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CALIFICACIÓN DE TERMINALES DE POTENCIA POR DP S

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Academic year: 2021

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CALIFICACIÓN DE

TERMINALES DE

POTENCIA POR

DP´S

Félix Ernesto Toledo Díaz

L a f u n c i ó n p r i n c i p a l d e l o s c a b l e s d e p o t e n c i a e s l a d e t r a n s p o r t a r e l e c t r i c i d a d d e s d e l a f u e n t e d e g e n e r a c i ó n h a s t a l o s p u n t o s d e c o n s u m o , d o n d e p u e d e s e r t r a n s f o r m a d a e n l u z y o t r a s f o r m a s d e e n e r g í a .

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RESUMEN

La presente documento trata sobre la calificación de los accesorios de los cables como lo son las terminales de 15 kV tipo exterior. Esto se realizará por medio de diferentes pruebas de aceptación que consisten en:

- Pruebas dieléctricas, estas pruebas determinan la rigidez del aislamiento para soportar sobretensiones, cuando se inducen en las líneas debido a descargas atmosféricas, cuando se abren o cierran interruptores, también estas pruebas determinan si la terminal está bien constituida a el cable de potencia.

- Prueba de Descargas Parciales, estas pruebas determinan el grado de imperfección del aislamiento por medio de equipo moderno que está especializado en esta tipo de prueba.

- Ciclos de envejecimiento acelerado, con esta prueba se determina la durabilidad del material al poner más de la tensión nominal, tanto la terminal como al cable en un determinado tiempo para envejecerlo y hacerle pruebas para ver su duración ante los distintos cambios climáticos donde serán colocados.

Las pruebas de las terminales fueron validados conforme a la norma que el fabricante solicitó que en este caso es NMX-J-199-ANCE-2002 e IEC 60060-1996.

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INTRODUCCIÓN

Los sistemas de distribución son una parte importante del sistema de potencia, los cuales están directamente relacionados con el usuario final, por lo que se requiere mantener altos niveles de confiabilidad en el suministro y en la calidad de la energía.

La confiabilidad y seguridad en la operación de los equipos y sistemas eléctricos, depende del buen estado de las terminales y del aislamiento del cable donde esté montado.

Generalmente se utiliza alta tensión para examinar el estado de las terminales y el aislamiento del cable, para así determinar su capacidad para cumplir con los requerimientos de diseño. Básicamente la prueba de alta tensión es la aplicación deliberada de una tensión mayor que la nominal del equipo, durante un periodo de tiempo específico, con el fin de verificar si el aislamiento soporta o se perfora con la tensión aplicada.

Otra de las pruebas es la llamada prueba de Descargas Parciales (DP´s), ésta examina la construcción del aislamiento del cable para determinar si tiene imperfecciones en el material aislante. Básicamente esta prueba de DP´s busca imperfecciones en el aislamiento aplicando descargas eléctricas.

Los ciclos de envejecimiento acelerado llevan al conjunto de la terminal y cable a someterse a esfuerzos mayores para verificar que soporten los esfuerzos tanto de tensión como de corriente.

En este documento se califican las Terminales Poliméricas, Contráctil en frío de hule silicón, Clase 1A, Tipo QT-II, Uso exterior, Tensión 15KV, instalada en

cable CONDUMEX VULCANEL 2000 XPL 253 500KCM Al 15KV 100% N.A.

AÑO 2007 NRF-CFE-024, se calificarán con la norma NMX-J-199-ANCE-2002 e IEC-60060-1996.

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Las pruebas para calificar las terminales son las siguientes:

Tensión de extinción de descargas parciales.

Tensión de aguante en seco en C.A. 60 Hz. Durante 1 minuto. Tensión de aguante en seco en C.A. 60 Hz. Durante 6 horas.

Tensión de aguante en húmedo en C.A. 60 Hz. Durante 10 segundos. Tensión de aguante en seco en C.D. durante 15 minutos

Tensión de aguante al impulso por rayo. Ciclos de envejecimiento.

Estas pruebas tienen el propósito específico de, verificar que el aislamiento de las muestras cumplan con lo especificado en la norma NMX-J-199-ANCE-2002, en los capítulos siguientes se hablará de cómo se llevan a cabo las pruebas, su

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Capítulo 1

Descargas Parciales (DP´s)

Cuando un material aislante es sometido a una diferencia de potencial debido a la presencia de un campo eléctrico, éste se concentra en las cavidades que se crean por imperfecciones del material aislante. El incremento del campo eléctrico produce ionización del gas presente en las cavidades, dando origen a una descarga eléctrica en dichas cavidades.

La ionización es un principio físico, el cual se inicia cuando un electrón libre (o un ion negativo) se encuentra en un espacio lleno de algún material ionizable, por ejemplo, gas donde exista un campo eléctrico. Si un electrón tiene la suficiente libertad para moverse en el gas, éste adquirirá una gran energía dinámica tal que en la colisión del electrón y una molécula neutra se liberará un electrón de ésta por el impacto. Así cada vez que esto suceda se liberará un nuevo electrón capaz de producir el mismo efecto, logrando de esta forma que el número de electrones libres aumenten, produciendo así el efecto avalancha.

