462349184-CURSO-VLF.pdf

Diagnóstico de cables de media tensión, mediante
la tecnología VLF (Very Low Frecuency) y
operación del equipo HVA94 VLF
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1. OBJETIVO GENERAL
2. OBJETIVO PARTICULAR
3. CAMPO DE APLICACIÓN
4. DEFINICIONES
5. INTRODUCCIÓN
6. DIAGNÓSTICO DE CABLES DE MEDIA TENSIÓN
I. NORMATIVA APLICABLE
II. ASPECTOS DE SEGURIDAD
III. MÉTODOS DE PRUEBA
IV. ASPECTOS A CONSIDERAR PARA REALIZAR UN ENSAYO VLF
7. OPERACIÓN DEL EQUIPO DE ALTA TENSIÓN, MODELO HVA94
8. CONCLUSIONES

1. OBJETIVO GENERAL
El participante conocerá las pruebas para el diagnostico del
estado del aislamiento, de cables de media tensión, empleado la
tecnología VLF (Very Low Frecuency).

2. OBJETIVO PARTICULAR
El participante conocerá las funciones principales del equipo de
pruebas en alta tensión, que emplea la tecnología VLF (Very Low
Frecuency), para ejecución de pruebas de voltaje aplicado, a
cables de media tesión, en muy baja frecuencia; modelo HVA94.

3. CAMPO DE APLICACIÓN
Todo territorio nacional y en todos los centros de trabajo.
4. DEFINICIONES
Cable de potencia:
Breakdown (ruptura): Descarga disruptiva a través del aislamiento
Cross linked polyethylene (XLPE): Aislamiento de polietileno de cadena
cruzada, utilizado en cables de enegía.
Diagnostic test (pruebas de diagnóstico): Prueba realizada en campo durante
la vida útil de un Sistema de cable. Su objetivo es determinar la degradación
que puede causar la falla en cables y accesorios.

4. DEFINICIONES
Sistema de cable:
Installation test (pruebas de instalación): Pruebas realizadas en campo
después de la instalación del cable, pero antes de unir el sistema. El objetivo
de la prueba es detectar daños durante el envío-recepción, almacenamiento
o la instalación.
Maitenance test (pruebas de mantenimiento): Pruebas realizadas en campo
durante la vida operativa de un sistema de cable. El objetivo es detectar el
deterioro del sistema y verificar la capacidad de servicio para que los
procedimientos de mantenimiento adecuados, pueda ser iniciados.

5. INTRODUCCIÓN
Las pruebas de diagnóstico se realizan después de la instalación del cable,
ya sea antes de ponerlos en servicio o después de haber estado en
operación.
Estos cables deben probarse para determinar el estado del aislamiento del
sistema de cable.
Los elementos componentes del cable son: conductor, aislamiento,
protecciones (contra daños de origen eléctrico: capa semiconductora y
pantallas), (contra daños de origen mecánico: cubierta interior y exterior,
armadura).

5. INTRODUCCIÓN
¿VLF?: Siglas utilizadas para referirse a Very Low Frecuency (Muy baja
frecuencia). Va de 0.01 Hz a 0.1 Hz
Equipo utilizado: Probador de aislamiento en corriente alterna que trabaja
a muy baja frecuencia. En 0.1 Hz, la duración de un ciclo completo es de 10
segundos.

5. INTRODUCCIÓN
Aplicación del diagnóstico
en VLF: Cualquier aplicación
que requiera pruebas en C.A.,
sobre cargas de alta
capacitancia.
Cables de potencia
Grandes máquinas
rotatorias
aisladores
Tableros eléctricos
Interruptores
de potencia

5. INTRODUCCIÓN
Tensión: 20-200 kV
Carga de prueba: 2 µF – 50 µF
Equipos VLF ¿Por qué a 0.1 Hz?

IEEE Std400
Establece 6 tipos de
ensayo y los clasifica
1° CATEGORÍA: Ensayos de
tensión resistida (Withstand
test):
Pasa o no pasa
2° CATEGORÍA: Ensayos
predictivos o de evaluación
de estado (codition
assessment testing):
Determinan el estado del aislamiento
Corriente continua
Very Low
Frecuency
Ondas oscilatorias
(OSWT)
Frecuencia Industrial
Descargas Parciales
Ensayo de factor de
disipación (Tan delta)

1° CATEGORÍA: Ensayos de
tensión resistida (Withstand
test):
El principio de aplicación de cualquier ensayo de tensión
resistida, dice que si un cable soporta la tensión de prueba,
cuyo nivel (en Kv) y tiempo de exposición (en min.-seg.) -
ambos regidos por las respectivas normas de aplicación, -
podrá entonces ser puesto en servicio, o ser considerado
como “apto para el mismo”
I. NORMAS APLICABLES
IEEE Std 400.2TM-2013.- IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power Cable
Systems Using Very Low Frequency (VLF) (less than 1 Hz)
Describe los ensayos de tensión resistida, y de diagnóstico, y como deben ser
realizadas las mediciones en campo sobre cables de potencia apantallados,
extruidos o laminados.

