LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN CABLES SUBTERRÁNEOS ¿Ocurrió la falla? L1 L2 L3 aislamiento/Pantalla (pantalla metálica) Tierra (Masa a tierra)
¿Qué podemos hacer? April 2006
1
Pasos para localizar el punto exacto de falla
1.- Determinar el tipo de falla
(Fallas en serie, Fallas en paralelo)
2.- Prelocalizar
(Utilizar métodos de prelocalización)
3.- Localización
(Utilizar métodos de localización puntual)
April 2006
2
DETERMINAR EL TIPO DE FALLA Medir la resistencia
(Micromímetro, Megómetro)
Tipos de falla
Falla de fase a tierra
(Fallos paralelos) Valores aprox. 100 W
L1-E
L2-E
L3-E
Falla de fase a fase L1-L2
L1-L3
L2-L3
L1 L2 L3 E
(Fallos series) Valores aprox. 500W
L1 L2 L3 E
El factor que influye es la impedancia normal del cable. April 2006
3
¿ COMO ELEGIR EL MÉTODO PRELOCALIZACIÓN?
Para elegir el método de prelocalización depende:
Tipo de falla
Nivel de tensión del sistema
Tipo de cable (PVC, XLPE, PILC) Tiempo de instalación
Tipo de instalación (subterránea, aérea)
Longitud del cable min., máx y típica.
April 2006
4
PRELOCALIZACION
Métodos de prelocalización:
Método reflexión del impulso (TDR)
Método reflexión de arco (ARM®)
Método reflexión de arco plus (ARM plus ®)
Método reflexión de arco burning (ARM burning®) Decay
Decay Plus
Método impulso de corriente (ICE)
Método impulso de corriente plus (ICE plus)
April 2006
5
LOCALIZACION
Métodos de localización: Localización por receptor de onda de choque Método acústico Método del mínimo tiempo acústico y magnético Localización por el método tensión a paso Por DC Por audiofrecuencia
April 2006
6
PRELOCALIZACIÓN
April 2006
7
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Método de reflexión de impulso (TDR): El TDR emite un pulso en corto tiempo en el tiempo.
L1 L2 L3 Schirm
0 Ohm
El pulso viaja através del cable y refleja cada cambio de impedancia de regreso viaja al reflectometro. Donde el reflectometro, convierte el tiempo en distancia.
April 2006
8
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Circuito equivalente del cable Sección del cable
R
L G
April 2006
C
R ... resistencia serie L ... inductancia serie G ... conductancia en paralelo C ... capacitancia en paralelo
9
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Impedancia de línea
R
L G
C
La resistencia de falla esta determinada por
R
y.
G
La impedancia del cable esta determinada por:
L
y
C
Fórmula para determinar la impedancia del cable:
R + j G + j
Fórmula simplificada para altas frecuencia (ej. para pulsos)
conductor delgado aislamiento grueso
conductor grueso aislamiento delgado
April 2006
L grande
Z=
Z=
· L ·C
L C
Z C pequeño grande
C L pequeño grande
Z pequeño
10
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Impedancia - Reflexión No hay cambios de impedancia – no hay reflexión
Pequeños cambios de impedancia – hay reflexión
Cambios de impedancia – visible reflexión
April 2006
11
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Velo cid ad d e pr op agac ión d el pu ls o elé ct ric o
L1 L2 L3 Schirm
Dieléctrico
Valores para
vacío plástico agua
rel
April 2006
rel
1
v=
2 to 4 81
Z
v c
c
Velocidad de propagación del pulso Velocidad de la luz (300 m/ms)
rel rel
y
v
Z=
L C
Z L C
Constante dieléctrica relativa Impedancia Inductancia del cable capacitancia del cable
C~
rel
12
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Tabla de selección de cables vs velocidad media v/2 Tipo de cable (basado en VDE
Aislamiento
Constante dieléctrico є • rel
v/2 desviación m/ s
A-2YF(L)2Y A-2Y(St)2Y A-02Y(LCo)2Y A-PMbc A-PWE2Y NAEKBA NAKBA
PE PE Foam-Pe Paper Paper Paper/Pulp Paper/Pulp
2.3 2.3 1.7 1.6 1.6 3.5 3.5
94 100 116 112(118) 118 80 80
small small small 110-126 110-126 77-83 77-85
NAKLEY NAHEKB NAKEBA NKBA NKLEY NAYY NAYCWY NYY NYCWY NA2XY NA2XSY NA2XSYV NA2XS(F)2Y N2XSY
Paper/Pulp Paper/Pulp Paper/Pulp Paper/Pulp Paper/Pulp PVC PVC PVC PVC XLPE XLPE XLPE XLPE XLPE
3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 5.0 5.0 5.0 5.0 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3
80 80 80 80 80 78 75 78 75 85 85 85 85 85
77-83 77-83 77-83 77-85 77-83 70-82 69-78 70-82 69-78 small 82-86 82-86 82-86 82-86
April 2006
13
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Tiempo y distancia de la propagación del impulso L1 L2 L3 Schirm
