Ir al contenido

18 febrero, 2018

3

Pruebas de resistencia de muy baja frecuencia (VLF) – Lo básico

¿Qué es una prueba de resistencia de muy baja frecuencia?
 

Una prueba de resistencia de muy baja frecuencia (VLF) es una prueba de resistencia de CA que generalmente se realiza a una frecuencia entre 0,1 Hz y 0,01 Hz. Este tipo de prueba es adecuado para probar cargas de alta capacitancia tales como cables y maquinaria rotativa. Esta es una prueba de aprobación fallida, es decir, el cable defectuoso fallará durante la prueba en lugar de estar en servicio.

 
La Teoría
 
Teoría eléctrica básica: Xc = 1/ (2*pi*f*C)
 

Donde:
 
Xc = reactancia capacitiva (?)

f = Frecuencia (Hz)

C = Capacidad (F)
 

Se puede observar que la reactancia capacitiva, que es la resistencia a través de la salida de la fuente de alimentación, es inversamente proporcional a la frecuencia. Al reducir la frecuencia se aumenta la reactancia capacitiva.

Teoría eléctrica más básica: I = V/R
 
Donde:
 
I = Corriente (A)

V = Tensión (V)

R = Resistencia (?)
 

Cuanto menor es la frecuencia, mayor es la reactancia capacitiva (Xc). Cuanto mayor sea el Xc, menor será la corriente y potencia necesarias para aplicar un voltaje.

 
Ejemplo:
 
Es necesario probar una longitud de cable de alimentación con una capacitancia de 1 µF a 34 kV de pico.
 
Pruebas de frecuencia de potencia (50 Hz):
 

Utilizando las fórmulas anteriores se puede calcular que la reactancia capacitiva sería de 3,183 k? por lo que la corriente requerida sería de 10,68 A. Por lo tanto, para probar un cable de 1 µF a una frecuencia de 50 Hz, la unidad de prueba tendría que ser capaz de dar 363 kVA. Cuando se considera que un equipo de prueba de 30 kV, 40 kVA AC puede superar ampliamente los 620 kg, se pone en perspectiva el tamaño de un equipo de prueba AC tendría que ser producir 363 kVA.

 
Prueba VLF (0,1 Hz)
 

Probar la misma longitud de cable a 0,1 Hz generaría 1,59 M? de reactancia capacitiva y la corriente requerida sería de 21 mA. Por lo tanto, probar la misma longitud de cable a 0.1 Hz requeriría 0.714 kVA, lo que es 500 veces menos que a una frecuencia de potencia de 50 Hz.

 
Esto permite que el tamaño del aparato de prueba caiga de algo como esto:
 
Pruebas de resistencia de muy baja frecuencia
 
A algo como este High Voltage Inc. VLF-34E:
 
High Voltage
 

La mayoría de los equipos de prueba tienen un rango de frecuencia de 0.1 Hz a 0.01 Hz y los equipos de prueba más deseables seleccionarán la frecuencia óptima basada en la capacitancia del cable. La capacitancia del cable depende de los materiales de construcción y de su longitud. A medida que la longitud del cable aumenta, también lo hace la capacitancia, al reducirse la frecuencia permite probar kilómetros de cable.

 
¿Tiene esta diferencia en el rango de frecuencia de prueba algún efecto sobre los resultados de las pruebas?
 

Esto fue reportado en el informe del National Electric Energy Testing, Research and Applications Center (NEETRAC) titulado “Estimating the Impact of VLF Frequency on Effectiveness of VLF Withstand Diagnostics” por N. Hampton et al (2014). Este informe concluía:”… no hay diferencia alguna entre las tasas de fallo en la prueba para las frecuencias de prueba VLF comunes de 0,05 Hz y 0,1 Hz, y los datos obtenidos a través de pruebas de laboratorio y de campo, y todos los tipos de aislamiento”.

 
¿Qué tamaño de equipo de prueba VLF se requiere?
 
Los voltajes de prueba de aceptación son generalmente 2.5 – 3 veces el voltaje de la línea a tierra del sistema. En el IEEE 400.2 se puede encontrar una lista de las tensiones de prueba de campo de 5 kV a 69 kV.
 
¿Cuánto tiempo debe durar una prueba de VLF?
 

Según IEEE 400.2, las pruebas de VLF deben durar entre 15 y 60 minutos con una duración mínima recomendada de 30 minutos. Este lapso de tiempo no sólo ha sido arrancado del aire; hay alguna teoría detrás de él.

