Especificaciones de la prueba de tensión resistente a impulsos de cables de alta tensión
Según las normas internacionales IEC 60840 (para cables con tensión nominal hasta 150 kV) e IEC 62067 (para cables con tensión nominal superior a 150 kV hasta 500 kV), la prueba de tensión resistente a impulsos de rayo debe realizarse a una temperatura elevada controlada —específicamente, con el conductor del cable mantenido entre 90 °C y 95 °C (o la temperatura máxima de funcionamiento nominal del aislamiento de XLPE).
La norma establece que la secuencia de prueba debe consistir en 10 impulsos consecutivos de polaridad positiva seguidos inmediatamente por 10 impulsos consecutivos de polaridad negativa a la tensión de prueba especificada completa (Up). La forma de onda debe ajustarse a un impulso de rayo estándar con un tiempo de frente (T2) de 1,2 μs ± 30 % y un tiempo de semivalor (T2) de 50 μs ± 20 % (comúnmente designado como onda 1,2/50 μs). El sistema de cable debe pasar la prueba si no se produce ninguna ruptura dieléctrica ni descarga disruptiva durante ninguno de los 20 impulsos aplicados.
Matriz de parámetros técnicos: Forma de onda y secuenciación de impulsos
Los límites estructurales para realizar pruebas de verificación de impulsos en tipologías de sistemas de alta tensión se detallan a continuación:
| Clase de tensión (Um) | Referencia normativa | Ejemplos de tensión pico requerida (Up) | Impulsos requeridos (positivos) | Impulsos requeridos (negativos) | Tolerancias permitidas de frente/cola de onda |
|---|---|---|---|---|---|
| 110 kV a 132 kV | IEC 60840 | 550 kV / 650 kV | 10 | 10 | T1: ±30 %, T2: ±20 % |
| 220 kV a 230 kV | IEC 60840 | 1050 kV | 10 | 10 | T1: ±30 %, T2: ±20 % |
| 380 kV a 500 kV | IEC 62067 | 1425 kV / 1550 kV | 10 | 10 | T1: ±30 %, T2: ±20 % |
Análisis de causas raíz de fallos por ruptura por impulsos
Efectos de la acumulación de carga espacial
El requisito de aplicar 10 impulsos positivos seguidos de 10 negativos está diseñado para someter el sistema de aislamiento a estrés durante la transición de polaridad. Bajo tensión continua de alta tensión o estrés de impulsos unipolares, las homocargas (cargas espaciales con la misma polaridad que el electrodo) se inyectan en el volumen del XLPE, cerca de la pantalla del conductor o la pantalla de aislamiento.
Cuando el generador cambia bruscamente a polaridad negativa, el campo de carga espacial positiva atrapado se alinea con el nuevo campo externo negativo. Esta superposición amplifica drásticamente el gradiente de campo eléctrico localizado (Emax), pudiendo desencadenar fácilmente la iniciación de árboles eléctricos si existen defectos estructurales en el polímero.
Morfologías comunes de ruptura y defectos de fabricación
- Arbolado eléctrico por contaminantes: Si fragmentos metálicos microscópicos (por ejemplo, polvo de cobre o hierro de matrices de trefilado) penetran en la matriz de XLPE durante la coextrusión de tres capas, actúan como potenciadores de campo infinitos. La traza de ruptura resultante presenta una estructura arbustiva densa que irradia hacia afuera desde la partícula.
- Trayectorias de descarga por microhuecos: Una presión de curado insuficiente o la entrada de humedad durante el proceso de vulcanización húmeda dejan microscópicos huecos llenos de gas dentro del aislamiento. Bajo el frente de onda pronunciado de un impulso de rayo (1,2 μs), el aire dentro de estos huecos se ioniza instantáneamente. Esto produce trazas de descarga parcial localizada que perforan rápidamente la pared de aislamiento restante, dejando un orificio perforado carbonizado limpio y recto.