Como portadores principales de la transmisión de energía eléctrica en los sistemas de energía, los cables y alambres eléctricos no solo deben tener una buena conductividad para mejorar la eficiencia económica de los sistemas de energía, sino que también deben garantizar un buen rendimiento de aislamiento para asegurar la estabilidad y seguridad de las redes de transmisión de energía. Si el rendimiento de los materiales aislantes de cables no es estable o tiene defectos, la seguridad eléctrica estará en grave riesgo, lo que puede dar lugar a incendios y otros eventos.
Por lo tanto, para satisfacer las necesidades de funcionamiento de los sistemas de energía, es necesario prestar una atención especial al rendimiento de los materiales aislantes de cables y llevar a cabo pruebas de aislamiento. Se deben realizar pruebas según métodos estándar antes de su uso o durante el diseño de productos para garantizar que el rendimiento del aislamiento de los cables y alambres eléctricos cumpla con los requisitos de diseño y uso.
Tabla de contenidos
Métodos de Prueba de Rendimiento de Aislamiento en Productos de Cable
Prueba de Resistencia de Aislamiento y Resistividad
La función básica del aislante es controlar el flujo de corriente eléctrica, asegurando que esta siga una ruta establecida. La resistencia de aislamiento representa la capacidad del aislante para detener el flujo de corriente eléctrica. Si la resistencia de aislamiento es demasiado baja, existe un mayor riesgo de corriente de fuga, lo que puede causar el calentamiento y daño al aislante. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo pruebas periódicas. Según las regulaciones establecidas en la norma «Métodos de Prueba de Rendimiento Eléctrico de Cables y Alambres – Parte 5: Prueba de Resistencia de Aislamiento», las pruebas de resistencia de aislamiento y resistividad se realizan principalmente mediante el método de voltaje-corriente y el método de comparación en corriente continua.
Método de voltaje-corriente
El método de voltaje-corriente se utiliza generalmente en entornos de laboratorio con un rango de medición de (10^4-10^6) Ω. Se emplea un voltímetro de alto rendimiento con cuatro niveles de medición, es decir, 100V, 250V, 500V, y 1000V. La selección y regulación de la intensidad de campo de medición se basa en las normas del producto. Las condiciones de medición requieren una humedad relativa por debajo del 80% y una temperatura ambiental de 20±5°C.
Método de comparación en corriente continua
El método de comparación en corriente continua exige una fuente de alimentación estable, y la variación del voltaje en la salida no debe superar el ±1%. Este método se utiliza para pruebas en productos de fábrica, comparando la corriente a través de la muestra con la corriente a través de una resistencia estándar y calculando la resistencia de aislamiento de la muestra. El rango de medición es (10^5~2×10^15) Ω, y el voltaje de medición varía entre 100V y 500V.
Además de estos dos métodos, existen enfoques de prueba de laboratorio adicionales, como el método del óhmetro, el método del puente de Wheatstone, el método de carga, y el método de descarga propia. Es importante someter las muestras a un pretratamiento de 24 horas a una temperatura de (23±2)°C y una humedad relativa del (50±5)% antes de realizar cualquier prueba. Cada método de prueba tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que la elección se basa en las circunstancias específicas.
Pruebas de Capacidad y Factor de Pérdida en Cables
La capacidad es uno de los parámetros eléctricos de los cables. Cuando se aplica una tensión alterna a un cable, se produce una corriente de capacidad proporcional a la capacidad del cable. En cables de ultra alta tensión, cuando la corriente de capacidad se acerca a la corriente nominal, se convierte en un factor limitante para la capacidad y la distancia de transmisión del cable. La realización de pruebas de capacidad y factor de pérdida permite detectar diversos fenómenos de degradación del aislamiento. El método de prueba se basa en la medición del ángulo tangente de pérdida de la constante dieléctrica.
Según las regulaciones de «Métodos de Prueba de Rendimiento Eléctrico de Cables y Alambres – Parte 11: Prueba de Ángulo Tangente de Pérdida Dieléctrica», se mide el ángulo complementario entre la tensión sinusoidal aplicada y la corriente a través de la muestra. Los equipos de medición incluyen puentes de medición de corriente o puentes de Wheatstone.
Pruebas de Rendimiento Mecánico
Las pruebas de rendimiento mecánico de cables y alambres deben realizarse estrictamente según los «Métodos Generales de Prueba de Materiales de Aislamiento y Revestimiento para Cables de Fibra Óptica y Cables Eléctricos«. Estas pruebas evalúan la elongación a la rotura y la resistencia a la tracción de los materiales de aislamiento antes y después de someterlos a un proceso de envejecimiento acelerado.
Las muestras se preparan en forma de tubo con una longitud de 100 mm. En el caso de cables planos y flexibles, los núcleos de aislamiento no deben separarse. En lo que respecta a las dimensiones del cable, los estándares correspondientes especifican las mediciones. Si el diámetro del cable es menor de 25 mm, se pueden medir desde dos direcciones perpendiculares utilizando un proyector, y si es mayor de 25 mm, se mide la circunferencia utilizando una cinta métrica y se calcula el diámetro.
Otras Pruebas Generales de Materiales de Aislamiento de Cables
Las pruebas generales de materiales de cables aislados incluyen pruebas de envejecimiento térmico, pruebas de retracción y métodos de medición de la densidad.
La prueba de envejecimiento térmico se lleva a cabo en un horno de aire, y los materiales de aislamiento o revestimiento se almacenan durante al menos 16 horas después de la extrusión antes de realizar la prueba. El aire en el horno debe fluir sobre la superficie de la muestra y descargarse desde la parte superior del horno. A la temperatura de envejecimiento especificada, la frecuencia de cambio de aire en el horno no debe superar las 20 veces por hora, pero no debe ser inferior a 8 veces.
La prueba de retracción se realiza utilizando muestras cortadas a una longitud que sea 1.5 veces la longitud especificada en los estándares de productos de cable. Estas muestras se calientan a la temperatura y durante el tiempo especificados en las normas y luego se enfrían al aire a temperatura ambiente. La tasa de retracción se calcula de acuerdo a las regulaciones del estándar.
Conclusión
En la actualidad, los diferentes países han establecido normas y requisitos claros en cuanto a la calidad de los productos de cables eléctricos. Se han definido estándares detallados para la producción, aplicación y pruebas. Dado que la mala calidad de los cables puede dar lugar a numerosos problemas de calidad, los problemas de aislamiento de los cables se han convertido en uno de los factores más importantes que amenazan la seguridad de los sistemas de aplicación de energía, lo que tiene un impacto directo en la eficiencia de funcionamiento del sistema. Por lo tanto, la importancia de las pruebas de rendimiento de aislamiento de cables está en constante aumento. Durante el proceso de pruebas, es fundamental seguir métodos científicos y llevar a cabo pruebas en todos los aspectos para garantizar el uso seguro y a largo plazo de los cables.