La seguridad del personal es de gran importancia
durante todos los procedimientos de prueba. Todas las
pruebas de sistemas de cables y equipos deberá
realizarse en sistemas des-energizados y aislados
excepto donde se recomiende específicamente y
debidamente autorizado.
Las prácticas y procedimientos de seguridad, deberán
seguirse apropiadamente.
Las prácticas de seguridad deben incluir, pero no
limitarse, a los siguientes requisitos y recomendaciones:

a. Applicable national, state, local, and company safety
operating procedures, e.g., National Electrical Safety Code®
(NESC®).
b. IEEE Std 510, IEEE Recommended Practices for Safety in
High Voltage and High Power Testing.
c. NFPA 70E—Standard for Electrical Safety in the Workplace.
a. ANSI/NETA ATS-2009: Standard for Acceptance
Testing Specifications for Electrical Power
Equipment and Systems (Section 7.3.3: Cables,
Medium and High Voltage).
b. ANSI/NETA MTS-2011: Standard for Maintenance
Testing Specifications for Electrical Power
Equipment and Systems (Section 7.3.3: Cables,
Medium and High Voltage).
c. Protección física del suministro y propiedad del
cliente.

Antes de la prueba:
a) Determinación de espacios seguros y
amplios: considerando el voltaje de
prueba y el el voltaje de operación de
equipo energizado.
a. En uno o ambos extremos del
cable bajo prueba, en sitio: deben
estar libres y el area cercana
acordonada.
b. Los cables que esten des-
energizados y no estén bajo
prueba, se deben conectar a tierra.
c. En ambos extremos del cable
donde esté realizando la prueba,
deberán indicarse el objeto bajo
prueba está energizado.

Antes de la prueba:
b) Cuando se usa un interruptor o dispositivo
de desconexión para aislar el circuito del
cable del resto del Sistema.
c) Cuando el aislamiento es un espacio de aire,
como cuando se quita una conexión de
terminación de cable, la separación/distancia
debe ser suficiente para mantener el
aislamiento con el sistema de cable en el voltaje
de prueba de CA VLF y el equipo circundante a
voltaje de línea normal.

Toma de tierra (Grounding):
• El sistema de cables se puede desenergizar y
conectarse a tierra solo en los siguientes
casos:
o El conductor y la pantalla metálica están
conectados a tierra del Sistema, en el
sitio de prueba.
o Cuando no se ha confirmado la
continuidad en el Sistema de cables, en
el extremo final del cable de potencia.
• Se recomienda conectar a tierra los sistemas
de cables que no estén bajo prueba.
• Todas las partes expuestas conductoras del
Sistema de prueba deben estar unidad al
punto de tierra común. Si el instrumento de
prueba es un dispositivo de alta tensión, se
deberá usar un cable de conexión a tierra
“externo” para ponerlo a tierra.
HV
Objeto bajo prueba

Toma de tierra (Grounding):
• Una vez que la prueba vaya a iniciar y el
equipo VLF esté conectado al objeto bajo
prueba, la tierra de seguridad deberá ser
removida.
• Conexión a tierra del equipo de prueba.
• Se deberá tener extremo cuidado para
garantizar que todas las conexiones a tierra
no se puedan desconectar
accidentalmente. Se recomienda utilizer
conexiones a tierra que se puedan apretar
de forma segura, como por ejemplo: pinzas
de tierra portátiles y conjunto de
conexiones de tierra, construidos y
aprobados según IEC 61230.

Prueba de CA a muy baja frecuencia (VLF)
Los métodos de prueba en CA VLF utilizan señales de CA en un rango de
frecuencia de 0.01 Hz a 1 Hz.
En la pruebas de resistencia withstand testing, el cable u objeto bajo
prueba, puede pasar la prueba a un voltaje específico en un periodo de
tiempo determinado, sin ruptura del aislamiento.
La magnitud del voltaje resistido suele ser mayor que el voltaje de
operación.
Si el cable o accesorios están dañados, el voltaje aplicado ligeramente
mayor al de operación, es suficiente para que ocurra un falla.
Reparación en caso de falla.
Las pruebas de diagnóstico permiten determinar relativamente el grado
de degradación del aislamiento.

