NORMA MEXICANA ANCE EMPALMES - EMPALMES PARA CABLES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN - ESPECIFICACIONES Y MÉTODOS DE PRUEBA NMX
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NORMA MEXICANA ANCE
EMPALMES - EMPALMES PARA CABLES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN - ESPECIFICACIONES Y MÉTODOS DE PRUEBA
NMX-J-158-ANCE-2002
JOINTS - JOINTS FOR MEDIUM AND HIGH VOLTAGE WIRES AND CABLES SPECIFICATIONS AND TEST METHODS
La presente norma fue emitida por la Asociación de Normalización y Certificación, A. C., "ANCE" y aprobada por el Comité de Normalización de la ANCE, "CONANCE", y por el Consejo Directivo de ANCE. La entrada en vigor de esta norma será 60 días después de la publicación de su declaratoria de vigencia en el Diario Oficial de la Federación. Esta norma es de aplicación nacional.
USO CORPORATIVO
-
USO CORPORATIVO
NORMA
CONANCE
Publicación de la Declaratoria de Vigencia en el Diario Oficial de la Federación: 03 de mayo de 2002
Cancela a la: NMX-J-158-1978
USO CORPORATIVO USO CORPORATIVO
Derechos Reservados Asociación de Normalización y Certificación, A. C. Av. Lázaro Cárdenas No. 869 Frac. 3, Col. Nueva Industrial Vallejo C.P. 07700, Del. Gustavo A. Madero México D.F. ABRIL 2002 ______________________________________________________
P R E F A C I O La presente Norma Mexicana, fue elaborada por el Subcomité 20 E Empalmes del Comité de Normalización de la Asociación de Normalización y Certificación, A.C., con la participación de las instituciones y empresas siguientes:
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COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD.
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INEASA.
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LUZ Y FUERZA DEL CENTRO.
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3M DE MÉXICO.
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SISTEMA NACIONAL DE ACREDITAMIENTO DE LABORATORIOS DE PRUEBAS (SINALP), SUBCOMITÉ DE LA RAMA ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA.
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TYCO ELECTRONICS.
USO CORPORATIVO
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USO CORPORATIVO
NMX-J-158-ANCE-2002
i
USO CORPORATIVO
NMX-J-158-ANCE-2002
ÍNDICE DEL CONTENIDO 1
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN .......................................................................1
2
REFERENCIAS.........................................................................................................1
3
DEFINICIONES ........................................................................................................1
4
CLASIFICACIÓN ......................................................................................................3 4.1 4.2 4.3 4.4
5
6
-
su construcción.................................................................................... 3 su aplicación........................................................................................ 3 el cable donde aplica............................................................................. 3 la continuidad de pantallas..................................................................... 3
Condiciones normales de servicio ................................................................. 4 Condiciones especiales de servicio ............................................................... 4
VALORES DE PRUEBA .............................................................................................4 6.1 6.2 6.3
Valores de prueba de tensión....................................................................... 4 Valores de corriente ................................................................................... 6 Limitaciones de temperatura ........................................................................ 6
CONSTRUCCION .....................................................................................................6 7.1 7.2 7.3 7.4
8
Por Por Por Por
CONDICIONES DE SERVICIO.....................................................................................4 5.1 5.2
7
USO CORPORATIVO
Página
Identificación............................................................................................. 6 Pantalla electrostática................................................................................. 6 Pantallas interrumpidas ............................................................................... 7 Conectador ............................................................................................... 7
PRUEBAS ...............................................................................................................7 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10
Pruebas de rutina ....................................................................................... 7 Pruebas Prototipo....................................................................................... 7 Condiciones para pruebas prototipo. ............................................................. 7 Pruebas dieléctricas.................................................................................... 8 Pruebas de aguante.................................................................................. 11 Pruebas de corriente de corta duración........................................................ 13 Prueba de envejecimiento cíclico. ............................................................... 13 Tiempo de Prueba de Alta Tensión.............................................................. 17 Pruebas a empalmes con pantalla interrumpida. ............................................ 17 Pruebas a la pantalla................................................................................. 18
9
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 18
10
CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES ................................................ 18
APÉNDICE A.......................................................................................................................... 19
ii
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USO CORPORATIVO
EMPALMES - EMPALMES PARA CABLES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN - ESPECIFICACIONES Y MÉTODOS DE PRUEBA JOINTS - JOINTS FOR MEDIUM AND HIGH VOLTAGE WIRES AND CABLES - SPECIFICATIONS AND TEST METHODS
1
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN
Esta Norma Mexicana tiene por objeto establecer las especificaciones y métodos de prueba a los que se deben apegar los empalmes rectos para cables de energía con o sin pantalla, con aislamiento extruido de 5 kV a 138 kV y con aislamiento laminado de 2,5 kV a 500 kV, con tensión alterna a 60 Hz. Esta Norma Mexicana no contempla a los empalmes que conectan más de dos cables o a dos cables con diferentes áreas de sección transversal del conductor, no obstante los fabricantes y usuarios deben apegarse a las partes apropiadas de esta Norma Mexicana para la evaluación de dichos accesorios.
2
REFERENCIAS
USO CORPORATIVO
-
Para la correcta utilización de esta Norma Mexicana, es necesario consultar y aplicar las Normas Oficiales Mexicanas y Normas Mexicanas vigentes: NMX-J-142-ANCE
Productos Eléctricos - Conductores - Cables de energía con pantalla metálica, aislados con polietileno de cadena cruzada o a base de etileno - propileno para tensiones de 5 kV a 115 kV – Especificaciones y Métodos de prueba.
NMX-J-170-ANCE
Industria Eléctrica - Conectadores - Conectadores de cobre tipo compresión Especificaciones y métodos de prueba.
NMX-J-254-ANCE
Industria Eléctrica - Conectadores - Conectadores de aluminio tipo compresión para uso en conexiones eléctricas con conductores de aluminio a aluminio y/o aluminio a cobre, del tipo aéreo - Especificaciones y métodos de prueba.
NMX-J-271/1-ANCE
Técnicas de pruebas en alta tensión parte 1: Definiciones generales y requerimientos de prueba.
NMX-J-309-ANCE
Productos Eléctricos – Conductores – Tensión de impulso en cables de energía aislados - Método de prueba.
