¿Has oído hablar de las pruebas VLF? Se trata de una técnica de diagnóstico eficaz y práctica que facilita la evaluación e inspección de cables eléctricos. Pero, ¿en qué consisten realmente y cuáles son las ventajas de utilizarlas? A fin de responder tu pregunta, en el siguiente artículo te mostramos todo lo que necesitas saber sobre estas pruebas.

¿Qué son las pruebas de resistencia de muy baja frecuencia?

Las pruebas de resistencia de muy baja frecuencia (VLF) consisten en la aplicación de una onda sinusoidal de CA, generalmente entre 0,01 y 0,1 Hz, para evaluar la calidad del aislamiento eléctrico en cargas de gran capacidad, como los cables.

Durante este ensayo, los cables se someten a una tensión de prueba significativamente superior a la que experimentan en condiciones normales de funcionamiento. Esto permite que los puntos débiles o las zonas dañadas del cable fallen mientras se realiza el test y no durante el servicio.

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Causas de fallo de los cables durante la prueba VLF

Como mencionamos en el punto anterior, cuando un cable se somete a la prueba VLF y, en consecuencia, a una tensión de prueba superior a la que suele soportar en servicio, cualquiera de sus defectos experimentará mayores niveles de tensión que pueden crecer dentro del aislamiento del cable.

Este es un fenómeno conocido como “arborización”, en el que los árboles eléctricos surgen en los puntos de mayor tensión donde hay cavidades, protuberancias, contaminantes o árboles de agua.

Los árboles eléctricos son canales de carbonización que aparecen debido a la actividad de descarga parcial dentro del aislamiento. Una vez que este fenómeno crece lo suficiente y traspasa los electrodos del sistema de cables, se produce la rotura del aislamiento del cable.

Los árboles de agua, por su parte, son estructuras arborescentes que se forman a partir de la interacción electroquímica del campo eléctrico y el agua que entra en el interior del cable. Su crecimiento es extremadamente lento, pero actúan como refuerzos de tensión, lo que puede ayudar a iniciar un árbol eléctrico. En este sentido, es importante detectarlos a tiempo para evitar descargas completas o largas interrupciones del servicio.

Tiempos de ensayo recomendados para la prueba VLF

En la “Guía para ensayos de campo de sistemas de cables de alimentación apantallados utilizando muy baja frecuencia” que publicó el IEEE, se mencionan los niveles de tensión y los tiempos de ensayo recomendados que deben aplicarse durante las pruebas de instalación, aceptación y mantenimiento de los cables de distribución de media tensión en función de la clasificación del sistema de cables.

En general, la duración de la prueba VLF debe oscilar entre 15 y 60 minutos, dependiendo de la antigüedad del circuito y del tipo de prueba que se realice. Por ejemplo, se recomienda un tiempo de prueba mínimo de 30 minutos para circuitos de cables envejecidos.

En el caso de circuitos especialmente importantes, como los de alimentación, debe considerarse la posibilidad de ampliar el tiempo a 60 minutos. Lo mismo se aplica a las pruebas de instalación o aceptación.

Estos tiempos recomendados se basan en estudios realizados sobre la velocidad de crecimiento del árbol eléctrico en defectos de descarga parcial en sistemas de cables XLPE. Esta guía del IEEE también indica que pueden observarse diferencias en la tasa de crecimiento del árbol del canal entre la prueba de factor de potencia, la frecuencia VLF coseno-rectangular y la frecuencia VLF sinusoidal. Al aplicar esta última, se consigue la tasa de crecimiento del árbol más rápida.

La tasa de crecimiento del árbol en canales con una tensión de prueba de 3U0 (donde “U0” es la tensión nominal eficaz entre fase y tierra) a 0,1 Hz VLF sinusoidal en cables XLPE envejecidos en campo es de 10,9 a 12,6 mm por hora (mm/h).

Si un cable de media tensión de 15 kV con un grosor de aislamiento de 5,6 mm se somete a la prueba VLF durante 30 minutos, todos los defectos del cable crecerán hasta fallar. Si se compara esta cifra con la frecuencia de potencia de CA o VLF coseno-rectangular de 0,1 Hz, la tasa de crecimiento del árbol es tan solo de 2,2 a 5,9 y de 3,4 a 7,8 mm/h, respectivamente.

En consecuencia, la VLF sinusoidal de 0,1 Hz es la frecuencia y la forma de onda ideales para las pruebas de resistencia de cables.

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Ventajas de la prueba VLF sobre la de factor de potencia

Para comprender las ventajas de la prueba VLF sobre la prueba de factor de potencia, primero hay que considerar la siguiente ecuación básica:

P = 2πfCV2

Donde “f” es la frecuencia de prueba aplicada, “C” representa la capacitancia del objeto de prueba y “V” es la tensión de prueba aplicada.

A partir de esta ecuación, podemos ver que la disminución de la frecuencia de prueba aplicada reducirá la potencia necesaria para aplicar una tensión. Además, dado que P = IV (donde “I” es la corriente), también se reduce la cantidad de corriente necesaria para aplicar una tensión.

De la relación anterior se deduce que, si se compara la frecuencia VLF de 0,1 Hz con la frecuencia de potencia (60 Hz), la potencia y la corriente necesarias para probar un cable con la misma tensión de prueba son 600 veces menores. Esto tiene el beneficio añadido de que el tamaño del instrumento de prueba puede reducirse de forma significativa para permitir un comprobador de alta tensión muy portátil.

Hasta aquí hemos visto qué son las pruebas de resistencia de muy baja frecuencia y algunos conceptos básicos sobre ellas. Esperamos que esta información te haya resultado útil e interesante y que te ayude a aprender más sobre esta valiosa herramienta.

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Traducido y adaptado de hvtechnologies.com, citando la “Guía para ensayos de campo de sistemas de cables de alimentación apantallados utilizando muy baja frecuencia” (Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency) del IEEE