L = x v 2
April 2006
v 2
· tx
Velocidad de propagación media
v
Velocidad de propagación del impulso eléctrico
tx
Tiempo de propagación del impulso ida y vuelta
Lx
Longitud del conductor
14
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Tiempo y distancia de la propagación del impulso distancia
m
m/µs
m
m/µs
v/2 April 2006
15
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión L1 L2 L3 Schirm
r =
Z1
UR
r
US
r=
April 2006
Z2
factor de reflexión
US señal de transmisión
Z2
Z1
Z2
Z1
UR señal de reflexión Z1 Impedancia del primer conductor Z2 Impedancia del segundo conductor 16
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión – en corto circuito
Zx = 0
ZL
r=
ZX - ZL ZX + ZL
Corto circuito : Z X
April 2006
=
0 - ZL 0 + ZL 0
r
=
-1
- ZL ZL
=-1
reflexión negativa
17
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Prelocalización – medición de reflexión
Corto circuto
Zx = 0
April 2006
18
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión – abierto al extremo
ZL
r=
April 2006
Zx =
ZX - ZL ZX + ZL
=
- ZL + ZL
=
=1
19
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Prelocalización – medición de reflexión
Abierto al extremo
Zx =
April 2006
20
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión: Cuando la impedancia característica es igual a la impedancia de falla
ZL
ZL
Para ZX = ZL
April 2006
r=0
Sin reflexion
21
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión: Cuando la impedancia característica es igual a la impedancia de falla
m
m/µs
m
Z = 50 Ohm
April 2006
22
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Imágenes típicas de reflexión (shunt)
m
m
Rparallel = 0 Ohm Rparallel= 10 Ohm Rparallel= 50 Ohm April 2006
m/µs
m
m
m/µs
Rparallel = 0 Ohm Rparallel= 100 Ohm Rparallel= 250 Ohm 23
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Imágenes típicas de reflexión (fallos series)
m
m
Rseries = infinitive Rseries= 250 Ohm Rseries= 10 Ohm
April 2006
m/µs
m
m
m/µs
Rseries = infinitive Rseries = 100 Ohm Rseries = 10 Ohm
24
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Imag enes t ípi cas de refl exión (m edic io nes i deales) Cable sin falla
RF
R
Falla por resistencia en paralelo
Falla por cortocircuito
F
RF
Falla por resistencia en serie
Falla por interrupción
Vista de empalme o junta April 2006
25
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Falla por resistencia: (similar a las ramificaciones) Localización de la falla
Falla por resistencia:
ZL
R
Falla por capacitancia:
ZL
April 2006
Reflexión de una falla ohmica
Localización de la falla
C
Reflexión de una falla capacitiva
26
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Factor de reflexión en ramificaciones continuación de cable
ZL ZL ZL
Zx
ZL
2
2 ZL
1 2
1 r
Z X - ZL ZX
ZL
2 1 2
April 2006
continuación de cable
ZL
1
ZL - ZL
2 2
ZL
ZL
3
ZL
ZL
-
1 3
27
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Rastreo de reflexión en redes ramificadas (ideal)
April 2006
28
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Rastreo de reflexión en redes ramificadas (ideal)
m
April 2006
m
m/µs
29
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Rastreo de reflexión en redes ramificadas - Melbourne
April 2006
30
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Imagen típica de reflexión (medido)
m
April 2006
m
m/µs
31
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Influencia de la atenuación del cable Cable sin falla Reflectómetro
Ideal image in cable specific equalization 100%
0% Attenuative influence on the frequency 100%
Display after de-attenuation
0%
April 2006
32
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Influencia del ancho de pulso Cable without fault
narrow transmitter pulse
cable joint
Cable without fault
Reflections separately identifiable 1. Reflection
2. Reflection wide transmitter pulse
Reflections not separately identifiable 1. Reflection
2. Reflection ( Overlaying of the reflections )
April 2006
33
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Influencia del ancho de pulso
m
m
m/µs
reflexión en la zona muerta
April 2006
34
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Influencia del ancho de pulso
m
m
m/µs
zona muerta
April 2006
35
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Mediciones de reflexión