3
DEFINICIONES
Las definiciones y terminología empleadas aquí se aplican específicamente para los empalmes de cables tratados en esta norma.
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USO CORPORATIVO
3.1
Por el tipo de cables que une
3.1.1 empalme: unión destinada a asegurar la continuidad eléctrica entre dos o más cables conductores y que se comporta eléctrica y mecánicamente como los conductores que une. 3.1.2 empalme para cable extruido: empalme para dos cables con aislamiento extruido (por ejemplo, EP, EPR, XLP) ambos aislamientos primarios extruidos pueden o no ser del mismo material. 3.1.3 empalme para cable laminado: empalme para dos cables con aislamiento laminado, es decir de papel impregnado en algún líquido o alguna cinta de papel, sintética o barnizada. 3.1.4 empalme de transición: empalme que conecta un cable de aislamiento extruido con otro de aislamiento laminado.
3.2
Por la construcción del empalme
3.2.1 empalme contráctil en frío: empalme que reduce su diámetro al aplicarse al cable en el momento en que se retira un alma plástica espiral (ubicada a todo lo largo del cuerpo del empalme) que es desembobinada y removida jalando uno de sus extremos sin requerirse herramienta especial ni la aplicación de calor.
-
3.2.2 empalme relleno: empalme que consiste en un molde exterior que es llenado con un material aislante para ocupar el espacio circundante del (los) conductor(es) individual (es).
USO CORPORATIVO
3.2.3 empalme termocontráctil: empalme que se coloca sobre el cable y reduce su diámetro sobre el cable al aplicar calor. 3.2.4 empalme encintado: empalme elaborado en campo con el uso de cintas que se aplican sobre el cable en capas. 3.2.5 empalme vulcanizado en campo: empalme ensamblado mediante la aplicación de calor y presión para restituir apropiadamente los componentes del cable 3.2.6 empalme premoldeado: empalme moldeado en fábrica quedando de la misma forma en que se emplea para ser instalado.
3.3
Otros términos
3.3.1 empalme premoldeado con pantalla interrumpida: empalme de tensión igual o superior a 46 kV que en su construcción tiene seccionada la pantalla semiconductora sobre el aislamiento, con el fin de reducir al mínimo la corriente inducida. Estos empalmes son utilizados generalmente para sistemas con transposición de pantallas.
3.4
Pruebas
3.4.1 pruebas prototipo: aquellas que se efectúan en nuevos diseños, modificaciones del diseño original o materiales a fin de comprobar que el fabricante es capaz de proporcionar los empalmes con la totalidad de características de funcionamiento deseado.
3.4.2 pruebas de rutina: las realizadas a cada empalme o sobre un número representativo de estos o en sus componentes, (según indiquen los procedimientos del fabricante) durante la producción y con propósito de control de calidad. 3.4.3 pruebas de campo: las realizadas a un sistema de cables, por el usuario después de la instalación, como pruebas de verificación o de aceptación de una obra. 3.4.4 pruebas de aceptación: las que se realizan al momento de entrega del fabricante con el fin de asegurar que los conjuntos (juegos) están completos.
4
CLASIFICACIÓN
4.1
Por su construcción -
Contráctil en frío; Premoldeado; Termocontráctil; Encintado; Vulcanizado; y Relleno.
-
USO CORPORATIVO
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USO CORPORATIVO
4.2
Por su aplicación -
4.3
convencional (Condiciones normales de servicio); resistente a ambientes contaminados con hidrocarburos; con armadura; submarino.
Por el cable donde aplica -
4.4
Empalme Empalme Empalme Empalme
Extruido; Laminado; Transición.
Por la continuidad de pantallas -
Empalme con pantalla continua; Empalme con pantalla interrumpida.
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CONDICIONES DE SERVICIO
Los empalmes objeto de esta norma deben ser capaces de operar satisfactoriamente bajo las condiciones de servicio siguientes: 5.1
Condiciones normales de servicio a)
-
USO CORPORATIVO
5
USO CORPORATIVO
b)
Condiciones de instalación -
En aire, incluyendo la exposición directa de la luz solar;
-
Directamente enterrado.
-
Sumergido en agua hasta 7 m de intermitentemente (libre de hidrocarburos).
-
En ductos subterráneos tales como túneles y registros.
-
Instalación aproximadamente horizontal para cables con tensiones de 69 kV y superiores.
-
Temperatura del medio en contacto directo con el empalme igual o mayor que -30 °C y menor que 50 °C.
-
Temperatura del cable en operación continua de hasta 90 °C, 130 °C en condiciones de operación de emergencia y 250 °C en condiciones de corto circuito.
continua
o
Condiciones del sistema -
5.2
profundidad,
Frecuencia del sistema de 60 Hz ± 0,8 %.
Condiciones especiales de servicio
Cualquier condición fuera de lo contemplado en 5.1 se considera una condición de servicio especial, y ésta debe consultarse con el fabricante.
6
VALORES DE PRUEBA
6.1
Valores de prueba de tensión
Los valores de tensión y niveles de prueba para los empalmes deben aplicarse conforme a las tablas 1, 2 y 3.
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USO CORPORATIVO
TABLA 1.- Cables con aislamiento extruido 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tensión de designación fase a fase
E0 Tensión nominal de fase a tierra
Tensión de aguante al impulso por rayo
Tensión de aguante en c.a.(60 Hz) durante 1 min en seco
Tensión de aguante en c.a. (60 Hz) durante 1 h en seco
Tensión de aguante en c.a. (60 Hz) durante 5 h en seco
Tensión de aguante en c.a. (60 Hz) durante 6 h en seco
Tensión de aguante en c.d. durante 15 min en seco
Tensión de extinción de descargas parciales mínimo
(kV rcm) (1)
(kV rcm)
(2)
(kV cresta)
(kV rcm)
(kV rcm)
(kV rcm)
(kV rcm)
(kV)
(kV) (3)
66 100 166 200
35 45 70 100 125 165 240 300 315
5 7 13 22 31 40 60 100 120
5 8 15 25 35 46 69 115 138
2,9 4,6 8,7 14,4 20,2 27 40 66 80
75 95 110 150 200 250 350 550 650
18 23 35 52 69 80 120 200 240
27 35 53 78 104 -
18 23 35 52 69 -
NOTAS (1) (2)
Para cables con 100 % de nivel de aislamiento como los definidos en NMX-J-142-ANCE. Para obtener tensiones de prueba para clases de tensiones no listadas, debe usarse interpolación lineal entre el valor más alto y más bajos indicados. Los valores deben redondearse al valor más cercano en kV. Para sistemas aterrizados. La tensión de extinción de descargas parciales se basa en una sensibilidad de 5 pC.