 

De acuerdo con IEEE 400, cuando se prueba a 3 veces la tensión de línea a tierra del sistema, la tasa de crecimiento del árbol de XLPE a una tensión de prueba sinusoidal de 0,1 Hz es de 10,9 – 12,6 mm/h.

 

Un cable de 15 kV 133% tiene un grosor de aislamiento de 5,9 mm. Por lo tanto, en una prueba de 30 minutos casi todos los defectos se convertirán en fallos.

¿Qué es un árbol?
 

En los puntos de tensión en el aislamiento donde hay protuberancias, huecos o contaminantes puede ocurrir un fenómeno llamado arborización. El arbolado es el nombre preferido debido a la estructura ramificada de estos árboles. Hay dos tipos de efectos de árbol:

 

  • Árbol de agua: Producido por electrooxidación alimentada por tensión eléctrica y entrada de agua dentro del aislamiento. Los árboles acuáticos no emiten descargas parciales, por lo que las pruebas de DP no se pueden utilizar para detectar la presencia de árboles acuáticos. Durante las condiciones de servicio, el crecimiento de los árboles acuáticos es extremadamente lento, tardando años en penetrar completamente en el aislamiento. Al igual que las protuberancias, vacíos y contaminantes, los árboles de agua actúan como mejoradores del estrés. Pueden aumentar el campo eléctrico local y también crear tensiones mecánicas locales. Si estas tensiones eléctricas y/o mecánicas son suficientemente altas, se puede iniciar un árbol eléctrico.
  • Árbol eléctrico: Micro-canales de carbonización o no aislamiento que se encuentran dentro de un aislamiento dañado irreversiblemente. El arbolado eléctrico conducirá a una ruta de falla completa y a un fallo de aislamiento relativamente rápido. Debajo hay un árbol eléctrico que crece de un árbol de agua.

 
arbol electrico
 
¿Por qué no probar en DC?
 

DC se ha utilizado durante muchos años para probar el cable de papel aislado cubierto de plomo (PILC) durante muchos años. Por lo tanto es comprensible que DC continuó siendo utilizado como cable dieléctrico sólido llegó a ser prevalente. Desafortunadamente, el primer cable dieléctrico sólido comenzó a fallar prematuramente entre 15 y 20 años después de su instalación. Después de extensas pruebas e investigaciones se encontró que el cable dieléctrico sólido es propenso a desarrollar árboles de agua. Las pruebas de CC a altas tensiones crean cargas espaciales negativas dentro de estos árboles, como se destaca a continuación.

 
dc
 

Una vez finalizadas las pruebas y retirada la CC, estas cargas de espacio negativo atrapadas permanecen. Cuando la CA se vuelve a aplicar existe una gran diferencia de potencial en los puntos del aislamiento donde se encuentran estas cargas de espacio negativo atrapadas. Estas áreas que ya están sufriendo grandes tensiones eléctricas y mecánicas son propensas a convertirse en árboles eléctricos. Una vez alcanzado este punto el cable fallará porque el daño es irreversible.

 

Los equipos de prueba de CC no se pueden utilizar como fuente de voltaje para las pruebas de descarga parcial o de Tan Delta. Estas pruebas diagnósticas se realizan generalmente a una frecuencia de 0,1 Hz.

 

Una gama de instrumentos hipotéticos de HV Inc VLF están disponibles en Drallim Industries Ltd, que son los representantes de HV Inc en el Reino Unido e Irlanda.

 

Para obtener más información sobre la gama completa de productos de HV Inc. por favor envíe un correo electrónico a scollins@drallim.com

 
Fuente: linkedin.com/steve-collins/

Entradas relacionadas

3 Comentarios Publica un comentario
  1. avatar
    pablo
    Oct 12 2018

    Para realizar la prueba VLF hasta cuantos km de longitud de cable se puede realizar?

    existe el procedimiento de pruebas trifásicas? lo pueden compartir.

    Saludos Y Gracias.

    Responder
    • avatar
      Cristhian
      Oct 25 2018

      Si por favor, pueden brindan ese cálculo para saber que longitudes de prueba me permite el equipo VLF???? según varíe mi frecuencia y tensión.

      Responder
  2. avatar
    hector
    May 29 2018

    hecelente resumen y espricasion

    Responder

¿Qué opinas?, deja tu comentario.

(required)
(required)

Nota: Se permite código HTML. Tu correo electrónico nunca será publicada.

Subscríbete para comentar