Aislamiento y dieléctrico
La prueba de tangente delta en cables mide la pérdida dieléctrica del aislamiento de un cable de potencia mientras se eleva por pasos una tensión de muy baja frecuencia. El nivel, la estabilidad y el aumento de la pérdida con la tensión dan una imagen del envejecimiento general del aislamiento, de modo que los cables pueden jerarquizarse y reemplazarse según su condición y no según su edad.
La prueba de tangente delta en cables, llamada también prueba de factor de disipación o de ángulo de pérdidas, es un diagnóstico que mide cuánta energía disipa el aislamiento de un cable de potencia cuando se le aplica una tensión alterna. La tangente del ángulo de pérdidas, escrita tan delta, es la relación entre la corriente de pérdida en fase y la corriente capacitiva, y es un indicador adimensional de la calidad del aislamiento. La prueba se aplica sobre todo a cables extruidos de media tensión, como los aislados con polietileno reticulado o con caucho de etileno propileno, y a cables más antiguos aislados con papel. Suele realizarse con una fuente senoidal de muy baja frecuencia, porque una fuente así es lo bastante pequeña para llevarla al campo y aun así puede cargar un cable largo. La tensión se eleva por pasos relacionados con la tensión nominal de fase a tierra del cable, y se mide tan delta en cada paso. A diferencia de una prueba de resistencia dieléctrica de aprobar o reprobar, el resultado es un conjunto de números que describe el estado general de todo el segmento del cable, lo que hace útil la prueba para la gestión de activos.
El envejecimiento del aislamiento de un cable suele ser gradual y generalizado. Las arborescencias acuosas, la degradación térmica, la contaminación y los accesorios mal instalados aumentan la pérdida dieléctrica del aislamiento a lo largo de los años, y el cable termina fallando en servicio, a menudo en una terminación o un empalme o en un punto débil del tramo. Las fallas imprevistas de cables causan interrupciones, son costosas de reparar y en algunas instalaciones crean riesgos de seguridad. Una prueba que solo demuestra que el cable resiste un esfuerzo no permite jerarquizar los cables por su condición, e incluso puede dañar un aislamiento que ya está débil. La prueba de tangente delta no es destructiva cuando se ejecuta dentro de los límites de tensión publicados, e identifica los segmentos cuyas pérdidas van en aumento antes de que ocurra una falla. Esto permite a los propietarios decidir qué circuitos reemplazar, cuáles rehabilitar y cuáles dejar como están. Se realiza en cable nuevo y sus accesorios para confirmar que la instalación no causó daño, y de forma periódica en circuitos envejecidos para establecer una tendencia y dirigir primero el presupuesto de reemplazo a los peores cables.
Un aislamiento perfecto se comporta como un capacitor puro y toma una corriente que adelanta a la tensión aplicada un cuarto de ciclo. Un aislamiento real también conduce y se polariza ligeramente, de modo que aparece una pequeña componente de corriente en fase con la tensión, y el ángulo en que la corriente total queda por debajo de un cuarto de ciclo es el ángulo de pérdidas. Su tangente es tan delta. Un aislamiento nuevo, seco y uniforme tiene una pérdida muy baja y estable. Las arborescencias acuosas, la humedad, la contaminación, el envejecimiento térmico y la actividad de descargas parciales aumentan la pérdida y, por lo general, hacen que varíe con la tensión, porque las zonas degradadas se comportan de otro modo a medida que crece el esfuerzo sobre ellas. Por eso tres indicadores aportan información. El valor medio refleja el nivel general de pérdida. La estabilidad, es decir, cuánto varía la lectura durante la medición, refleja qué tan uniforme es el envejecimiento. El cambio con la tensión, llamado a menudo aumento progresivo, refleja qué tan fuertemente depende la pérdida del esfuerzo aplicado. La temperatura, la frecuencia utilizada y los accesorios del cable también afectan el resultado, y por eso se controlan y se registran.
El cable se desenergiza, se aísla de toda fuente y se pone a tierra según los procedimientos del propietario, y ambas terminaciones se limpian y se desconectan de los equipos para medir solamente el segmento del cable. La fuga superficial sobre las terminaciones puede confundirse con pérdida, por lo que las terminaciones se mantienen secas y, cuando hace falta, se protegen con guarda. El equipo de prueba se conecta al conductor en un extremo, con la pantalla y el extremo lejano dispuestos según la construcción del cable, y se desconecta cualquier otro cable o circuito que compartiría la tensión de prueba. Como el cable es un capacitor grande, la fuente debe dimensionarse para su longitud, y se confirma que el instrumento esté calibrado. La tensión se eleva por pasos desde un nivel bajo hasta el nivel final que la norma permite para ese cable, con un tiempo de mantenimiento y una serie de mediciones en cada paso. El operador vigila tanto los números como cualquier señal de una ruptura en desarrollo, y detiene la prueba si el cable se comporta mal. Después de la prueba, el cable se descarga y se pone a tierra durante el tiempo que su capacitancia exija. Se registran la temperatura del cable, la temperatura ambiente y la longitud y el tipo del cable, y las pruebas repetidas en el mismo circuito se hacen con los mismos ajustes para poder trazar tendencias.