-
(3)
USO CORPORATIVO
TABLA 2.- Cables con aislamiento laminado 1
2
Tensión nominal de fase a fase
E0 Tensión nominal de fase a tierra
(kV rcm)(1)= 2,5 5,0 8,7 15,0 25,0 35,0 46,0 69,0 115,0 120,0 138,0 161,0 230,0 345,0 500,0
(kV rcm)(2) 1,4 2,9 5,0 8,7 14,4 20,2 26,6 39,8 53,1 66,4 79,7 93,0 132,8 199,2 289,0
(1)
(2) (3)
3
4
5
Tensión de aguante al impulso por rayo (kV) 60 75 95 110 150 200 250 350 450 550 650 750 1 050 1 300 1 550
Tensión de aguante en c.a. (60 Hz) durante 6 h en seco (kV) 7,7 15,95 20,0 34,8 57,6 80,8 106,4 -
Tensión de aguante en c.a. (60 Hz) durante 24 h en seco (kV) 99,5 132,75 166,0 199,25 232,5 332,0 498,0 722,5
6 Tensión de aguante en c.d. durante 15 min (kV)(3) 30,0 37,5 47,5 55,0 75,0 100,0 125,0 175,0 225,0 275,0 325,0 375,0 525,0 650,0 775,0
Para cables con 100 % de nivel de aislamiento como los definidos en NMX-J-142-ANCE. Para obtener tensiones de prueba para clases de tensiones no listadas, debe usarse interpolación lineal entre el valor más alto y más bajos indicados. Los valores deben redondearse al valor más cercano en kV. Para sistemas aterrizados. Donde esta prueba de tensión o procedimiento de prueba difiera de lo estipulado en la NMX-J-142ANCE, lo indicado en ésta debe aplicar.
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USO CORPORATIVO
6.2
Valores de corriente
Los valores de corriente del conectador deben ser iguales o mayores que los valores de corriente del cable para el cual fue diseñado.
6.3
Limitaciones de temperatura
El empalme debe diseñarse para operar satisfactoriamente cuando menos a las temperaturas máximas de operación, emergencia y corto circuito de los cables que une. Los empalmes de transición, deben satisfacer los valores de temperaturas del cable con menor clase térmica.
7
CONSTRUCCION
7.1
Identificación
Los empalmes premoldeados deben identificarse permanente y legiblemente con la información siguiente: a)
1) 2) 3)
USO CORPORATIVO
Identificación en la manufactura Logo o nombre de la compañía Indentificación de parte Fecha de manufactura
b)
Tensión máxima de fase a fase
c)
Diámetros sobre el aislamiento en los que puede aplicarse
Los empalmes que por su construcción o diseño, no pueden incluir esta información en el cuerpo del mismo, la deben incluir en una etiqueta. El fabricante también debe proveer un método para acoplar la etiqueta a la parte externa del empalme, después de haber sido instalado en campo. En todos los casos, la información debe ser legible durante la vida útil del empalme. Si el empalme consiste en un conjunto de materiales manufacturados en diferentes momentos, entonces la fecha de manufactura que debe indicarse, es aquella en la que se empaque el conjunto. Todos los empalmes que incluyan materiales perecederos, deberán indicar la fecha de caducidad, dicha información debe ser indicada sobre el material perecedero, o bien sobre el empaque que contenga el material.
7.2
Pantalla electrostática
Los empalmes deben incluir un sistema de pantallas (semiconductoras y metálicas) capaz de mantener la superficie exterior del empalme puesta a tierra.
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7.4
Conectador
El conectador utilizado para estas pruebas debe cumplir de acuerdo con la NMX-J-254-ANCE o NMX-J-170-ANCE, según sea el caso.
8
PRUEBAS
8.1
Pruebas de rutina
Las pruebas de rutina deben realizarse por parte del fabricante al 100 % de las unidades premoldeadas siguientes: a) b)
8.2
USO CORPORATIVO
Pantallas interrumpidas
Los sistemas con pantallas interrumpidas deben ser resistentes a esfuerzos mecánicos a la humedad. Deben estar diseñados para soportar los esfuerzos de tensión aplicados durante las condiciones normales, de falla, operación de interruptores y descargas atmosféricas.
-
USO CORPORATIVO
7.3
Descargas parciales. (Según lo indicado en 8.4.1). Tensión de aguante de corriente alterna (véase 8.5.1 y 8.5.3).
Pruebas prototipo
Se requiere una longitud mínima de 2 m de cable entre el empalme y la base de cada terminal. Las tablas 3, 4 y 5 indican la secuencia de pruebas requeridas para cumplir esta norma. Los empalmes para cable extruido deben someterse a las pruebas mencionadas en la tabla 3, mientras que los empalmes de transición deben someterse a las pruebas mencionadas en la tabla 4 y los empalmes para cable laminado deben someterse a las pruebas mencionadas en la tabla 5. Todas las pruebas de diseño deben realizarse en unidades de producción para demostrar que se cumplen los requerimientos de diseño de esta norma. Los resultados de las pruebas deben registrarse en un informe que certifique que el diseño del empalme cumple los requerimientos de esta norma. El fabricante debe proporcionar el informe si es requerido.
8.3
Condiciones para pruebas prototipo.
Se requiere una longitud mínima de 2 m de cable entre el empalme y la base de cada terminal. Las condiciones siguientes de prueba deben cumplirse a menos que se indique lo contrario. a)
Los empalmes deben ser ensamblados con los componentes de producción reales y siguiendo las instrucciones del fabricante. Todas las partes que normalmente son puestas a tierra deben estar conectadas a la tierra del circuito de prueba.