Las lecturas obtenidas durante la prueba en CA VLF, del objeto bajo
prueba pueden no tener correlación con los valores obtenidos en otros
valores de frecuencias. Por ejemplo; la tangente delta (tan δ) es mayor a
0.1 Hz que a la frecuencia industrial y las descargas parciales (PD-
Partial Discharge) pueden diferir en términos de magnitud y voltaje de
inicio de descargas.
Existen riesgos asociados con las pruebas y diagnósticos de alto voltaje. Las
pruebas de diagnóstico pueden ser no destructivas si se realizan a voltajes iguales
o inferiores al voltaje de funcionamiento normal. Sin embargo, hay una
compensación entre recopilar información adicional sobre el cable bajo prueba e ir
a niveles de voltaje elevados, con el mayor riesgo asociado de que el cable pueda
fallar a medida que aumenta el voltaje.

Cabe señalar que en los niveles de resistencia descritos en la Tabla 3, una falla
indica que el cable ya está en una condición altamente comprometida. Además, si
ocurre una falla bajo prueba, la corriente de falla resultante y el daño colateral al
cable y los activos circundantes puede ser limitado. Este puede no ser el caso si la
falla del cable sucede bajo condiciones de operación.
Ejemplos de formas de onda:
Prueba de voltaje en CA VLF con forma de onda coseno-rectangular
Prueba de voltaje en CA VLF con forma de onda senoidal

Métodos de prueba de diagnóstico VLF de los sistemas de cable
1) Medición tangente delta VLF (VLF-TD).
2) medición tangente delta diferencial VLF (VLF-DTD).
3) estabilidad temporal tangente delta VLF (VLF-TDTS).
4) espectroscopia dieléctrica VLF (VLF-DS).
5) Pérdida de VLF armónicos de corriente (VLF-LCH).
6) Corriente de fuga VLF (VLF-LC).
7) Medición de descarga parcial (PD) de VLF (VLF-PD).
8) Resistencia monitorizada VLF (VLF-MW).
Los métodos 5 y 6 son de uso limitado en la actualidad.
Las técnicas de prueba en campo, con frecuencia es una combinación de métodos
de prueba de diagnóstico. Los métodos de prueba deberían ser seleccionados en
base a consideraciones, tales como: facilidad de operación, requerimientos de
capacitación del operador, relación costo/beneficio, antigüedad y estado del
sistema del cable y la capacidad del cliente para aceptar de que ocurra alguna
falla del cable.

Los resultados de las pruebas de diagnóstico se pueden usar para el soporte de
toma de decisiones en la gestión de activos, como por ejemplo:
• Actividades de mantenimientos.
• Reemplazo del objeto bajo prueba.
• Evaluación de la condición.
Las posibles consecuencias de una falla del aislamiento en el objeto bajo
prueba (cable/terminales/empalmes) durante cualquier prueba de alto
potencial, deben ser consideradas antes de iniciar cualquier prueba de este
tipo.
Entre más graves son los defectos, menor es la resistencia dieléctrica de CA, los
defectos típicos en sistemas de cables impregnados en aceite son: defectos de
manufactura, operación, manejo (transporte, almacenamiento) y mano de obra.

Tabla tomada de la IEEE Std 400.2, pp. 9.

NOTA 1: Las pruebas de DP pueden ser menos sensibles en cables blindados con cinta envejecida
debido a la corrosión de las superposiciones del blindaje, la cual provoca la atenuación de las
señales DP. La sensibilidad de la DP puede disminuir al aumentar la longitud de la cable bajo
prueba.
NOTA 2: Las DP son detectables solo si hay uno o más árboles eléctricos activos o si hay presencia
de gases en los huecos del aislamiento del cable o accesorios. Además, debe tenerse en cuenta que
las condiciones de inicio de DP en VLF pueden ser diferentes de los de otras frecuencias.
NOTA 3: Se recomiendan pruebas complementarias para distinguir un defecto localizado grave del
sobre el deterioro general del objeto bajo prueba.
NOTA 4: Como esta técnica de prueba mide el promedio de todos los aislamientos bajo prueba, se
recomiendan pruebas complementarias para medir secciones individuales del aislamiento. Las
técnicas VLF-TD, VLF-DTD, VLF-TDTS, VLF-DS o no VLF, se pueden utilizar para diferenciar
aislamientos de cable mixto. Si las secciones individuales no se pueden medir, el método de prueba
puede no ser útil.
NOTA 5: Las diferentes características de propagación de las diferentes secciones de cable
(diferentes tamaños y / o aislamientos) pueden dificultar la localización del PD.

