Tipos de Cables Tipos de Fallas en Cables Procedimiento para la localización de Fallas 1 Niveles de Tensión en Cables “Cable Secundario” Cables de Bajo Voltaje < 600 V “Cables Sub-Primario” Típicamente industriales >1 kV < 5 kV “Cables Primarios” Cables de Medio Voltaje > 5 kV < 45 kV “Cables de Sub-transmisión” > 45 kV < 69 kV “Cables de Transmisión” Cables de Alto Voltaje > 69 kV < 500 kV Tipo de Cable según el Material Papel Impregnado en Aceite PILC Primera tecnología existente en aplicaciones de MV/HV Relativo bajo costo Larga duración de servicio Corrosión en la pantalla en PILC Aún utilizado en HV Menos sensible a problemas que el cable plástico Cables PILC Desventajas de cables PILC • Problemas ambientales (Aceite) • Dificil Instalación • Necesidad de servicio (Mantenimiento) • Producción con costos elevados Problemas PILC • Desintegración de la pantalla • Ingreso de Agua • Secado por fuga de aceite • Migración de aceite en capas • Problemas en empalmes • Polimerización (endurecimiento) del aceite Trazas de PD dentro de cable PILC seco por pérdida de aceite Cables XLPE Cross liked Polyethylene XLPE Parecía impermeable a la humedad Rigidez dieléctrica elevada Propiedades dieléctricas superiores (bajas pérdidas) Vida útil esperada de 50 años Reducción del espesor del aislamiento Comparativamente de fácil instalación Mayor rigidez mecánica Temperatura de operación elevada Fácil de producir Bajo costo Cables XLPE Desventajas del XLPE : • Humedad incrementa las arborescencias • Sensible a transitorios de HF • Requiere un manejo apropiado • 1era Generación sólo duró 20 años • Pruebas DC Hipot imposibles ProblemasXLPE • Daños en Chaqueta/ Ingreso de Agua • Envejecimiento / Arborescencias acuosas • Impurezas en la producción • Daños mecánicos • Problemas en empalmes Cables EPR EPR Ethylen Propylene Rubber Larga vida Mayor flexibilidad Menor expansión durante calentamiento Mejores propiedades a altas temperaturas Material estandar Cables EPR Desventajas EPR No es resistente al Aceite / Gasolina Alta Tangente Delta (Pérdidas dieléctricas) Menor soporte al Breakdown Propiedades dieléctricas vinculadas a la temperatura Problema principal en cables EPR : • Agrietamiento Cables PVC Bajo costo Flexibles Alta temperatura Esperanza de vida elevada Relativamente no afectado por arborescencias eléctricas Uso principal en instalaciones de baja tensión Parcialmente también usado en Plantas en MV Diseños de Cables Diseños típicos <1kV: Triplex” Type US 2 conductores y 1 neutro. Concentrico” Type CA 2 o 3 conductores y 1 neutro concéntrico. Diseños de Cables Diseño típico 5kV-45 kV: A. conductor de cobre sin recubrimiento B. Semiconductor EPR C. Aislamiento - EPR D. Aislamiento de semiconductor EPR E. Pantalla (cinta de cobre o "hilos de cobre") F. Chaqueta. Diseños de Cables Diseño típico Alta Tensión hasta 230 kV: Tipos de Cables Cable apantallado segmentado Cable segmentado sin pantalla Cable concéntrico apantallado Típico en baja tensión Típico en baja tensión Típico en Media y Alta tensión 3o4 conductores y pantalla 3a5 conductores 1 conductor y pantalla Fallas comunes internamente Fallas a tierra & Entre fases Fallas entre fase y pantalla Cable concéntrico apantallado Cable con pantalla común Típico en Media y Alta Tensión Típico en Media tensión 3 conductores con su propia pantalla. 3 conductores Fallas entre fase y pantalla Pocas Fallas fasefase excepto por daño externo Fallas entre FaseFase y Fase-Pantalla Dificil localización de fallas debido a multiples caminos Principalmente fase-fase Influencia del Tipo de Aislamiento y la Clase de Voltaje Resistencia de Aislamiento & Fuerza del arco previa a la ocurrencia de la falla Cable Dieléctrico Sólido (XLPE & EPR) Resistencia de Aislamiento 500MΩ (108) a TΩ (1012) Fuerza del Arco desde 150 (viejos) hasta 1.000 (nuevos) Voltios por mil” Stress Diseño 50 Voltios por mil” para Cables de Distribución Stress Diseño 200Voltios por mil” para Cables de Transmisión Cable PILC Resistencia de Aislamiento MΩ (106 Ω) a 100MΩ (108 Ω) Fuerza del Arco desde 100 (viejos) hasta 750 Voltios por mil” (nuevos) Stress Diseño 35 Voltios por mil” para Cables de Distribución 15 Influencia del Tipo de Aislamiento y la Clase de Voltaje Resistencia de Aislamiento & Fuerza del arco posterior a la ocurrencia de la falla Cable Dieléctrico Sólido (XLPE & EPR) KΩ (103) a MΩ (106) 25Voltios por mil” (=Fuerza del Arco del “Aire”) Cable PILC MΩ (106) 100-250Volts por mil” (=Fuerza del Arco del “Aceite”) Nota: Fuerza del Arco del Aceite aprox. 