USO CORPORATIVO
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USO CORPORATIVO
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b)
La temperatura ambiente debe ser entre 20 °C y 30 °C.
c)
La tensión de corriente alterna debe aplicarse con una frecuencia de 60 Hz ± 0,8 % con perfil senoidal conforme a la NMX-J-271/1-ANCE.
d)
Los niveles de tensión deben medirse de acuerdo con la norma NMX-J-271/1ANCE.
e)
Los cables usados en esta prueba deben cumplir con lo indicado en la norma NMXJ-142-ANCE, el espesor del aislamiento primario debe cumplir de acuerdo con NMX-J-142-ANCE para un 100 % de nivel de aislamiento. De ser posible se deben realizar las pruebas con el cable de menor sección transversal del conductor para el que el diseño aplique, con excepción de la prueba de ciclos cortos de corriente, en la que de ser posible, se debe realizar la prueba con el cable de mayor sección transversal del conductor.
f)
Si una de las muestras falla durante las pruebas, el fabricante debe rediseñar su producto, y el nuevo diseño debe ser sometido a todas las pruebas aquí mencionadas para cumplir con los requerimientos de esta norma. Si un cable falla durante las pruebas, se le puede aplicar una nueva terminal, siempre y cuando cumpla con la distancia mínima especificada entre el empalme y la terminal. Si dicha condición no puede satisfacerse, se debe repetir la secuencia de pruebas.
8.4
Pruebas dieléctricas
8.4.1
Nivel de descarga parcial
Este procedimiento se usa como prueba de rutina en empalmes premoldeados para cable extruido. También se aplica como parte de las pruebas prototipo de todos los empalmes para cable extruido. El propósito de esta prueba es verificar que el nivel de tensión de descargas parciales del espécimen no es menor que el valor dado en la tabla 1. El nivel de tensión debe elevarse un 20 % por encima del nivel de extinción de descargas parciales indicado en dicha tabla, y si el nivel de descargas excede los 5 pC, la tensión de prueba debe reducirse al nivel de tensión especificado en la tabla 1. Dicho nivel de tensión debe mantenerse entre 3 s y 1 min. Si las lecturas del nivel de descargas parciales aún exceden los 5 pC, el diseño del empalme no satisface los requerimientos de esta norma.
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Pruebas de diseño Descargas parciales Tensión de aguante corriente alterna Tensión de aguante corriente directa Impulso de tensión de aguante a 25 °C Tensión de aguante al impulso a temperatura de emergencia Descargas parciales Acondicionamiento cíclico (en aire y agua) Descargas parciales Tensión de aguante de larga duración Prueba a pantallas interrumpidas Corriente de corto circuito Tensión de aguante corriente alterna Prueba a la pantalla electrostática
-
USO CORPORATIVO
TABLA 3.- Secuencia de pruebas de diseño para empalmes con aislamiento extruido.
NOTAS a)
USO CORPORATIVO
b) c)
8.4.2
Referencia
A 3
8.4.1
X
8.5.1
X
8.5.2
X
8.5.3
X
8.5.3
X
8.4.1 8.7.1, 8.7.2 8.4.1
X
Número mínimo de muestras requeridas B C D 3 (2)
a
b
3 (2)
X
X
X
X
X
X
8.8
X
X
8.9
X
X
3 (1)
8.6
X
8.5.1
X
8.10
c
E 3
X
Para la prueba de ciclos de envejecimiento de aire se requieren tres muestras para 5 kV a 35 kV y dos muestras para 46 kV a 138 kV; y En el caso de empalmes de 46 kV a 138 kV aplica la cantidad de muestras entre paréntesis. Si el empalme incorpora un sello exterior mediante una estructura metálica de una sola pieza soldada o fundida, la secuencia C, ciclos de envejecimiento en agua, no es requerida. Para diseños de 46 kV a 138 kV sólo se requiere una muestra.
Factor de ionización
Esta prueba aplica exclusivamente a los empalmes de transición. El propósito de ésta es verificar que el factor de disipación del empalme de transición se mantiene dentro de los límites especificados en la tabla 6. El factor de ionización es la diferencia a 60 Hz entre el factor de disipación medido en una concentración de esfuerzos eléctricos promedio del cable de 3 937 V/mm y el factor de disipación medido en una concentración de esfuerzos eléctricos promedio del cable de 787,4 V/mm. La medición de tensión se basa en el espesor del aislamiento del cable laminado.
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USO CORPORATIVO
TABLA 4.- Secuencia de pruebas de diseño para empalmes de transición Pruebas de diseño
Referencia
Tensión de aguante corriente alterna Tensión de aguante corriente directa
Número mínimo de muestras requeridas A B
8.5.1
4 (2)a
8.5.2
X
Impulsos de tensión de aguante a 25 °C
8.5.2
X
Impulsos de tensión de aguante a temperatura de emergencia
8.5.3
X
Prueba de ionización
8.4.2
X
Acondicionamiento cíclico
8.7.3
X
Prueba de ionización
8.4.7
X
8.8
X
Prueba a pantallas interrumpidas
8.9
X
Prueba a pantalla electrostática
8.10
X
Tensión de duración
aguante
de
larga
2
X
USO CORPORATIVO
-
NOTA a)
Dos especímenes son requeridos en aire y dos especímenes son requeridos en agua (Los dos especímenes en agua no son requeridos si el empalme incorpora una cubierta metálica soldada o fundida a un cable con aislamiento sólido o tipo tubo).
TABLA 5.- Secuencia de pruebas de diseño para empalmes con aislamiento laminado Pruebas de diseño Tensión de aguante corriente alterna Tensión de aguante corriente directa Impulsos de tensión de aguante a temperatura de emergencia
Referencia
Número mínimo de muestras requeridas 3 (1)a
8.5.1
X
8.5.2
X
8.5.3
X
NOTA a)
Tres especímenes son requeridos para empalmes de 5 kV a 138 kV y un espécimen es requerido para empalmes de 46 kV a 138 kV.
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USO CORPORATIVO
TABLA 6.- Factor de ionización máximo permisible para empalmes de transición Empalmes que conectan cables con aislamiento de papel y cubierta de plomo
Empalmes que conectan cables tipo tubo y auto contenidos
Tensión nominal (kV)
Factor de ionización máximo (%)
Tensión nominal (kV)
Factor máximo de ionización (%)
10 - 20
0,60
< 161
0,10
21 - 35
0,40
> 161
0,05
36 - 46
0,20
47 - 69
0,20
Las lecturas deben realizarse a temperatura ambiente. Para cables tipo tubo y autocontenidos, el factor de ionización es la diferencia a 60 Hz entre el factor de disipación medido a 1,2 Eo y el factor de disipación medido a 0,125 Eo, donde Eo es el nivel de tensión fase a tierra del cable de menor nivel. Si el cable presenta valores fuera de los límites especificados en la tabla 6, el empalme no cumple con lo requerido en esta norma.
