UNA ALTERACIÓN A LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS ENSAYOS SOBRE CABLES DE MT/AT

Análisis de la Norma IEEE400.4-2015: DAC (Damping Alternating Current). El principio básico de aplicación de cualquier ensayo de tensión resistida, dice que si un cable logra soportar una tensión de prueba, en un nivel fijo y estable de xx [kV], durante un tiempo de exposición de xx [minutos] – ambos establecidos por sus respectivas normas de aplicación -, podría entonces ser puesto en servicio, o ser considerado como “apto para el mismo”. Sin embargo, una lectura detenida de la actual guía IEEE 400.4-2015, permitiría ser citada como la primera normativa que altera esos dos principios en los que se fundamenta cualquier ensayo de tensión resistida: el mantenimientoo sostenimiento del nivel de la tensión de prueba durante todo el tiempo del ensayo, y su duración.

La actual guía de ensayos IEEE400.4-2015, trata sobre la generación y utilización de ondas oscilantes DAC, como un método alternativo de prueba de cables instalados, tanto de media como de alta tensión. Si bien su implementación sigue estando sujeta a un análisis de eficacia (1.3 pourpose), la Guía se propone como objetivo, el uniformar
procedimientos en el uso de las ondas oscilantes DAC (Damping Alternating Current). En términos comerciales, es sabido que los slogans publicitarios de un determinado sistema de ensayo, y la rigurosidad de las normas, no siempre condicen con la realidad.

Una dudosa promoción de equipos para ensayos de cables de media y alta tensión, que operan bajo el sistema de ondas oscilantes (DAC), fundamentan su aplicación, en supuesto cumplimiento de distintas normas internacionales, citando entre ellas a: IEC 60502 – IEC 60840 – IEC62067; pero comotoda tecnología que busca abrir su mercado en
Latino América por medio de resumidos power point e insistentes Webinars de por medio, merece en realidad una interpretación particular, y debemos ser precavidos.

LA GENERACION DE ONDAS DAC
En un equipo de ensayos, la generación de ondas oscilantes DAC (Damping Alternating Current), se realiza mediante el uso de una fuente de corriente continua, que carga la capacitancia del cable bajo prueba hasta un determinado valor pico de tensión, y luego, mediante el cierre contra tierra de un interruptor de estado sólido, fuerza su descarga sobre una inductancia fija, generando un tren de ondas que producirá oscilaciones de acuerdo a la frecuencia natural del sistema (L-C-R).

Este proceso deberá ser repetido hasta 50 veces, de acuerdo a la normativa en estudio (ver gráfico en columna anterior).

Dado que L (Hy) es fija, y C (uf) es variable (dependiendo de la longitud del cable), la frecuencia de resonancia (2x∏/√LC),  variará por lo tanto en un amplio rango, entre unos 20Hz hasta unos 500Hz.

Es decir que un evento o ciclo de prueba mediante tecnología DAC, se dividirá en dos etapas: La etapa de carga del sistema con corriente continua, y la etapa de descarga en forma de oscilaciones amortiguadas.

De esta manera, se entiende que el proceso de ensayo no se efectúa durante la aplicación de la tensión de prueba, sino durante la etapa de descarga del cable bajo prueba.  Las ondas oscilantes se establecerán entre el inductor y el cable hasta su amortiguamiento final, debido a las variables resistivas del sistema. Una vez extinguidas, el proceso de carga deberá volver a repetirse, y luego, la fase de descarga será nuevamente activada con el cierre del interruptor.

En cada transitorio originado, solo el pico inicial corresponderá al valor de la tensión de prueba, mientras que ya el segundo pico de la oscilación, sufrirá una atenuación de hasta un 15%; entre el segundo al tercero otro 15%, y así hasta su atenuación final.

La diferencia entre el valor del primer y segundo pico de la misma polaridad, divido el valor del primer pico, es lo que se denomina: factor de amortiguamiento (Damping  Factor).