4 a10 veces mayor que la del aire. 16 Conclusiones sobre el tipo de Aislamiento 1. Cables XLPE & EPR: El voltaje requerido para localizar la falla depende del “airgap” del aislamiento en la falla, 200-400mil” (4-10mm), típico voltaje de flash-over entre 4 y 12kV para todas las clases de voltaje en cables de 15 to 35 Kv 2. Cables PILC: El voltaje requerido para localizar la falla depende del “breakdown” del oil film en el aislamiento de papel, no depende del espesor del aislamiento, podría ser 30kV con hipot y/o Impulsador. 17 Cuál es el efecto del tamaño y la longitud del Cable? Mayor tamaño del conductor, mayor Capacitancia Mayor longitud del cable, mayor Capacitancia Impulsador más grande Impulsador más grande Calcular la capacitancia del cable(o usar una tabla) y comparar la capacitancia del Impulsador del LFC* bajo consideración Capacitancia (C) = * LFC: Equipo Localizador de Fallas en Cables 18 Capacitancias típicas de Cables XLPE 19 Capacitancia del Impulsador del Localizador? Energía (Joules) = 1/2 Capacitancia Impulsador x Voltaje2 Ejemplo Unidad CFL con 1,500J @ 8 y 16kV 1,500 = ½ C x 64 C = 47µF para el rango de 8kV 1,500 = ½ C x 256 C = 11.7µF para el rango de 16kV La Capacitancia del Generador debe ser 5 -10 veces la Capacitancia del cable a evaluar para mantener para mantener el valor de voltaje impulsado. Si la falla rompe por debajo de 8kV, Impulsador de 8kV es suficiente para cable 3µF Si la falla rompe por encima de 8kV, Impulsador de 16kV es insuficiente cable 3µF 20 Tipos de Fallas en Cables L1 L2 L3 Pantalla Tierra Fallas Resistivas fase – fase fase – pantalla pantalla – tierra fase – tierra Abierto en fase o pantalla Fallas Capacitivas Redes de Telecomunicaciones Fallas Inductivas Redes de Telecomunicaciones 21 Pasos de Localización de Fallas - (1) no falla PRUEBA Objetivo: Identificar defectos en los cables y tipos de fallas (ej. Daño del aislamiento o Empalmes defectuosos) falla identificada Objetivo: Determinar la distancia a la falla PRE-LOCALIZACIÓN 22 Pasos de Localización de Fallas - (2) TRAZADO Objetivo: Determinar el recorrido de la línea y su profundidad. LOC. PUNTUAL Objetivo: Localización exacta del lugar de la falla IDENTIFICACIÓN DEL CABLE Objetivo: Seleccionar el cable objetivo. ? 23 Pasos de Localización de Fallas. Métodos e Instrumentos (1) Tarea Método Instrumentos Resistencia de Aislamiento Prueba de Voltaje Megger PRUEBA Medida de Reflexión PRELOCALIZACIÓN Medida de Reflexión de Arco (ARM Plus®, ARM®, Decay Plus®) Quemado de Arco Método Decay Método Corriente de Impulso Puente de Medición Método Voltaje de Paso Sistema VLF Prueba DC Prueba AC Reflectómetro (TDR) con base de datos PC Generador de Alta Energía Filtro de Potencia Quemador Filtro de Potencia Instrumento de Prueba HV DC Acoplador Voltaje capacitivo Generador Alta Energía Acoplador Corriente Inductiva Unidad Localización de falla en pantallas 24 Pasos de Localización de Fallas Métodos e Instrumentos (2) Tarea TRAZADO LOC. PUNTUAL Métodos Método del Mínimo Método del Máximo SuperMax, SignalSelect Instrumentos Localizador de Cables Método Acústico Método Distancia Generador de Alta Energía Digiphone Plus Método Voltaje de Paso Unidad Loc. Fallas Chaqueta Localizador de cables Método Audiofrecuencia Localizador de Cables Método Minima turbidez ? Prueba de Intensidad Prueba de Polaridad Set identificación de Cable IDENTIFICACIÓN DE CABLE 25