-
Esta prueba no aplica para empalmes que emplean capas no lineales de materiales de alta constante dieléctrica o impedancia. De cualquier forma, el fabricante debe demostrar que el material no lineal es estable y se desempeñará satisfactoriamente durante la vida del empalme.
USO CORPORATIVO
8.5
Pruebas de aguante
El propósito de estas pruebas es verificar que el aislamiento del empalme no está defectuoso y debe soportar los niveles de tensión expuestos en las tablas 1 y 2. Algunas de estas pruebas se usan como prueba de rutina y de diseño. Estas pruebas no se aplican para envejecer los especímenes. Esta prueba aplica para todos los tipos de empalme, y la tensión de prueba debe aplicarse a las partes del empalme que se energicen durante el servicio. Para empalmes de transición, todos los valores eléctricos de prueba se basan en el cable de requerimientos más bajos. Para cable presurizado, la presión del gas o líquido debe mantenerse dentro de los límites de operación. 8.5.1
Prueba de aguante de tensión de corriente alterna
Esta prueba se aplica a todos los empalmes, independientemente de su clasificación o diseño en pruebas prototipo, y constituye una opción para prueba de rutina para empalmes premoldeados. Los niveles de tensión deben elevarse al valor especificado en la tabla 1, columna 4 al probar empalmes para cable extruido, incrementando la tensión a razón de 5 kV/s ± 3 kV/s. El empalme debe soportar la tensión indicada durante el tiempo especificado en la tabla. Los niveles de tensión deben elevarse al valor especificado en la tabla 2, al probar empalmes para cable con aislamiento laminado, incrementando la tensión a razón de 5 kV/s ± 3 kV/s. El empalme debe soportar la tensión indicada durante el tiempo especificado en la tabla.
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USO CORPORATIVO
-
USO CORPORATIVO
Para los empalmes de transición, se deben aplicar los requerimientos de prueba más bajos. 8.5.2
Tensión de aguante de corriente directa
Esta prueba se aplica a todos los empalmes, independientemente de su diseño o clasificación, como prueba prototipo. La tensión de prueba debe ser de polaridad negativa (el polo negativo debe conectarse al conductor del espécimen bajo prueba) y debe elevarse al valor especificado en la tabla 1 ó 2. El empalme debe soportar dicha tensión durante 15 min. 8.5.3
Prueba de aguante a impulsos (NBAI)
Esta prueba se aplica a todos los empalmes, independientemente de su diseño o clasificación, como prueba prototipo, y es una opción para prueba de rutina para empalmes premoldeados. La forma de onda debe ser la normalizada de 1,2 µs x 50 µs, positiva y negativa. Las características de la onda de impulso, deben ser las establecidas en la NMX-J-309-ANCE, excepto el tiempo de frente de onda que no debe exceder 5 µs para los casos donde la capacitancia del espécimen es tal como para alargar el frente de onda. Deben aplicarse 10 impulsos consecutivos en cada polaridad al espécimen bajo prueba. Si no ocurre un flameo u otro tipo de ruptura dieléctrica, se considera que el espécimen ha pasado la prueba. Si dos o más de los impulsos aplicados causan flameo, debe considerarse que el espécimen bajo prueba ha fallado. Si uno de los impulsos aplicados causa flameo, deben aplicarse 10 impulsos adicionales. Si no ocurre ningún flameo u otro tipo de ruptura dieléctrica, al aplicar los 10 impulsos, debe considerarse que el espécimen ha pasado la prueba. Cuando un espécimen es probado con un impulso unidireccional, el aislamiento bajo prueba algunas veces se polariza. Se sugiere por lo tanto, que cada grupo de impulsos de una polaridad dada, sea precedido por impulsos de esa polaridad aproximadamente 50 %, 65 % y 80 % del valor requerido en la tabla 1 ó 2. Este procedimiento neutralizará los efectos de polarización de cualquier prueba previa. Las pruebas de empalmes para cable extruido, se deben realizar primero a temperatura ambiente 25 °C ± 5 °C, y después con el conductor a la temperatura de emergencia del cable. Dicha temperatura debe determinarse conforme a las normas aplicables al cable. El fabricante del cable debe ser consultado en el caso de cables para uso especial. Las pruebas de empalmes de transición, se deben realizar primero a temperatura ambiente (25 °C ± 5 °C) y después con los cables a temperatura elevada. La elevación de temperatura se basa en la operación máxima de emergencia del cable con la clasificación térmica más baja. Dicha temperatura debe determinarse conforme a las normas aplicables al cable. El fabricante del cable debe ser consultado en el caso de cables para uso especial. La temperatura de los conductores debe elevarse mediante la circulación de corriente eléctrica por el conductor del cable. No debe haber corriente circulando por las pantallas metálicas del cable o empalme. En todos los casos, la temperatura de prueba debe ser incluida en el reporte. Cuando esta prueba sea aplicada como prueba de rutina, el empalme debe soportar un impulso de cada polaridad a tensión plena, de acuerdo a los valores especificados en la tabla 1 ó 2.
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USO CORPORATIVO
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USO CORPORATIVO
8.6
Pruebas de corriente de corta duración.
El propósito de esta prueba es verificar que el empalme es capaz de soportar corrientes de corto circuito por intervalos cortos. La magnitud y duración de la corriente a 60 Hz debe ser suficiente como para elevar la temperatura del conductor al valor de temperatura de corto circuito del cable para el cual el empalme es utilizado (250 °C para cables con aislamiento de cadena cruzada o 150 °C para cables con aislamiento termoplástico). La magnitud de la corriente usada para esta prueba no debe exceder 35 kA. El fabricante debe asegurarse de que la prueba de corto circuito no produzca cambios en su producto que le impidan operar confiablemente en campo.
8.7
Prueba de envejecimiento cíclico.
El propósito de esta prueba es comprobar que los ciclos de carga no afectarán negativamente la capacidad del empalme para operar en aire o sumergido en agua. 8.7.1
Empalmes para cable extruido de 5 kV a 35 kV.