April 2006
36
PRELOCALIZACION - REFLECTOMETRO Mediciones de reflexión
April 2006
37
PRELOCALIZACION - ARM® Medición por reflexión de arco (ARM®) Estabilización pasiva del arco Sin arco
Sin arco
Reflectómetro Con arco Con arco
Nivel de voltage con ARM®:
Filtro
Con unidades independientes hasta max. 32 kV
M 219 (inductivo) y LSG 300 (resistivo)
Cable fallado
Con unidades dependientes hasta max 50 kV (en furgonetas) SWG April 2006
38
PRELOCALIZACION - ARM® Estabilización pasiva del arco
SIM
300
HV - Unit
Surge Unit
= G
Faulty Cable
Teleflex
Estabilización pasiva del arco Reflexión de arco de corto tiempo (breakdown) Medida del impulso después de un retardo definido. April 2006
39
PRELOCALIZACION - ARM® Medición por reflexión de arco (ARM®) Estabilización activa del arco
Without arc
Reflectómetro With arc
Nivel de voltage con ®
ARM :
Con unidades independientes hasta max. 32 kV Con unidades dependientes hasta max 50 kV (en furgonetas)
Filtro
LSG 3-E Acoplador fuente de 2 kV
Cable fallado
SWG
April 2006
40
PRELOCALIZACION - ARM® Estabilización activa del arco LSG 3 E
HV - Unit
Surge Unit
2 kV
= G
Faulty Cable
Teleflex
Estabilización activa de arco Reflexión de arco de corto tiempo (interrupción). Medida del impulso después de un retardo definido.
April 2006
41
PRELOCALIZACION - ARM® Estabilización activa del arco 2 kV LSG 3 E
2 kV
Faulty Cable
Teleflex
Estabilización activa de arco Rompimiento dielectrico por tensión de descarga de 2 kV Medida del impulso después de un retardo definido.
April 2006
42
PRELOCALIZACION - ARM®
Estabilización de arco
pasiva o activa
Voltaje de ignición y duración del arco U
Picos de voltaje
32 kV
Pasivo Resistivo LSG 300 resistivo a la salida del circuito 2….8 ms
Pasivo Inductivo M 219 inductor a la salida del circuito Activo LSG 3-E extra capacitor 2kV, 640 J
activo 2 – 8 ms
April 2006
20 ms
Voltaje en el punto de falla 43
PRELOCALIZACION - ARM® Vista en el reflectómetro utilizando la medición Activo ARM®
April 2006
44
PRELOCALIZACION - ARM® Vista en el reflectómetro utilizando la medición Activo ARM®
ARM en un cable de 740 m April 2006
45
PRELOCALIZACION - ARM® Vista en el reflectómetro utilizando la medición Activa ARM®
ARM en un cable de 8 km
April 2006
46
PRELOCALIZACION – ARM Plus® Config uració n p ara l a prueba ARM Plus DC Tester
Surge Generator 16/32 kV Coupling Unit Surge Generator 4/8 kV
Cable con falla
tV = 3 ms
Spark Gap 1 kV 200 V
Pulse Condensator Uncoupling Unit
Reflectometro
BE April 2006
47
PRELOCALIZACION – ARM Plus®
Método ARM Plus® HV Surge Unit 16 / 32 kV
= G DC Supply
Faulty Cable
1 kV
200 V
MV Surge Unit 4 / 8 kV
Teleflex Descarga vía resistencia Extensión de arco por impulso de media tensión (MV) Medición de pulsos de 1 kV o 200 V No produce efectos de baja frecuencia April 2006
48
PRELOCALIZACION – ARM Plus® Vista en el reflectómetro utilizando ARM-Plus®
April 2006
49
PRELOCALIZACION – ARM Plus® Vista en el reflectómetro utilizando ARM-Plus®
April 2006
50
PRELOCALIZACION – DECAY Configuración del Método Decay
April 2006
51
PRELOCALIZACION – DECAY
Método Decay DC Test Set
= G
Faulty Cable
Peak 1 Peak 2
Localización de la onda que viajera
Peak 3
Aumento del voltaje hasta la interrupción Displaya y mide la onda viajera (dependiente de la frecuencia)
Peak 4
Teleflex
Desacoplamiento vía divisor de voltaje capacitivo Medición equivalente de pico a pico de la onda viajera Distancia de falla = distancia pico a pico divido entre 2 April 2006
52
PRELOCALIZACION – DECAY Vista del Decay en el reflectómetro
Cycle measurement:
lx =
C2-C1 2
- lA
lA ... HV connection cable
C1 April 2006
C2 53
PRELOCALIZACION – DECAY Vista del Decay en el reflectómetro
April 2006
54
PRELOCALIZACION – DECAY plus Configuración del Método Decay Plus DC Tester 80 kV Cable con falla
Coupling Unit Without arc
Surge Generator 4/8 kV tV = 3 ms
Spark Gap 1 kV 200 V
With arc
Pulse Condensator Uncoupling Unit
April 2006
Teleflex
55
PRELOCALIZACION – DECAY plus Vista del Decay Plus
April 2006
en el reflectómetro
56
PRELOCALIZACION – DECAY plus Vista del Decay Plus
April 2006
en el reflectómetro
57
PRELOCALIZACION – ICE Configuración del Método ICE (Impulse current equipment) SWG surge wave generator
Faulty cable
Teleflex Reflectometer
ICE 0.00
-
consider length of cable reel !
