Antes de poner en servicio un cable de alta tensión o después de una intervención, se requiere una prueba dieléctrica que verifique la integridad del aislamiento sin dañarlo. Para cables XLPE de 33 kV, las pruebas con tensión a muy baja frecuencia (VLF, 0.1 Hz) y tensión en rampa oscilante amortiguada (DAC) son el estándar actual, reemplazando la prueba DC que puede dañar el aislamiento XLPE.
Contenido
- Por qué la prueba DC es problemática para cables XLPE
- Prueba VLF (Very Low Frequency, 0.1 Hz): principio y niveles
- Prueba DAC (Damped AC): características y ventajas
- Monitoreo de descarga parcial durante la prueba
- Medición de factor de disipación dieléctrica (tan δ) con VLF
- Preparación del cable para la prueba en sitio
- Criterios de aceptación y rechazo según IEEE 400
- Programa de pruebas recomendado para cables AT
- Conclusiones y selección del método
01Por qué la prueba DC es problemática para cables XLPE
Los cables con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) acumulan cargas espaciales cuando se les aplica tensión DC. Estas cargas producen una distribución de campo eléctrico no uniforme que puede crear regiones de alto estrés dieléctrico. Al retirar la tensión DC y energizar el cable con tensión AC de operación, las cargas espaciales residuales pueden generar picos de campo muy superiores a los diseñados, acelerando el envejecimiento o produciendo fallas prematuras.
02Prueba VLF (Very Low Frequency, 0.1 Hz): principio y niveles
La prueba VLF aplica una tensión senoidal a muy baja frecuencia (0.1 Hz, o en algunos equipos modernos 0.01–0.1 Hz). La baja frecuencia reduce la potencia reactiva necesaria (P ∝ f × C × V²) haciendo manejable el ensayo de cables largos con equipos portátiles. Al mismo tiempo, el efecto de las cargas espaciales es mucho menor que con DC.
| Nivel de prueba VLF | Tensión aplicada (U_p) | Duración | Propósito |
|---|---|---|---|
| Comisionado (nuevo) | 2.5 × U₀ (IEC) / 3 × U₀ (IEEE) | 60 min | Verificar instalación sin defectos |
| Mantenimiento (en servicio) | 1.5–2 × U₀ | 30–60 min | Detectar degradación sin dañar |
| Post-reparación | 2 × U₀ | 60 min | Verificar calidad del empalme/terminación |
Para cable 33 kV: U₀ = 19 kV. Nivel de comisionado IEC: 2.5 × 19 = 47.5 kV VLF por 60 min.
03Prueba DAC (Damped AC): características y ventajas
La prueba DAC (IEEE 400.4) aplica una oscilación amortiguada de alta tensión mediante la descarga de un condensador a través del cable. Genera una onda cuasi-AC con frecuencia de 50–300 Hz que decae en milisegundos. La ventaja clave es que, al operar cerca de la frecuencia industrial, el comportamiento del aislamiento es más representativo del servicio normal.
04Monitoreo de descarga parcial durante la prueba
La mayor ventaja de VLF y DAC sobre la prueba simple de hipotensión es la posibilidad de medir las descargas parciales (PD) simultáneamente durante la prueba. Las PD son micro-descargas eléctricas en defectos del aislamiento (huecos, impurezas, árbol eléctrico) que se detectan como pulsos de alta frecuencia de pocos pC a nC.
PD < 5 pC @ 1.5 × U₀ → Bueno
PD 5–50 pC @ 1.5 × U₀ → Supervisión
PD > 50 pC @ 1.5 × U₀ → Inaceptable, localizar defecto
Umbral de inicio de PD (PDIV): tensión a la que PD > ruido de fondo
Umbral de extinción (PDEV): tensión a la que PD desaparecen al bajar
La localización de la PD se realiza por análisis del tiempo de llegada del pulso a ambos extremos del cable (técnica de reflexión). Con equipos modernos se puede localizar el defecto con precisión de ±1–2 m en cables de varios km.