Esta prueba puede realizarse con dos o más empalmes conectados en serie. Los empalmes también pueden probarse individualmente. Los empalmes deben ser probados en un cable con diámetro sobre el aislamiento cercano al diámetro mínimo para el que el empalme fue diseñado, y debe ser sometido a tensión de corriente alterna con magnitud de tres veces el valor de tensión nominal de fase a tierra, durante 30 días. La prueba debe realizarse a un mínimo de tres empalmes operando en aire y otros tres empalmes operando bajo el agua, instalados sobre el mismo tipo de cable. La temperatura del agua debe alcanzar los 40 °C ± 5 °C durante los ciclos de carga. En la mayoría de los casos, la temperatura del agua debe elevarse mediante una fuente de calor adicional para alcanzar esta condición. Los empalmes bajo el agua, deben ser sumergidos a una profundidad mínima de 0,3 m medida desde la superficie a la parte más alta del empalme. Se requiere una longitud mínima de 2 m de cable entre el empalme y la base de cada terminal. Los seis empalmes deben someterse a 30 ciclos de carga. Cada ciclo se define como de 24 h con aplicación de carga y 24 h sin aplicación de carga. Durante los periodos con carga, la corriente alterna que se aplique al conductor, debe ser suficiente para alcanzar la temperatura de operación de emergencia del cable ± 5 °C durante 6 h como mínimo. No debe circular corriente por la pantalla metálica del cable ni del empalme. La temperatura de operación de emergencia del cable debe determinarse de acuerdo con la norma correspondiente del cable (véase tabla A1). Se debe consultar al fabricante del cable para cables de aplicaciones especiales. El punto de referencia para medir la temperatura del conductor es el punto medio entre la superficie del agua y la base de la terminal, o el punto medio entre la base de la terminal y el empalme para los especímenes operando en aire. La temperatura en este punto no debe ser influenciada por las terminales, el agua o el empalme. En el reporte debe incluirse la información siguiente. a) b) c) d)
La La La La
temperatura temperatura temperatura temperatura
máxima de la parte externa del empalme en agua; máxima de la parte externa del empalme en aire; de la superficie externa del cable en aire; para la que está clasificado el empalme.
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Durante los períodos libres de carga, la temperatura de referencia del conductor debe bajar a un intervalo de 5 °C sobre la temperatura ambiente. Si esta condición no puede cumplirse, entonces la prueba debe interrumpirse después de concluir los ciclos 5, 10, 15, 20 y 25. Durante estas interrupciones, la tensión, la corriente y cualquier fuente de calor suplementaria deben permanecer apagados durante un período de 24 h para permitir que el empalme llegue lo más cerca posible a la temperatura ambiente. El ciclo de carga (tensión y corriente), así como la fuente de calor suplementaria (en caso de usarse) deben volverse a aplicar al final del período de interrupción. Este procedimiento debe seguirse durante los periodos libre de carga, aún cuando las condiciones de temperatura puedan satisfacerse. Los especímenes bajo prueba deben completar 30 ciclos de carga. Si por cualquier razón la tensión o la temperatura del conductor se encuentran por debajo del nivel especificado en cualquier momento, durante cualquier ciclo de carga, entonces dicho ciclo debe repetirse. (No deben repetirse, más de 15 ciclos durante la prueba). Los ciclos de carga deben ser contiguos, o bien, pueden permitirse períodos sin carga ni tensión entre algunos ciclos, para compensar modificaciones al programa o fallas en los equipos de prueba. 8.7.2
Empalmes para cable extruido entre 46 kV y 138 kV
Esta prueba puede realizarse con dos o más empalmes conectados en serie. Los empalmes también pueden probarse individualmente. Los empalmes deben ser probados en un cable con diámetro sobre el aislamiento cercano al diámetro mínimo para el que el empalme fue diseñado. El diámetro del cable empleado para la prueba debe incluirse en el reporte de prueba. Los seccionadores de pantalla deben incorporarse, si son parte del diseño del empalme. Dichos seccionadores deben permanecer en corto hasta que se realicen las pruebas indicadas en 8.9 La prueba debe realizarse a 4 empalmes. Dos de ellos deben someterse a la prueba sumergidos en ductos llenos con agua, y otros dos en aire. Los 2 empalmes bajo el agua no son necesarios si el diseño del empalme incorpora una protección metálica sólida soldada o fundida a un cable con pantalla de plomo o cable tipo tubo. Los ductos deben ser de un material adecuado, y con un diámetro interno entre 50 mm y 80 mm mayor que el diámetro externo del empalme a probar, y con la longitud suficiente, que permita lograr una columna de agua de al menos 1 m sobre la parte más alta del empalme. Los empalmes sumergidos en agua, deben estar en una columna de agua de 1m ± 25 mm sobre la parte más alta del empalme, y no se debe usar ninguna fuente de calor suplementaria para elevar la temperatura del agua. A pesar de que se espera que los empalmes sean confiables a presiones de agua mayores, una columna de agua de 1m representa el peor caso, pues mayores presiones causan fuerzas radiales externas que ayudan al empalme a impedir la entrada de humedad. Los cuatro empalmes deben someterse a 30 ciclos de carga. Durante los periodos con carga, la corriente alterna que se aplique al conductor, debe ser suficiente para alcanzar la temperatura de operación de emergencia del cable ± 5 °C durante 6 h como mínimo. No debe circular corriente por la pantalla metálica del cable ni del empalme. La temperatura de operación de emergencia del cable debe determinarse de acuerdo con la norma correspondiente del cable (véase tabla A1). Se debe consultar al fabricante del cable para cables de aplicaciones especiales.
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Debe aplicarse continuamente una tensión de corriente alterna del doble de la tensión nominal de fase a fase durante los ciclos de 24 h de carga. No debe haber corriente circulando en las pantallas metálicas. El punto de referencia para medir la temperatura del conductor es el punto medio entre la superficie del agua y la base de la terminal, o el punto medio entre la base de la terminal y el empalme para los especímenes operando en aire. La temperatura en este punto no debe ser influenciada por las terminales, el agua dentro del ducto ni el empalme. En el informe debe incluirse la información siguiente: a) b) c) d)
La La La La
temperatura temperatura temperatura temperatura
máxima de la parte externa del empalme en agua, máxima de la parte externa del empalme en aire, de la superficie externa del cable en aire, para la que está clasificado el empalme.