Así las cosas, es dable de entender, que el cable bajo análisis solo recibirá la tensión máxima de prueba durante el primer ciclo del transitorio, o sea durante solo unos 2 mS (500Hz) a un máximo de 50 mS (20Hz), mientras que todo el proceso de amortiguamiento (etapa de prueba), tendrá una duración de unas decenas de milisegundos. Pero por el contrario, el proceso de recarga con corriente continua, necesario para cargar nuevamente la capacitancia del cable al nivel de tensión de prueba, podrá tomar hasta un máximo de 100 segundos (C2.5 Charging Time), y todo esto deberá ser repetido 50 veces.

Comparación DAC con otros métodos

En realidad, cualquier ensayo normalizado de tensión resistida (withstand test), realizado con cualquier tipo de tensión de prueba, (VLF – 50Hz – DAC), será considerado siempre como una prueba de resistencia o de soporte a una determinada  tensión aplicada, que también, siempre se encuadrará en la categoría de ensayos destructivos, y no ofrecerán resultados predictivos, ya que sus conclusiones serán simplemente “pass or fail” (resiste o no resiste). Decidirse por un determinado equipo de ensayo, porque este supuestamenteesfuerza menos al cable, será solo una ilusión para eludir la esencia del ensayo: precisamente esforzar, y de allí, si cumple se aprobará.

Pero con una tensión oscilante, y un necesario y repetitivo tiempo de precarga, el DAC no podrá cumplir con los dos requisitos básicos que exige cualquier norma para establecer un ensayo de tensión resistida:

1º: Mantener la tensión de prueba a un determinado nivel (KV).

2º: Sostener esa tensión durante un tiempo preestablecido (una hora, un minuto, etc.).

Recordemos que un tren de ondas del tipo DAC es de forma oscilante amortiguada, y por lo tanto no cumpliría con  ninguna de esas condiciones básicas que requieren las normativas mundiales, como ser la IEC60840 e IEC62067.

El DAC y las supuestas normas de respaldo

Una promoción comercial digamos apresurada del DAC, intentará convencernos que cumple con las siguientes normativas:

IEC 60840-2011

IEC 62067-2011

Sin embargo, con un mínimo esfuerzo de lectura de las citada normas internacionales, entenderíamos que nada de esto podría sostenerse como cierto. Ambas rigurosas normativas internacionales, definen los requerimientos y procedimientos de ensayos de sistemas cables posteriores a su instalación (After Installation), para un rango de 30kV a 150 KV (IEC60840), y de 150KV a 500KV (IEC62067).

Resulta abusivo afirmar que el DAC cumple con estas normativas, ya que en todo su contenido, desde la primera hasta la última revisión, las citadas no refieren – no nombran, ni relacionan al método DAC, ni como fuente de generación de tensión aceptable, ni como método/procedimiento válido para la aceptación de un sistema de cables.

Al mismo tiempo, en ningún apartado del contenido de la IEEE400.4-2015, se hace mención alguna a una correlación de cumplimiento de las Std. IEC60840 –IEC62067.Sin embargo, sus fabricantes publicitan al DAC como de total cumplimiento, o eligen frases que tiendan misteriosamente a inferirlo.

Básicamente, solo bastaría pensar que por ejemplo: IEC-62067 solicita que sobre un cable de 220KV, la tensión de ensayo deberá ser 180 KV r.m.s. fase a tierra (Tabla10), y que por lo tanto, seleccionando un equipo DAC que cubra esta exigencia sería suficiente.

Con un sistema DAC, dado que la generación de tensión de prueba se realiza en corriente continua, entonces el valor  equivalente a esos 180KVr.m.s., sería de 254 KVpicos (180x√2), hasta aquí las cosas parecieran normales o equivalentes, pero no debemos obviar el párrafo fundamental de estas normas IEC, en el que se exige que esta tensión de prueba, deberá ser sostenida durante 1 hora (en forma ininterrumpida), lo cual irrefutablemente es imposible de cumplir mediante el uso de un sistema que genere ondas oscilantes descendentes, y en donde solo el primer pico de esa oscilación, y durante unos milisegundos, puede lograr sostener ese valor de tensión de prueba.