Mode
m 1957 m
first period and ignition delay time
April 2006
58
PRELOCALIZACION – ICE
Método impulso de corriente
Surge Unit or DC Test Set
=
Faulty Cable
G
Impulse current decoupling method
Teleflex
- Voltage increase until breakdown or surge is released from s urge generator - Measurement of the travelling wave (frequency dependent)
Peak to peak = L
-Decoupling via inductive current decoupler
April 2006
59
PRELOCALIZACION – ICE Método de pulso de corriente (ICE) Ignición directa a la falla Lx
t
tx+t
.... Ignition delay tx
tx
Reflexiones parasitas
Ignición de la falla April 2006
60
PRELOCALIZACION – ICE Método de pulso de corriente (ICE) Ignición directa a la falla por una onda interna propagada. L1 Lx
tx tL1
tx
Reflexiones parasitas
Reflexiones parasitas
Ignición de la falla April 2006
61
PRELOCALIZACION – ICE Me diciones en camp
o
ICE Current decoupling at 8 km Cable
April 2006
62
PRELOCALIZACION – ICE Me diciones en camp
o
Localización automática con el método ICE
April 2006
63
PRELOCALIZACION – ICE Me diciones en camp
o
ICE Automatic Fault location and the manual correction
April 2006
64
PRELOCALIZACION – ICE ICE ( Impu lse Current Metho
April 2006
d)
65
PRELOCALIZACION – ICE Mé to d o de p u ls o d e co rr ien te
Fehlereinmessung durch
Cursor oder X shift
April 2006
66
PRELOCALIZACION – ICE Mé to d o de p u ls o d e co rr ien te
Fehlereinmessung durch Cursor oder
X shift
April 2006
67
LOCALIZACIÓN (pinpointing)
April 2006
68
LOCALIZACION
Receptores de impulso de onda
Localización por método de tensión a paso Método con DC Método con audio frecuencia Método con modulada con audio frecuencia
April 2006
69
LOCALIZACION – RECEPTOR DE IMPULSO DE ONDA Loc al iza ción por la inte nsidad de so nido de la descarga
SWG
descargas fotovoltaicas April 2006
70
LOCALIZACION – RECEPTOR DE IMPULSO DE ONDA Prin ci pio : Med id a del tiem po (mag né tic o / acú st ic o) t0 ………señal magnética. tx ………señal acústica. tx ………Mín. diferencia de tiempo entre la señales magnética y acústica
SWG
April 2006
71
LOCALIZACION – RECEPTOR DE IMPULSO DE ONDA Medida del tie
m po - Medida de distancia
Señal detenida, por el trigger de la señal acústica
Menor distancia de falla = Número menor
Señal de salida accionada por el campo magnético
SWG
April 2006
72
LOCALIZACION – RECEPTOR DE IMPULSO DE ONDA Pinpoin ting w ith Spee d-of- Soun d Me asurement
Variation of Trigger Level Baja sensibilidad
Sensibilidad media
Alta sensibilidad
Nivel de disparo
Sonido de descarga
Start
Start
Stop
Start / Stop
OVFL
Ajuste de sensibilidad baja
Sensibilidad ajustada correctamente
No detecta la señal magnética
Señal de disparo correctamente
April 2006
Sensibilidad ajustada incorrectamente Incorrecta señal de disparo, muy pronto
73
LOCALIZACION – RECEPTOR DE IMPULSO DE ONDA Lo caliz ació n de fall as e n cables dentro d
e un du cto
t1
t2
l1
l2
lg
Ejemplo : t1 = 38,4, t2 = 10,3, lg = 50 m
lx =
April 2006
lg
t1 t1 + t2
lx
=
50 •
38,4 38,4 + 10,3
= 39,4 m
74
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO
Mé to d o Vol taj e p as o a p as o
Método con DC Método con audio frecuencia Método con modulada con audio frecuencia
April 2006
75
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Mé to do de lo calizaci ón co n ten sión p aso pas o D C Dirección e intensidad de la indicación del instrumento Avería a la derecha Avería a la izquierda
ESG 80-2 0
0
V
+
-
V
0
+
-
V
+
MMG 5
Fault Resistance of Earth Contact
April 2006
!