La descarga parcial se produce por el
estrés dieléctrico causado por la presencia
de un voltaje alto y no homogéneo en los
materiales de aislamiento. Las principales
causas por las que aparece la DP son:
Distribución no homogénea del campo
eléctrico.
Tracking/electrical treeing en la superficie
del aislamiento del cable.

Pruebas generales de tensión resistida en CA VLF
Prueba: Tensión
resistida (voltaje
aplicado) en CA
VLF
Evaluar integridad del
objeto bajo prueba
Niveles de voltaje de
prueba 2U0 a 3U0 (5-
69 kV)
Valor eficaz (rms) = 0.707 Valor pico
U0 = Valor de voltaje de prueba de fase-tierra rms
Pruebas de
mantenimiento 75%
Voltaje de prueba de
aceptación.
Tiempos de prueba
Instalaciones existente:
30 min @ 0.1 Hz.
Prueba de aceptación
(instalaciones nuevas).
60 min @ 0.1 Hz.
Excepciones: 15-30 min
@ 0.1 Hz.

Prueba: Tensión resistida (voltaje aplicado) en CA VLF

NOTA 1: Si el voltaje de funcionamiento es un voltaje inferior al voltaje nominal del cable, se
recomienda que los voltajes de prueba de mantenimiento sean los correspondientes al voltaje de
funcionamiento.
NOTA 2: El voltaje de mantenimiento es aproximadamente el 75% de la magnitud del voltaje de
prueba de aceptación.
NOTA 3: En algunos sets de prueba existentes tienen un voltaje máximo que es hasta un 5% inferior
a los valores enumerados en la tabla. Estos sets de prueba son aceptables para ser utilizados.
Consideraciones de la prueba
Datos del cable Equipo de prueba Ruta del circuito
Puntos de conexión
Historial de pruebas
Descarga Obj. Bajo
prueba y gnd
Tiempo de prueba
Registo: Voltaje
tiempo
Temperatura y
humedad relativa

Temperatura y
humedad relativa
Objeto bajo prueba

PRUEBAS
Tangente delta/tangente
delta diferencial/tangent
delta stability/corriente
de fuga/pérdidas por
corrientes armónica
IEEE-400.3-2006
Resolución 1x10-4,
acorde a la IEEE 400.2
Calidad y evolución del material instalado,
en forma global (de todo el sistema)
Baja estabilidad
dieléctrica
Este método consiste en conectar el cable o sistemas
de cable al equipo de prueba, aplicando una señal de
alta tensión con forma de onda sinusoidal, midiendo
tan  a 0.1 Hz. La señal de alta tensión es
proporcionada por el generador del equipo de
prueba.
TD (2xU0)-(U0)>1.0 “Cable with high operating risk”
TD (2xU0) < 1.2 “Cable can be returned to service”
TD (2xU0) > 1.2 “Highly service aged cable”
TD (2xU0)-(U0) < 0.6 “Cable can be returned to service”
TD (2xU0) < 2.2 “Cable with high operating risk”
Tan δ

Tan δ
HV
VSE
A TIERRA DEL EQUIPO Y SISTEMA
DE TIERRA PRINCIPAL
TIERRA VIRTUAL
DEL EQUIPO VLF
Ejemplo: Circuito de prueba para medición de
tan δ y capacitancia a cables
DP pueden influir en la
medición
Cables degradados:
prueba a voltaje de
operación o voltaje
nominal del cable
Clasificación de la
condición del aislamiento
Ninguna acción
requerida
Estudio
adicional
Acción
requerida
Durante la prueba de
hi-pot VLF, se puede
medir tan δ y DP´s

Tan δ

Tan δ
Ejemplo: Los patrones de las pérdidas (tan ) de las cuatro
muestras, en función del voltaje aplicado
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
0 2 4 6 8 10
tan
δ
(x10e-4)
Voltaje (kV)
NUEVO
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3

Tan δ
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10
tan
δ
(x10e-4)
Voltaje (kV)
NUEVO
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
Ejemplo. Curvas características de tan  en función del voltaje
aplicado de las cuatro muestras de cable (U0 = 9.2 kV)

