Localización de fallas en cables subterraneos

Es conocido por todos, que la utilización de cables subterráneos es muy poco común en nuestro país, sin embargo, en las grandes ciudades y en las capitales de muchos países, su uso es generalizado, y prácticamente las redes de distribución subterráneas, cubren toda la ciudad.

No obstante la ventaja que tienen en cuanto a limpieza visual se refiere (no se ven cables colgando y no se utilizan postes que perjudiquen o que atenten contra el aspecto de las calles de la ciudad), cuando ocurre una falla en algún punto de la red, ubicar dicha falla no es una labor sencilla.

Por qué tener un método para detectar la falla

Los cables no están a simple vista e intentar realizar las excavaciones en todo el trayecto afectado, puede resultar muy complicado. Además, perjudican el libre transito de personas y medios de movilidad, pues se debe bloquear el lugar de las reparaciones.

Ni que decir del perjuicio que puede ocasionar a las personas y negocios que se ven privados del suministro normal de energía motivo por el cual la empresa distribuidora podría ser multada por la mala calidad del servicio en lo que a periodos de desconexión se refiere.

Es por ello que debe contarse con un método ordenado que nos permita detectar el punto de falla o por lo menos nos aproxime a él, de forma que podamos comenzar con las reparaciones en forma inmediata y sin afectar un gran espacio durante las mismas.

Muchas veces en el desarrollo de nuestra actividad laboral, uno no tiene margen de error, no hay manera de experimentar y mucho menos cuando el problema ya tiene solución.

Afortunadamente para mi, cuando me enfrente con el problema de localizar la ubicación de la falla en un cable, tuve la suerte de contar con alguien de experiencia que no tuvo ningún reparo en enseñarme sus secretos y en compartir conmigo el manual, el cual es la base de este articulo.

Motivado por todo esto, quiero compartir con todos ustedes lo que aprendí al respecto, tal vez les sea de provecho algún día, pues diversas razones podría obligarlos como a muchos, a ir en busca de mejores perspectivas en otros países, y les toque como a mi, trabajar en redes subterráneas.

Procedimiento para la detección de fallas

Como lo mensioné antes, este no pretende ser un manual extenso de detección de averías, simplemente tómenlo como una guía que describe los pasos que se deben seguir para tener una aproximación al punto de falla en un cable subterráneo, y así poder aislar solamente una pequeña sección del mismo y tomar las acciones pertinentes para su mantenimiento y reparación.

Pasos a seguir para la detección de una falla

La secuencia a seguir es la siguiente:

• Testear con un probador de aislación o un megger.
• Analizar la información obtenida.
• Prelocalizar la falla (Aproximarse).
• Puntualizar.

I. Testear

Antes que nada, lo primero que debe hacerse es desenergizar y aislar la sección del cable fallado. Aunque la principal falla que se presenta en los cables subterraneos es la de un conductor a tierra, las fallas de conductor a conductor también pueden presentarse.

Puede recogerse valiosa información caracterizando la falla con un probador de aislación o un megger que generalmente tienen rangos de microamperios y/o megaohmios.

Para ello debe realizarse una serie de mediciones con el megger entre el conductor fallado y tierra como se indica a continuación:

Mediciones a realizar

1. En el lado A, conecte el megger entre el conductor fallado y tierra como se muestra en la figura 1. Anote el valor de resistencia de aislación de fase o de corriente de fuga.
2. Haga lo mismo con los conductores restantes, es decir conecte el megger entre los conductores de fase y tierra uno a la vez y anote las lecturas.
3. Compruebe la continuidad del lado A, para esto puede hacerse un corto entre el conductor de fase y el neutro del lado B como se muestra en la siguiente figura. Si en esta operación se obtiene una lectura de 10 ohmios o más cuando el cable tiene un neutro concéntrico, testee el conducto y el neutro en forma independiente, utilizando para esto un cable como camino de regreso. Con esto podremos determinar si es el conductor de fase o el neutro el que esta fallado. Si se obtiene una lectura de infinito, es probable que el conductor de fase o el neutro estén completamente abiertos, esto puede ser el resultado de una excavación o una falla que ha deteriorado y abierto el conductor de fase. Repita todas las pruebas desde el lado B y registre las lecturas.