El registro describe el cable y sus accesorios en la medida en que se conocen, las condiciones de la prueba, incluida la fuente, los niveles de tensión empleados y el instrumento con su estado de calibración, y la temperatura del cable y del entorno. Los resultados son la medición de pérdidas en cada nivel, qué tan estable resultó y cualquier cosa inusual observada durante la prueba. También se hace referencia al estado de las terminaciones y a las pruebas complementarias. Estos detalles importan porque la lectura de pérdidas depende de la edad, la temperatura y la configuración de la prueba, y quien compare después con un resultado nuevo debe poder distinguir un cambio real del cable de un cambio en la forma de probarlo.
Ningún valor aislado decide si un cable es utilizable, y esta página no ofrece ninguno. Los criterios publicados toman varias formas que se usan en conjunto. La primera es el nivel de la tan delta media en pasos de tensión definidos, que se juzga contra rangos que dependen del tipo de aislamiento del cable y, en algunas guías, de la edad del cable. La segunda es la estabilidad de la lectura mientras se mantiene la tensión, ya que la dispersión indica una degradación localizada. La tercera es el aumento de la tan delta entre pasos de tensión, donde un ascenso pronunciado indica deterioro aunque el nivel medio sea moderado. La cuarta es la comparación con otros cables del mismo tipo e instalación, y la quinta es la tendencia frente a pruebas anteriores del mismo circuito. Como cada indicador puede llevar a una conclusión distinta, los resultados suelen combinarse en una categoría de condición que orienta la acción: dejar en servicio, repetir la prueba pronto, investigar más o reemplazar. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 tratan la prueba de factor de disipación en cables; consulte su propia copia con licencia para los criterios, y a los fabricantes del cable y de los accesorios para sus datos.
En la aceptación, la prueba se aplica al cable nuevo y a sus terminaciones y empalmes como verificación de la mano de obra y como línea base para comparaciones posteriores, y los valores esperados son los de un aislamiento nuevo y sano. En el mantenimiento se aplica a cables que llevan años en servicio, y lo interesante es la tendencia y la jerarquización de un circuito frente a otros. El tipo de aislamiento cambia la interpretación: el cable aislado con papel y cubierta de plomo, el polietileno reticulado, el caucho de etileno propileno y las formulaciones resistentes a las arborescencias acuosas tienen cada uno su comportamiento típico de pérdidas. Los cables con muchos empalmes o con accesorios de tipos antiguos pueden mostrar un valor medio influido por los propios accesorios. Los cables largos necesitan una fuente mayor, y los cables de distintas longitudes de un mismo alimentador suelen probarse por separado para no promediar un tramo malo con tramos buenos. La prueba se combina con frecuencia con la de descargas parciales, porque ambas muestran aspectos distintos del mismo envejecimiento.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
Describe cuánta energía disipa el aislamiento bajo una tensión alterna, y esa pérdida aumenta cuando el aislamiento se degrada por arborescencias acuosas, humedad, contaminación o envejecimiento térmico. Leída junto con su estabilidad y su cambio con la tensión, da una imagen de la condición general y no de un defecto único.
Un cable largo es un capacitor grande, y cargarlo a la frecuencia de potencia exige una fuente muy grande. Una fuente de muy baja frecuencia carga la misma capacitancia con mucha menos corriente y equipo, lo que hace práctica una prueba de campo y aun así somete al aislamiento a un esfuerzo que revela la pérdida.
Cuando se realiza dentro de los niveles de tensión que indica la guía aplicable se considera no destructiva, y por eso se prefiere a la prueba de resistencia dieléctrica en cables envejecidos. Aun así, el operador debe vigilar señales de ruptura y detener la prueba si el cable muestra un comportamiento inusual.
Por sí sola no. El resultado caracteriza todo el segmento medido. Si las lecturas son malas, se emplea un método de localización, como el mapeo de descargas parciales o la reflectometría en el dominio del tiempo, o se prueban tramos más cortos y accesorios individuales, para encontrar dónde está el problema.
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