Descargas parciales
DP´s
(consideraciones)
Monitoreo de DP´s
durante la prueba de
hi-pot VLF
Obtención del voltaje
de inicio de descargas
parciales
Elevar el voltaje de
prueba, lentamente, en
pasos.
Mantener el voltaje o elevarse al
voltaje de prueba y mantener
durante 20 a 50 segundos y se
mide la actividad de DP´s
Se reduce el voltaje
lentamente hasta el
nivel de voltaje de
extinción de DP´s
Si no se observan DP´s, se
eleva el voltaje hasta el nivel
de voltaje de prueba y se
mantiene el voltaje durante 30
min
En caso de iniciar DP´s, se
mantiene desde 30 a 60 s
adicionales
Se reduce el voltaje de prueba
hasta obtener el voltaje de
extinción de DP´s

Descargas parciales
(DP´s)
Patrón de DP´s

Espectroscopia dieléctrica
VLF Sinusoidal
El método de espectroscopia dieléctrica; consiste
en realizar la medición de propiedades
dieléctricas de diferentes materiales en función
de la frecuencia y en algunos casos en función del
voltaje. El equipo puede medir en un rango de
frecuencia desde 1000 Hz a 1 mHz.
La prueba es una prueba de diagnóstico que usa
voltajes rms de hasta 14 kV y puede usarse
como prueba de mantenimiento preventivo,
dónde se pueden devolver los cables a servicio
después de la prueba.
Tiempo de medición: < 15 min
Rango de frecuencia de
medición: 0.01 Hz a 1 Hz.

Espectroscopia dieléctrica
VLF Sinusoidal
Ejemplo: Los patrones de las pérdidas (tan ) de las cuatro muestras, voltaje máximo
140 Volts
0.001
0.01
0.1
1
10
1 10 100
tan
δ
(x10e-4)
Frecuecia (Hz)
NUEVO
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
Lecturas
afectadas
por
interferencia

IV. ASPECTOS A CONSIDERAR EN UN ENSAYO VLF
a) Comprobar que las instalaciones que van a probarse se encuentren
desenergizadas totalmente y que son exactamente las que se quiere probar.
b) Desconectar y poner a tierra todos aquellos cables y equipos que no deben
entrar en la prueba, igualmente todas aquellas partes metálicas que se
encuentren en las cercanías del cable y equipos bajo prueba.
c) Desconectar las terminales del cable bajo prueba en ambos extremos, limpiar las
terminales y proteger la terminal del extremo opuesto al punto de conexión del
equipo de prueba.
d) Todos los extremos de los componentes que están bajo prueba, deben
protegerse de contactos accidentales, por medio de barreras o con personal que
vigile el área de peligro.

f) Comprobar que todos los accesorios separables que se conectan al cable bajo
prueba se encuentren puestos a tierra a través del ojillo que para ese efecto
tienen, y que la pantalla metálica del cable de energía esté puesta a tierra.
g) Comprobar que la consola de control y el módulo de prueba estén puestos a
tierra
h) Una vez cubiertos todos los pasos anteriores, preparar el equipo de prueba de
acuerdo con su instructivo de operación.
Circuito de prueba tomado de la NMX-J-142-ANCE,
apedice C.

Evaluación de resultados
La prueba debe evaluarse de la manera siguiente:
Se considera que un cable de potencia y/o sus accesorios, cumplen con la prueba,
si soportan la tensión de prueba que se indica en la tabla 3, de la IEEE Std 400.2,
durante el tiempo que se especifica para el tipo de prueba y no debe presentar
flameo o perforación el sistema de cables.
Informe de resultados
a. Nombre del especialista que realiza la
prueba;
b. Identificación del producto bajo prueba;
c. Identificación del circuito que se prueba;
d. indicar el tipo de empalme o terminal;
e. Equipo que se utiliza para la prueba;
f. Valor de tensión que se aplica;
g. Tiempo de prueba;
h. Temperatura ambiente y
humeda relativa
i. resultado, comentarios y
observaciones
j. Fecha en que se realizó la
prueba

7. OPERACIÓN DEL EQUIPO DE ALTA TENSIÓN,
MODELO HVA94
PREPARAR LA MUESTRA PARA
REALIZAR LA PRUEBA DE
VOLTAJE A PLICADO EN VLF.

Ing. José Luis González Martínez
Agente Capacitador por la STPS
Ingeniero de Proyectos
Jlgonzalez.pqee@yahoo.com.mx

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