Otra forma de explicarlo: Durante un clásico ensayo bajo IEC60840 o IEC62067, un determinado cable, para ser considerado apto para su puesta en servicio, debería soportar una exigencia de 180.000 ciclos completos de tensión de prueba (60 minutos a 50Hz), al valor máximo establecido en las citadas normas; mientras que el mismo ensayo, realizado
de acuerdo a IEEE400.4-2015, con un sistema DAC, al parecer solo debería lograr soportar 50 ciclos completos de esa tensión máxima; durante solo 1.000 mS, (50 x 20mS) tiempo total en que la aislación estará realmente sujeta a esa tensión máxima de prueba); el resto del proceso DAC lo insumiría la etapa de carga del cable, en corriente continua.

De esta manera:

Mientras IEC solicita 180.000 ciclos de prueba a máxima tensión, IEE solicita solo 50.

Mientras IEC solicita 3600 segundo de aplicación ininterrumpida, IEEE solicita 1 segundo (1000 mS)

Además, para posibilitar el recibir esos 50 ciclos de tensión máxima, el proceso de carga y descarga del sistema DAC, debería ser repetido durante 50 veces, de cero a máximo; nunca en forma estable, lo cal trae aparejado la necesidad de cargar al cable durante un lapso máximo de 1,3 horas con corriente continua (6.1.2.1 Charging Phase).

Tomando el ejemplo de una frecuencia natural máxima de 500Hz permitida por la guía IEEE400.4-2015, esto sugiere someter al cable a unos  50 disparos DAC completos de carga y descarga, en los cuales, la realidad indica que a esa frecuencia, la muestra bajo ensayo, recibirá solo unos 50 picos de tensión de prueba máxima, durante un total sumado de 100mS (50 x 2 mS = tiempo total en que la aislación estará realmente sujeta a prueba), mientras que al mismo tiempo, para poder cumplir con ese proceso (carga y descarga), el cable recibirá un máximo de 5.000 segundos (=83.3 minutos) de corriente continua ascendente.

Resumen: En 50 aplicaciones DAC, el tiempo total de soporte de la tensión
de prueba máxima: 200mS.

Tiempo de soporte de corriente continua ascendente durante esas  50 aplicaciones DAC: 83.3 minutos.

HABLANDO DE NORMAS Y GUIAS:

En el tema de comparar normativas, debemos entender que tanto la Std.IEC60840 como la
Std.IEC62067, son normas, lo cual lleva implícito un cumplimiento obligatorio y estricto, mientras que IEEE.400.4-2015, es en realidad una Guía (Guide) como bien inicia su título, y por ende, al tener el estatus de guía, se excluye el carácter de palabra sagrada de su contenido, ya que las GUIAS se presentan según IEEE, como aquellos documentos en los que solo se sugieren enfoques alternativos de las buenas prácticas, pero sin recomendaciones específicas o rigurosas.

Así las cosas, las GUIAS cambian todo el tiempo; se adaptan, se actualizan, se corrigen
en base a los resultados (pruebas y errores) que se van obteniendo de su aplicación; las GUIAS sugieren, y su espíritu se encuentra basado precisamente en “la no rigurosidad, y la
aceptación de cambios”.

En resumen, no sería correcto decir “la IEEE 400 exige tal cosa……………”, ya que en realidad se debería decir: “la Guía IEEE 400 sugiere tal cosa…”. Por el contrario, las Normas, son documentos con requisitos obligatorios, y los requisitos obligatorios generalmente se caracterizan por el uso del verbo “shall” (deberá), y deben interpretarse como rigurosidad de cumplimiento – “palabra sagrada”.

De esta manera, decir que una Guía se compara con una norma es mezclar coloquialmente peras con manzanas.

CONCLUSIONES

Nuestro país cuenta con un alto nivel de conocimiento técnico en materia de ensayos de cables, que nos impide consumir argumentos erróneos. La técnica DAC, sostenida únicamente por la guía IEE400.4-2015, podría ser considerada de todos modos como una alternativa para aplicarse en algunos casos; pero clamar deliberadamente que cumple con las normas internacionales IEC60840 – IEC62067, se torna entonces  inaceptable. Las nuevas tecnologías apasionan y enriquecen al mundo de los ensayos, pero cada una de ellas deberá ser ubicada según el alcance y las limitaciones que cada sistema posea.

Fuente: INDUCOR INGENIERIA S.A.

ELECTRICAL TESTING GROUP

Más información: www.inducor.com.ar