que diferentes defectos pueden exhibir diferentes características dependiendo del entorno y la fuente de excitación. El impacto de esto en la decisión final probablemente sea insignificante. Incluso a voltajes más altos, los criterios de detección (por ejemplo, en Cigre WG B1.28) y el cálculo de la severidad no están definidos y no dependen de las propiedades medidas de la DP. Por tanto, la detección de fuentes de DP es actualmente más importante que la caracterización de los defectos.

La detección de defectos es especialmente útil para cables nuevos donde el análisis de gravedad es quizás menos importante para la decisión que se toma. Cualquier defecto en nuevas instalaciones debe corregirse. Para los sistemas antiguos, la gravedad de la EP puede evaluarse considerando las diversas características de la EP. Desafortunadamente, no existe una guía independiente que pueda usarse para clasificar la gravedad después de una sola medición. Se puede establecer una tendencia a partir de mediciones repetidas y, por lo tanto, es importante que las condiciones de medición se controlen y repitan cuidadosamente para que la comparación de mediciones repetidas sea válida.

Las características típicas de la EP que pueden contribuir al análisis de gravedad incluyen:

  • Tensiones de inicio y extinción
  • Clasificación de tipo PD (interno, superficial, corona)
  • Magnitud de DP (en mV / pC)
  • Tasa de repetición de DP
  • Ubicación del defecto

Comparación con otras fuentes de voltaje

Existe cierto debate en la industria (en gran parte impulsado comercialmente) sobre el uso de diferentes fuentes de voltaje para energizar cables y sobre los beneficios de las diferentes técnicas de diagnóstico cuando se usan junto con las diferentes fuentes.

Planteamiento teórico

El cable está sujeto a tensiones operativas en el voltaje y la frecuencia del sistema, y ​​las fuentes de tensión que son diferentes (en magnitud, forma de onda o frecuencia) proporcionarán tensiones al cable diferentes a las experimentadas en condiciones operativas. Los defectos y daños también pueden responder de manera diferente y las indicaciones de diagnóstico pueden ser diferentes según los tipos de defectos. Los defensores de este enfoque argumentarán que estas diferencias restan valor a los beneficios comerciales ofrecidos por las fuentes de voltaje competidoras.

Acercamiento práctico

Los equipos eléctricos tienen una tasa de fallas que es inversa a su confiabilidad. Las técnicas de prueba tienen la intención de mejorar la confiabilidad del sistema de aislamiento y un análisis del impacto de las pruebas en la confiabilidad de la red bajo prueba es evidencia de la eficacia de la técnica de prueba; independientemente de las diferencias de las tensiones operativas.

Probabilidad

La falla de aislamiento es un proceso estocástico y es erróneo identificar eventos únicos y atribuir esto a una fuente en particular. La falla de un sistema de aislamiento después de una buena indicación de diagnóstico (o viceversa) es de esperar para cualquier prueba que use cualquier fuente de voltaje. Mejores pruebas serán mejores predictores de la condición, pero ninguna prueba debe considerarse infalible.

Estándares y guías internacionales

  • DIN VDE 0276 (después de realizar pruebas en cables nuevos)
  • IEC 60502-2: 2014 Cables para tensiones nominales desde 6 kV (Um = 7,2 kV) hasta 30 kV (Um = 36 kV) (después de las pruebas de tendido de cables nuevos)
  • Guía IEEE 400-2012 para pruebas de campo y evaluación del aislamiento de sistemas de cables de alimentación blindados con clasificación de 5 kV y superior
  • IEEE 400.2-2013 Guía para pruebas de campo de sistemas de cables de alimentación blindados que utilizan muy baja frecuencia (VLF)
  • CENELEC HD620 S1 (después de realizar pruebas en cables nuevos)

Ver también

Referencias

  1. ^ Srinivas, NN; Duffy, EK; Starrett, W. (enero de 1993). "Efecto de las pruebas de CC en cables aislados de polietileno reticulado extruido". EPRI. OSTI  6688245 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  2. ^ Hampton, N .; Hernández-Mejía, JC; Kuntsevich, M .; Perkel, J .; Tomer, V. "Estimación del impacto de la frecuencia de VLF en la eficacia de los diagnósticos de resistencia a VLF" . NEETRAC, Atlanta, Estados Unidos.
  3. ^ Hampton, RN; Hernández, JC; Perkel, J .; Begovic, M .; Hans, J .; Riley, R .; Tyschenko, P .; Doherty, F .; Myrray, G .; Hong, L .; Pearman, MG; Fletcher, CL; Linte, GC "Experiencia en pruebas de resistencia de sistemas de cables en EE. UU." (PDF) . CIGRE 2010.
  4. ^ Ansioso, GS; Katz, C .; Fryszczyn, B .; Densley, J .; Bernstein, BS (abril de 1997). "Ensayos VLF de alta tensión de cables de potencia". Transacciones IEEE sobre suministro de energía . 12 (2): 565–570. doi : 10.1109 / 61.584323 .
  5. ^ "IEEE 400.2: 2013, Guía para pruebas de campo de sistemas de cable de alimentación blindados que utilizan muy baja frecuencia (VLF)" . IEEE-SA.

enlaces externos

  • Pruebas de aislamiento de alto voltaje VLF: grupo de discusión de LinkedIn
  • Informe final de la fase 1 de la iniciativa centrada en el diagnóstico de cables
  • Primeras implementaciones prácticas de servicios de diagnóstico de resistencia supervisada en los EE. UU.
  • Extracto de prueba de cables de la Guía de ingeniería de cables y alambres de Prysmian
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