Durante los periodos libres de carga, la temperatura de referencia del conductor debe bajar a un intervalo de 5 °C sobre la temperatura ambiente. Si esta condición no puede cumplirse, entonces la prueba debe interrumpirse después de concluir los ciclos 5, 10, 15, 20 y 25. Durante estas interrupciones, la tensión y la corriente deben permanecer apagadas durante un período de 24 h para permitir que el empalme llegue lo más cerca posible a la temperatura ambiente. El ciclo de carga (tensión y corriente), debe volverse a aplicar al final del período de interrupción. Este procedimiento debe seguirse durante los periodos libres de carga, aún cuando las condiciones de temperatura puedan satisfacerse.
USO CORPORATIVO
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Los especímenes bajo prueba deben completar 30 ciclos de carga. Si por cualquier razón la tensión o la temperatura del conductor se encuentra por debajo del nivel especificado en cualquier momento, durante cualquier ciclo de carga, entonces dicho ciclo debe repetirse. (No deben repetirse, más de 15 ciclos durante la prueba). Los ciclos de carga deben ser contiguos, o bien, pueden permitirse períodos sin carga ni tensión entre algunos ciclos, para compensar al programa o fallas en los equipos de prueba. 8.7.3
Empalmes de transición entre 5 kV y 138 kV
La prueba puede realizarse con dos o más empalmes conectados en serie. Los empalmes también pueden probarse individualmente. Los conductores de cables multiconductores pueden ser conectados en serie. Los empalmes deben ser probados en un cable con diámetro sobre el aislamiento cercano al diámetro mínimo para el que el empalme fue diseñado. El diámetro del cable empleado para la prueba debe incluirse en el informe de prueba. Para empalmes de tensión igual o superior a 69 kV, los seccionadores de pantalla deben incorporarse, si son parte del diseño del mismo. Dichos seccionadores deben permanecer en corto hasta que se realicen las pruebas indicadas en la sección 8.9 La prueba debe realizarse a 4 empalmes. Los empalmes multiconductores con cubierta común, se consideran como un solo empalme. Dos de ellos deben someterse a la prueba sumergidos en ductos llenos con agua, y otros dos en aire. Los ductos deben ser de un material adecuado, y con un diámetro interno entre 50 mm y 80 mm mayor que el diámetro externo del empalme a probar, y con la longitud suficiente, que permita lograr una columna de agua de al menos 1 m sobre la parte más alta del empalme. Los dos especímenes bajo agua no se requieren si el diseño del empalme incorpora una cubierta metálica sólida soldada o fundida con la pantalla de plomo o cubierta del cable tipo tubo.
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Los empalmes sumergidos en agua, deben estar en una columna de agua de 1 m ± 25 mm sobre la parte más alta del empalme, y no se debe usar ninguna fuente de calor suplementaria para elevar la temperatura del agua. A pesar de que se espera que los empalmes sean confiables a presiones de agua mayores, una columna de agua de 1m representa el peor caso, pues mayores presiones causan fuerzas radiales externas que ayudan al empalme a impedir la entrada de humedad. Los cuatro empalmes deben someterse a 30 ciclos de carga. Durante los periodos con carga, la corriente alterna que se aplique al conductor, debe ser suficiente para alcanzar la temperatura de operación de emergencia del cable ± 5 °C durante 6 h como mínimo. No debe circular corriente por la pantalla metálica del cable ni del empalme. La temperatura de operación de emergencia del cable debe determinarse de acuerdo con la norma correspondiente del cable (véase tabla A1). Se debe consultar al fabricante del cable para cables de aplicaciones especiales. Debe aplicarse continuamente una tensión de corriente alterna del doble de la tensión nominal de fase a fase durante los ciclos de 24 h de carga. No debe haber corriente circulando en las pantallas metálicas. El punto de referencia para medir la temperatura del conductor es la punto medio entre la superficie del agua y la base de la terminal, o el punto medio entre la base de la terminal y el empalme para los especímenes operando en aire. La temperatura en este punto no debe ser influenciada por las terminales, el agua dentro del ducto ni el empalme.
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En el informe debe incluirse la información siguiente: a) b) c) d)
La La La La
temperatura temperatura temperatura temperatura
máxima de la parte externa del empalme en agua, máxima de la parte externa del empalme en aire, de la superficie externa del cable en aire, para la que está clasificado el empalme.
Durante los períodos libres de carga, la temperatura de referencia del conductor debe bajar a un intervalo de 5 °C sobre la temperatura ambiente. Si esta condición no puede cumplirse, entonces la prueba debe interrumpirse después de concluir los ciclos 5, 10, 15, 20 y 25. Durante estas interrupciones, la tensión y la corriente deben permanecer apagadas durante un período de 24 h para permitir que el empalme llegue los más cerca posible a la temperatura ambiente. El ciclo de carga (tensión y corriente), debe volverse a aplicar al final del período de interrupción. Este procedimiento debe seguirse durante los periodos libres de carga, aún cuando las condiciones de temperatura puedan satisfacerse. Los especímenes bajo prueba deben completar 30 ciclos de carga. Si por cualquier razón la tensión o la temperatura del conductor se encuentra por debajo del nivel especificado en cualquier momento, durante cualquier ciclo de carga, entonces dicho ciclo debe repetirse. (No deben repetirse, más de 15 ciclos durante la prueba). Los ciclos de carga deben ser contiguos, o bien, pueden permitirse periodos sin carga ni tensión entre algunos ciclos, para compensar modificaciones al programa o fallas en los equipos de prueba. Al principio del período de prueba y al final del mismo (término de los 30 ciclos), se debe medir el factor de ionización, conforme a lo indicado en 8.4.2. Dicho factor debe cumplir lo especificado en la tabla 6. La presión interna del cable con aislamiento laminado debe mantenerse dentro de los límites normales de operación durante la prueba, con excepción del cable con aislamiento laminado sólido, mismo que debe someterse a una presión máxima de 103 kPa.