Estas descargas eléctricas afectan solo a la zona en que se producen, es decir, no abarcan todo el aislamiento, de allí su nombre genérico de Descargas Parciales. Se podría definir entonces a las DP´s, como pequeñas descargas eléctricas que se producen en el seno de la cavidad con gas presente, en un medio aislante o líquido.

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Con tensión continua el fenómeno es irrelevante, pues sólo ocurre una descarga al conectar el voltaje y otra al desconectarlo, comparado con lo que ocurre con corriente alterna, en que habrá al menos dos descargas por ciclo.

La mayoría de los detectores de DP´s responden a las caídas de tensión y son por lo tanto capaces de determinar la carga. La medición eléctrica de los impulsos originados por las DP´s pueden expresarse en carga aparente (pC).

DEGRADACIÓN DEL AISLAMIENTO

La degradación de un aislante sólido por las descargas parciales es el resultado de un conjunto complejo de fenómenos.

I) Elevación de la temperatura del gas encerrado proveniente de los choques elásticos entre electrones y moléculas gaseosas.

II) Bombardeo iónico y electrónico de las paredes de la cavidad provocando su erosión.

III) Descarga química progresiva del material con producción de gases, particularmente hidrógeno.

La importancia de estos fenómenos varía con el material dieléctrico y las condiciones en las cuales se utiliza, pero se ha demostrado que en un ambiente gaseoso químicamente inerte, la degradación de un aislante obedece a un mismo tipo de evolución que comprende tres fases sucesivas:

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I) Inicialmente el proceso de ataque se limita a una erosión lenta, las cavidades se agrandan y pueden entrar en contacto con otra, debilitando localmente el muro aislante.

II) La segunda etapa puede aparecer en los puntos débiles de la cavidad a partir de las cuales las descargas se propagan al interior del dieléctrico sano formando caminos conductores.

III) Cuando el campo eléctrico, en la extremidad de una de las ramificaciones, alcanza al gradiente disruptivo intrínseco del aislante se observa un desgaste rápido del material en esa dirección y cuando esta progresión de daño se produce también hacia el electrodo opuesto, la perforación completa del aislante produce una descarga total de una pieza conductora a otra como se muestra en la figura 2.1.

FIGURA 2.1.- Imperfección en el aislamiento (cavidad), que provoca puntos débiles en la cavidad y forma caminos o ramas que hacen que falle el aislamiento.

Cavidad

Punto débil de la Cavidad

Camino s

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EFECTOS OBSERVABLES DE LAS DESCARGAS

Las descargas pueden detectarse y localizarse por uno de sus efectos observables que son:

a) Pérdidas en el dieléctrico.

b) Presencia de pulsos eléctricos en la tensión de alimentación. c) Cambios en la presión del gas.

d) Cambios químicos en el material bajo prueba. e) Ruido radiado.

Los tipos de efectos dependen del tipo de material y equipo que presenta las descargas parciales, algunos sólo sirven para localizar la zona de descarga pero no para determinar la magnitud ni la repetibilidad de las mismas.

PRECAUCIONES QUE DEBEN TOMARSE.

- Correcto acoplamiento.

- Limitar la longitud de conexión del circuito.

- Utilizar perfectamente un sólo punto de toma a tierra.

- Apretar fuertemente las conexiones, tanto del potencial y tierra. - Evite objetos o paredes cercanos extraños al circuito de prueba. - Evite la presencia de objetos flotantes cercanos al circuito de prueba. - Utilice muestra con terminales libres de DP´s.

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NORMA PARA LA PRUEBA DE EXTINCIÓN DE DESCARGAS PARCIALES.

De acuerdo a la norma NMX-J-199-ANCE-2002, nos indica el procedimiento para calificar las DP´s.

Con esta prueba de extinción de descargas parciales podemos detectar impurezas en el material aislante y con esto determinar si el grado de pC que tiene el material pasa la normalización para la DP´s.

A continuación se muestra el procedimiento para probar las terminales:

Las terminales a probar deben de prepararse de acuerdo a lo siguiente: a) Debe estar seca y limpia.

b) Debe de estar ensamblada con cable de la mayor área de la sección transversal, según el tipo de cable para el cual fue diseñada la terminal, preparándola de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

- Las terminales premoldeadas cuyas dimensiones dependen de los diámetros máximos y mínimos del aislamiento del cable deben probarse utilizando el diámetro de aislamiento mínimo del cable y el área de sección transversal máxima del conductor.

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c) Debe colocarse como lo indique el fabricante, quien debe de considerar las condiciones típicas de servicio. Todos los detalles del montaje para las pruebas deben ser registrados y deben estar disponibles cuando sean requeridos.

d) La conexión de prueba de alta tensión debe de salir de la terminal del cable en una dirección aproximadamente paralela al eje del dispositivo y a una separación no menor que la distancia de flameo en seco sobre el aislamiento, ningún objeto debe de estar lo suficientemente cerca del dispositivo como para afectar los resultados de prueba, exceptuando la estructura del soporte.