II. Analizando la información obtenida

Con los datos obtenidos, debe verificar lo siguiente:

Si la resistencia de aislación del conductor fallado es menor de 50 ohmios o de más de 1 megaohmio, será relativamente sencillo localizar la falla. Solo si existe agua o aceite en la cavidad fallada o si existen fallas múltiples, podrían presentarse dificultades en la localización de la falla.

Si el megger o el probador de aislación indica valores de resistencia de aislación de menos de 10 ohmios, puede ser que no sea posible crear una descarga en arco (que se conoce con el nombre de flashover) en el lugar de la falla cuando utilizamos los métodos de impulso consecutivos. A menudo este tipo de falla se llama falla cerrada (bolted) o de metal a metal.

De todas formas es conveniente, siempre que sea posible, hacer la medición en ambos lados del cable.

Por ejemplo, si se tiene una medición de 8 ohmios en el lado A y de 250 ohmios en el lado B, es probable que el conductor este fallado y abierto y que la parte conectada al lado A este fallada pero no la parte conectada al lado B.

III. Prelocalizar la Falla

La selección de una técnica de localización se basa por lo menos en parte, en la naturaleza de la falla, y algunas de las técnicas empleadas para este cometido son:

• Seleccionar / Dividir.- Se emplea para todas las fallas, no se emplean instrumentos de localización y solo se debe subdividir el sector fallado y realizar las pruebas en cada segmento dividido.
• Reflectómetro Convencional  TDR.- Este método se emplea en fallas que miden menos de 200 ohmios y en todas en la que el cable está abierto.
• Reflectómetro de Alta Energía.- Se emplea en la localización de todas las fallas, reflexión de arco, reflexión de arco diferencial, reflexión de impulso y decaimiento.
• Detección de Impulso Electromagnético.- Se emplea en la detección de todas las fallas en cortocircuito y en algunas fallas abiertas.

IV. Puntualizar

Ubicar con exactitud la localización de la falla, se denomina puntualización, llamada también ubicación exacta de la falla, esta es necesaria antes de efectuar la excavación.

Despues de prelocalizar la falla, debemos conectar un generador de impulso a un extremo del cable fallado, luego, solo debemos escuchar en la zona fallada un ruido que delata la posición de la falla.

Como ven el método es sencillo, si se tienen los instrumentos adecuados. Al final, solo es cuestión de tener un buen oído, pues al utilizar un generador de impulso, la descarga instantánea de energía produce luz, calor y sonido. Prácticamente se produce un relámpago pequeño controlado, o lo que es lo mismo, una falla pequeña controlada. Pues bien la pequeña explosión que se produce, genera un frente de ondas sonoras que viajan saliendo de la tierra. Este evento sísmico audible es lo que en la jerga electricista se denomina el thump de la falla y es precisamente la que revela la localización exacta de la misma.

Sin embargo, en esta tarea pueden presentarse algunas dificultades que podrían impedirnos puntualizar la falla, trataremos de describir algunos de ellos.

Problemas para puntualizar la falla

Cuando el ruido no es lo suficientemente intenso como para ser escuchado, tal vez tengamos que utilizar un detector de impulso acústico para puntualizar con exactitud la falla.

A veces la tierra es demasiado densa, o el sonido viaja alejándose hacia debajo de la falla y no puede ser escuchado.

En cables secundarios enterrados, los equipos de testeo de gradiente de tensión son efectivos para la ubicación exacta de la falla, pero esta depende de la falla existente entre el conductor y tierra.

Cuando el cable está en un ducto, debemos emplear un método diferente.

Cuando un conductor único está dentro de un conducto de plástico, los cortos solo ocurrirán si el agua se filtra dentro el conducto a través de una grieta, ruptura u otro punto de acceso que se haya formado.

En este caso, cuando una falla ocurre, la corriente de fuga fluye a tierra desde la rotura de la aislación del conductor, sigue el agua hasta la rotura del conducto.

Si se utiliza un gradiente de tensión, la ubicación de la grieta en el conducto puede encontrarse, pero la ubicación de la falla no la descubriríamos.

Modo de ver los problemas en los Cables Subterraneos

Tratare de describir ahora, la forma de ver los problemas en los cables subterraneos, leyendo la información que nos muestran los instrumentos, pues estos en general muestran la distancia a varios eventos, como resultado de los cambios de impedancia en el cable, tales como empalmes o el extremo del cable.