05Medición de factor de disipación dieléctrica (tan δ) con VLF
- Qué indica tan δ: El factor de disipación dieléctrica (tangente de delta) representa las pérdidas en el aislamiento — la relación entre corriente resistiva y corriente capacitiva. Para XLPE nuevo y seco: tan δ < 0.001. Valores crecientes indican deterioro por agua (water treeing), contaminación o envejecimiento térmico.
- Medición con VLF: Los equipos VLF modernos pueden medir tan δ simultáneamente con la prueba de tensión. Se registra tan δ a varios niveles de tensión (U₀, 1.5×U₀, 2×U₀). Una diferencia de tan δ entre niveles (Δtan δ > 0.1×10⁻³) indica presencia de «water trees» (árboles de agua).
- Criterio de aceptación IEEE 400.2: Para cables XLPE en servicio: tan δ < 4×10⁻³ medido a U₀ como criterio de continuidad de servicio. Tan δ > 10×10⁻³ = sacar de servicio inmediatamente.
06Preparación del cable para la prueba en sitio
- Desconectar el cable de todos los equipos (transformador, seccionador, celda). Verificar apertura y enclavamiento de todos los puntos de desconexión.
- Conectar a tierra el cable por un mínimo de 1 hora antes de la prueba (descarga de cargas residuales).
- Verificar que no haya tensiones inducidas peligrosas (cables paralelos energizados en la misma bandeja o ducto pueden inducir tensiones de decenas de kV).
- Instalar el equipo de prueba en un extremo, colocar terminación temporal blindada en el otro extremo, conectar las pantallas según el esquema del fabricante.
- Registrar condiciones ambientales: temperatura, humedad relativa. Temperaturas < 5°C pueden afectar la medición de tan δ (el hielo es buen dieléctrico).
07Criterios de aceptación y rechazo según IEEE 400
| Parámetro medido | Pasa (nuevo) | Pasa (servicio) | Falla |
|---|---|---|---|
| Nivel PD @ 1.5×U₀ | < 5 pC | < 50 pC | > 50 pC sostenido |
| tan δ @ U₀ (VLF) | < 1×10⁻³ | < 4×10⁻³ | > 10×10⁻³ |
| Δtan δ (1.5U₀ − U₀) | < 0.05×10⁻³ | < 0.1×10⁻³ | > 0.1×10⁻³ |
| Hipotensión VLF (tiempo) | Sin falla en 60 min | Sin falla en 30 min | Falla dieléctrica |
08Programa de pruebas recomendado para cables AT
| Evento | Prueba recomendada | Norma |
|---|---|---|
| Comisionado (nuevo) | VLF + PD + tan δ | IEC 60840, IEEE 400.2 |
| Reparación / empalme nuevo | VLF + PD en zona reparada | IEEE 400.4 (DAC preferible) |
| Mantenimiento periódico (>10 años) | VLF tan δ diagnóstico | IEEE 400.2, IEC TS 62478 |
| Post-incidencia (sobretensión) | DAC + PD con localización | IEEE 400.4 |
09Conclusiones y selección del método
🔌 Cuándo usar VLF vs DAC para cables 33 kV
- VLF senoidal con tan δ: Mejor para diagnóstico de estado del aislamiento en cables en servicio con historia de muchos años. Identifica degradación difusa (water trees). Más fácil de interpretar para personal no especializado. Equipos disponibles y económicos.
- DAC con PD: Mejor para localización de defectos puntuales (árbol eléctrico, defecto de empalme, zona de daño físico). Imprescindible post-reparación para verificar la calidad del empalme. Mayor costo de equipo pero diagnóstico más completo.
- Combinación VLF + DAC: El diagnóstico más completo para cables AT de infraestructura crítica (subestaciones, generación, instalaciones industriales mayores).
Referencias
- IEEE 400.2-2013 — Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF)
- IEEE 400.4-2015 — Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Rated 5 kV and Above with Damped Alternating Current (DAC)
- IEC 60840:2020 — Power cables 30–150 kV — Test methods and requirements, Section on site testing
- CIGRE WG B1.28 — TB 728: On-site Partial Discharge Assessment of HV and EHV Cable Systems