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8.8
Tiempo de prueba de alta tensión
El propósito de esta prueba es verificar la integridad eléctrica de empalmes con aislamiento extruido y de transición después de que son sometidos a las pruebas de envejecimiento cíclico. Las tablas 3 y 4 especifican la secuencia de pruebas de diseño. La tensión de prueba se aplica como sigue: Para empalmes con aislamiento extruido entre 5 kV y 138 kV: -
Tensión de Prueba especificado en la tabla 1, columna 6 para 5 h, Tensión de Prueba especificado en la tabla 1, columna 5 para 1 h, Tensión de Prueba especificado en la tabla 1, columna 7 para 6 h.
Para empalmes de transición entre 5 kV y 138 kV: -
Tensión de prueba y tiempo como se especifica en la columna de tensión de aguante a la c.a. de la tabla 2, columnas 4 y 5.
Todos los empalmes sometidos a esta prueba deben sumergirse completamente en agua a temperatura ambiente. La profundidad de inmersión es de un mínimo de 0,3 m para empalmes con aislamiento extruido desde 5 kV hasta 35 kV y un mínimo de 1 m ± 25 mm para empalmes con aislamiento extruido desde 46 kV hasta 138 kV y para todos los empalmes de transición. Estas profundidades de inmersión corresponden a las profundidades de inmersión requeridas durante las pruebas de ciclo de carga para la construcción de cada empalme. Estas mediciones son hechas desde la parte más alta del empalme hasta la superficie del agua. El empalme debe ser sumergido al menos por 1 h antes de aplicar la tensión de prueba. Las muestras previamente probadas en un depósito lleno de agua pueden ser dejadas en el depósito. Las muestras previamente probadas en aire deben ser sumergidas en agua usando un método conveniente.
8.9
Pruebas a empalmes con pantalla interrumpida.
Esta prueba es aplicable únicamente a empalmes con aislamiento extruido y empalmes de transición de 46 kV a 138 kV. Los empalmes con pantalla interrumpida deben ser probados de acuerdo con los procedimientos siguientes. Todos los empalmes sometidos a esta prueba deben estar totalmente sumergidos en agua a temperatura ambiente. La profundidad de inmersión debe ser 1 m ± 25 mm. Estas profundidades de inmersión corresponden a las profundidades de inmersión requeridas durante las pruebas de ciclo de carga para la construcción de cada empalme. Estas mediciones son hechas desde la parte más alta del empalme hasta la superficie del agua. El empalme debe ser sumergido al menos por 1 h antes de aplicar la tensión de prueba. Las muestras previamente probadas en un depósito lleno de agua pueden ser dejadas en el depósito. Las muestras previamente probadas en aire deben ser sumergidas en agua usando un método conveniente. 8.9.1
Pruebas de aguante de corriente alterna para empalmes con pantalla interrumpida.
Debe aplicarse una tensión de 20 kV a través de cada pantalla interrumpida por un mínimo de 1 min. Si la pantalla interrumpida es diseñada para ser aislada de tierra, ésta debe ser puesta en corto circuito y se debe aplicar una tensión de 20 kV entre la pantalla interrumpida y tierra por un mínimo de 1 min. La pantalla interrumpida debe soportar ambas pruebas sin permitir un arqueo entre ambas o a tierra.
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8.9.2
Pruebas de aguante al impulso para empalmes con pantalla interrumpida.
La tensión de prueba de impulso debe ser una onda de 1,2 µs X 50 µs que satisfaga los requerimientos de la NMX-J-309-ANCE. Se deben de aplicar a través de la pantalla interrumpida diez impulsos positivos de 60 kV de cresta seguidos por diez impulsos negativos de 60 kV de cresta. La pantalla interrumpida debe corto circuitarse y deben aplicarse entre ella y el agua (tierra) diez impulsos positivos de 30 kV de cresta seguidos por diez impulsos negativos de 30 kV de cresta. El empalme con pantalla interrumpida se considera satisfactorio si la tensión de impulso es soportada sin ningún daño físico al empalme, cable o pantalla. Cuando un espécimen es probado con un impulso unidireccional, el aislamiento bajo prueba algunas veces se polariza. Se sugiere por lo tanto, que cada grupo de impulsos de una polaridad dada, sea precedido por impulsos de esa polaridad aproximadamente 50 %, 65 % y 80 % de las tensiones indicadas arriba
8.10
Pruebas a la pantalla
El propósito de esta prueba es verificar que la pantalla semiconductora sobre el aislamiento del empalme mantiene la tensión de tierra en la superficie exterior, efectivamente bajo condiciones normales de operación y en caso de falla del aislamiento del empalme permita iniciar una corriente de falla o arqueo. La pantalla semiconductora de todos los tipos de empalme debe cumplir los requerimientos de estabilidad de la resistencia de acuerdo con NMX-J-142-ANCE. Todos los empalmes con pantalla seminconductora sobre el aislamiento para uso de cables con aislamiento extruido entre 5 kV y 35 kV deben satisfacer los requerimientos de corto circuito de acuerdo con NMX-J-142-ANCE.
9
BIBLIOGRAFÍA
IEEE 404-1993 Standard for cable joints for use with extruded dielectric cable rated 5 000–138 000 V and cable joints for use with laminated dielectric cable rated 2500 – 500 000 V
10
CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES
Esta Norma Mexicana no es equivalente con Normas Internacionales, por no existir referencia, alguna al momento de su elaboración.
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APÉNDICE A (Informativo)
TABLA A1.- Normas de referencia para clasificaciones térmicas Tipo de cable
Norma
1 kV – 35 kV papel impregnado con cubierta de plomo
NMX-J-221-ANCE
69 kV – 500 kV alta presión tipo tubo
AEIC CS2-1997 6th edition, March 1997 Specification for impregnated-paper and insulated cable, high pressure pipe type
laminated
paper
polypropylene
8 kV – 46 kV baja presión
AEIC CS3-1990 3rd edition, October 1990 Specification for impregnated-paper-insulated metallic-sheated low pressure gas filled type
15 kV – 500 kV autocontenido
AEIC CS4-1993 8th edition, January 1993 Specification for impregnated-paper-insulated low and medium pressure selfcontained liquid filled ceble
5 kV – 46 kV XLP
NMX-J-142-ANCE
5 kV – 69 kV EP
NMX-J-142-ANCE
69 kV – 138 kV XLP
NMX-J-142-ANCE