Los métodos más populares empleados son los siguientes:

Reflectometría de Dominio de Tiempo (TDR)

Llamada también reflectometría convencional o radar de baja tensión, este método incluye un analizador con un generador de pulsos de señal de frecuencia elevada que los transmite por el cable que estamos probando e incluye un osciloscopio que muestra las reflexiones de los pulsos. En la pantalla del TDR se representan muchos puntos de referencia reconocibles tales como empalmes, cortes y fallas de derivación en cables de energía con una resistencia de aproximadamente menos de 200 ohmios.

TDR Diferencial

Cuando un TDR convencional se programa para presentar en su pantalla la diferencia algebraica entre dos trazas de entrada, se denomina TDR diferencial. Si las dos trazas son idénticas, el display mostrará una línea completamente plana. Esto puede ser útil cuando se localizan fallas en un sistema trifásico donde la fase fallada puede compararse con una fase buena. Cuando se utiliza un TDR diferencial la falla se ubicará probablemente colocando el cursor en donde exista una diferencia entre ambas trazas.

Reflexión de Arco

A menudo mencionado como uno de los métodos de radar de alta tensión, este método supera la limitación de 200 ohmios del reflectómetro convencional. Además del TDR, se necesita un filtro de reflexión de arco y un generador de impulso. El generador de impulso proporciona una gran elevación de corriente en el lugar de la falla creando un cortocircuito momentáneo que el TDR puede mostrar como una reflexión en sentido descendente. El filtro protege el TDR del pulso de alta tensión generado por el generador de impulsos.

Reflexión de Arco Diferencial

Patentado por AVO Internacional, este método de reflectometría de alta energía, es básicamente una extensión de la reflexión de arco. Requiere el uso de un generador de impulso, un filtro de reflexión de arco y un analizador. El analizador DART mostrará la diferencia algebraica entre la traza de baja tensión y la subsiguiente traza de alta tensión. La reflexión de arco diferencial elimina todas las reflexiones idénticas antes de la falla. La primera reflexión descendente que aparece (la falla) se podrá ahora identificar fácilmente.

Reflexión de Corriente de Impulso

Este método requiere del uso de un acoplador de impulso (acoplador lineal), un generador de impulso y un analizador. El analizador hace el trabajo de un osciloscopio con memoria que captura y muestra reflexiones desde la falla, producidas por el pulso de lata tensión del generador de impulso. El analizador opera en forma pasiva como un registrador de impulsos. El empleo de impulsos de alta energía es especialmente efectivo en la localización de fallas en tramos muy largos y en cables con fallas difíciles de ionizar que no se evidencian en forma efectiva utilizando la reflexión de arco.

Quemado de un Defecto

El modo de quemado se usa cuando la falla no forma arco con la tensión máxima disponible de nuestro capacitor de impulso. Es decir que poniendo toda la tensión disponible en el cable, esta aún no descarga. Esto es debido a las características eléctricas de la falla, esto puede alterarse por una operación de quemado del defecto.

Esto se realiza aumentando la tensión en el cable hasta que la falla se descomponga y luego, proveyendo una corriente estable o en aumento, se produce el quemado y carbonizado de la falla, que a su vez disminuye su resistencia y reduce la tensión necesaria para la descomposición. De allí el término “Quemado” que condiciona la falla para que se descomponga a una tensión menor y produzca el efecto sísmico o thump.

Estudios recientes indican que la operación de quemado puede ser también una razón para la disminución del tiempo de duración de los cables de tipo XLPE, por lo que se recomienda que esta operación debe usarse con moderación en este tipo de cable. Sin embargo, el quemado es mucho más común en los cables PILC, por lo que no se registran efectos nocivos cuando se usa el quemado en los mismos.

En la ilustración que sigue, puede observarse lo siguiente: la falla existente en el cable, se encuentra ubicada inicialmente en la región 1, esta zona excede la tensión máxima de nuestro generador de impulso, y por tanto no es posible utilizar los métodos de reflectometría descritos más arriba, por lo tanto debemos aplicar el método del quemado para reducir la falla, despues de lo cual, la falla se desplaza a la región 2, donde podemos cebar la falla para ubicar con exactitud su localización.