El dispositivo de medición, para detectar las descargas parciales debe de ajustarse para tener una sensibilidad que le permita la detección de pulsos de descargas por lo menos de 5.0pC.

La tensión de prueba debe de elevarse a por lo menos 120% del valor indicado en la columna 7 de la tabla 2.1, debe de mantenerse en ese nivel por lo menos 3s; pero no más de 60s. Las terminales bajo prueba pasan exitosamente ésta; si el nivel de descargas parciales no excede de 5.0pC durante el periodo de prueba.

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TABLA 2.1.- Características dieléctricas para terminales para cable con aislamiento extruido. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tensión de designación KV Tensión máxima de diseño KV Tensión de aguante durante 1min en seco KV Tensión de aguante durante 10 min en húmedo KV Tensión de aguante durante 6 hrs en seco KV Tensión de prueba de envejecimient o acelerado KV Tensión de extinción de descargas parciales KV Tensión de aguante de impulso de rayo KV Tensió n de aguant e de c.d. durant e 15min. KV 2.5 1.6 20 20 10 4.5 2.0 60 40 5 3.2 25 25 15 9 4.5 75 50 8.7 5.5 35 30 25 15 7.5 95 65 15 9.5 50 45 35 26 13 110 75 25 16 65 60 55 43 21.5 150 105 34.5 22 90 80 75 60 30 200 140 46 29.5 120 100 100 53 40 250 170 69 44 175 145 120 80 60 350 245 115 73 205 190 145 133 80 450 275 120 73 260 230 175 140 100 550 320 138 88 310 275 200 160 120 650 355 161 102 365 315 230 186 140 750 395 230 146 460 445 320 265 200 1050 510 NOTA:

Las frecuencias del sistema debe ser de 60 Hz.

Todos los valores de prueba de tensión de aguante son sin tolerancia negativa pero pueden incluir factor de corrección atmosférica.

Las terminales tipo interior no se someten a pruebas en húmedo.

Los valores de tensión de impulso por rayo deben de aplicarse con polaridad positiva y negativa. Las pruebas de tensión de aguante en corriente directa son con polaridad negativa.

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PRUEBA

Se realizan los arreglos y conexiones necesarias para la correcta realización de la prueba.

Con los resultados dados del software se obtiene el valor de la DP´s del objeto bajo prueba y con este valor se da un dictamen conforme a la norma aplicada para el OBP.

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RESULTADOS ANTES DE PRUEBAS DIELÉCTRICAS DESPUÉS DE PRUEBAS DIELÉCTRICAS ANTES DE PRUEBA CICLOS DE ENVEJECIMIENTO DESPUÉS DE PRUEBA CICLOS DE ENVEJECIMIENTO MUESTRA M - 1 M - 2 M - 1 M - 2 M - 3 M - 4 M - 1 M - 1 Temperatura Ambiente 25°c 25°c 24°c 24°c 23°c 23°c 25°c 25°c Humedad Absoluta 33% 33% 32% 32% 32% 32% 32% 32% Presión Barométrica 82.78 82.78 82.67 82.67 83.26 83.26 82.87 82.87 Tensión de Prueba kv kv kv kv kv kv kv kv Medición de DP´s RESULTADO SATISFACTORIO

Con esta tabla se puede ver que conforme a la norma NMX-J-199-ANCE-2001la especificación para este tipo de terminal de 15KV nos marca un máximo de 5pC y todas las muestras salieron menores al valor máximo permitido de la norma y por lo tanto el resultado de las muestras fue SATISFACTORIO.

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CONCLUSIÓN

Es importante realizar estas pruebas de rutina para verificar que el fabricante en sus especificaciones técnicas cumpla con las normas que califican las terminales probadas, y así obtengan la renovación de vigencia para vender su producto.

Con las pruebas que se realizaron para calificar las terminales de 15 KV tipo exterior se llegó a un resultado satisfactorio en todas las pruebas de rutina que comprenden:

Tensión de Extinción de Descargas Parciales

En la prueba de tensión de extinción de descargas parciales se verificó que el aislamiento no tuvo imperfecciones u arborescencias importantes de la pantalla semiconductora del aislamiento del cable, conforme a las especificaciones de la norma en el inciso de descargas parciales que en esta nos marca una tolerancia de 5pC y las mediciones tomadas a las muestras no pasaron de dicha tolerancia para rechazar dichas terminales.

En base a los resultados obtenidos se concluye que las terminales de 15 kV tipo exterior pasaron las pruebas de rutina satisfactoriamente basándose en la norma para calificar dichas terminales.

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REFERENCIAS

NRF – 024 – CFE – 2003 “Cables de Potencia Monopolares de 5 kV a 35kV” NMX – J – 142 – ANCE – 2000 “Productos Eléctricos – Conductores – Cables de

Energía con pantalla metálica, Aislada con Polietileno de Cadena Cruzada o a Base de Etileno – Propileno para tensiones de 5 kV a 115kV – Especificaciones y Métodos de Prueba”.

REFLEXIÓN

¿Por qué has elegido ese tema?

 Por qué es una parte de mi trabajo y me fascinan lo relacionado a Cables de Potencia.

¿De dónde partiste para empezar a escribir?

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