76
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Mé to do de lo calizaci ón co n ten sión p aso pas o D C
MMG
!
April 2006
77
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Influ encia de m ateria les m etálico s qu e c ruzan los conductores (tuberías, tierras, …)
MMG
!
April 2006
78
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Falla virtu al en la loc aliza ción d e fallas m últiples
+
+
-
MMG
-
Phantom Fault
!
April 2006
79
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Con exión m etálic a ent re el a is lam ient o y u n sistem a puesto a tierra
- RF < 1 k W - No polarización - No es detectable la tensión de paso !
MMG
!
April 2006
80
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Lo calización d e falla de aislam iento co n m é to do de aud io frec uen cia Gene rador de AF con
potencia m in 40 W
Rc = 1 / w C U = V P Rc
max
min
max
AFGenerator
Fault Resistance of Earth Contact
April 2006
!
81
LOCALIZACION – VOLTAJE PASO A PASO Lo calización d e falla de aislam iento co n m é to do m od ulad o d e audio frecuencia
AFGenerator
Fault Resistance of Earth Contact
April 2006
!
82
Sistemas moviles de localizadores de falla en BT y MT
Surgeflexes
Surgeflex 15 or 25 (560 or 1150 J) Surgeflex 8-1000 (1000 J)
April 2006
Surgeflex 32 (1750 J)
SFX 40 (1000 / 2000 J)
83
Sistemas de localizadores de falla en AT y MT
Centrix 40kV y 80 kV (monofásico y trifásico) El nuevo concepto de las furgonetas
April 2006
84
Sustento técnico (en base a sus respuestas) Indique los voltajes fase-fase y fase a neutro del sistema que desea detectar la falla. Rpta Eber Zabaleta: Desde 380 V. , 220V, 10KV, 22.9KV Gernot: Lo importante es saber es c ual es la tensión de falla, típicamente es 4 kV. Las máximas tensión de fallas comunes tendremos para cables de 22.9kV hasta 13.23 kV. Solo en algunas casos de fallos intermitentes la tensión de fallo serán hasta la tensión de servicio. ¿Cual es la longitud máxima, mínima y típica de sus cables?. Rpta Eber zabaleta :esta entre 0.4 y 1 km. Y la mayoría son en promedio 500m. Gernot: Para estas longitudes tenemos equipos desde el surgeflex 15 ó 25 y 32. ¿Cuántas fallas usted ha tenido por semana/año? Rpta Eber Zabaleta : Por año aproximadamente unas diez. Gernot: se puede justificar un surgeflex 32 En que tipos de cables s ufren mayores fallas de aislamiento ¿Cuándo se produce esto? Rpta Eber Zabaleta: Mayormente cuando se tiene afectación por terceros , pocas veces por falla propia del cable. Gernot: Estas fallas normalmente son fallas fase a tierra. Por lo que se necesitaría el método de tensión de a paso en el Surgeflex 32 incluye este método con corriente continua en onda cuadrada (es el mejor y mas seguro). También se pueden utilizar método de tensión a paso por audio frecuencia. Pero es mas potente el de corriente continua. Si se utiliza un generador como localizador de falla a tierra. La energía liberada en el terreno podría ser peligroso. April 2006
85
Conclusiones Hay dos propuestas (que depende de lo aceptable y óptimo ) Surgeflex 15 (1150 J)
Surgeflex 32-1750P Digiphone
Digiphone
ESG 80-2
vLocPro
Frame tipo A
Aceptable April 2006
Óptimo 86
Comparación entre ambas propuestas
April 2006
87
Gracias por su atención
[email protected]
April 2006
88
Localización de falla a tierra en BT
MMG 5 MMG 10
April 2006
89
Sistema de localización de fallas en BT SFX 5-1000 Con la opción ICEplus •
Prueba hasta 5 kV; reconocimiento rompimiento dielectrico
•
Pre-localización con ICEplus
•
Caracteristica de acondicionamiento de falla
•
Localización con método de tensión de paso DC
•
Localización por método acustico (1000 J @ 2 kV and 4 kV)
April 2006
90
