METODOLOGÍA PARA ESTIMACIÓN DE VIDA REMANENTE DE CABLES

GERENCIA DE OPERACIONESDIRECCIÓN MANTENIMIENTO

Agosto 2015

VI JORNADAS TÉCNICAS DE TRANSMISIÓN

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ANTECEDENTES

� En condiciones normales, un cable puede tener una vida útil muy prolongada (Alrededor de 60años).

� Factores ambientales como la agresividad corrosiva, aceleran el deterioro de los cables. Es asíque INTERCOLOMBIA, REP y TRANSELCA han tenido que programar cambio anticipados decables por el fin de su vida útil.

� Las fotografías corresponde con la falla por corrosión del cable conductor de la línea L2205-L2206de REP. De esta falla se derivó el cambio de 210 kilómetros de conductor.

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ANTECEDENTES

La tendencia en aumento del número de fallas en cables por el fin de su vida útil y laincertidumbre en la programación de su reemplazo, al no poder establecer la vida restante delos cables, hicieron necesario diseñar una estrategia de evaluación metódica que permitaestimar su vida remante, con el fin de distribuir adecuadamente en el tiempo los flujos deefectivo necesarios para asegurar que las líneas de transmisión operarán con altos estándaresde confiabilidad y disponibilidad.

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FACTORES DE DEGRADACIÓN DE

LOS CABLES DE LÍNEAS DE

TRANSMISIÓN

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LA CORROSIÓN

El factor de la corrosión es tan crítico, que bajo condiciones extremas de contaminación, uncable puede tener una vida útil de aproximadamente 30 años. A pesar de que las inspeccionesvisuales no permiten establecer su vida remanente, son el punto de partida para inferir su gradode afectación. ISA-INTERCOLOMBIA definió tres (3) grados de corrosión de acuerdo con elestado superficial de los cables.

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GRADOS DE CORROSIÓN

• Corrosión Grado 1: En cables se presentacomo picaduras superficiales en alambresinteriores y/o exteriores.

• Corrosión Grado 2: En cables se presentacomo picaduras profundas en alambresinteriores y/o exteriores.

• Corrosión Grado 3: En cables se presentacomo picaduras profundas o alambresinteriores y/o exteriores rotos.

Picadura superficial: Cuando la profundidaddel picado que no supera la mitad deldiámetro del alambre.

Picadura profunda: Cuando la profundidaddel picado supera la mitad del diámetro delalambre.

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FATIGA MECÁNICA

� Corresponde al rompimiento de los alambres que componen un cable por esfuerzosdinámicos cíclicos en puntos de sujeción como herrajes de suspensión, empalmes decompresión y amortiguadores.

� Este fenómeno se debe principalmente a un diseño inapropiado del amortiguamiento oinadecuado control del galopeo, derivando en rupturas de cables en periodos inferiores a25 años.

� No es posible detectarlo.

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FATIGA MECÁNICA

En la Gráfica 4 se presenta el cable conductor del vano entre las torres 176 y 177 de la línea detransmisión Esmeralda – Yumbo 230 kV - 2 fallado por fatiga a la altura de un empalme decompresión, luego de 25 años servicio.

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EL CREEP

El creep es un alargamiento no elástico que comienza a experimentar un cable una vez essometido a tensiones longitudinales durante su tendido y posterior regulación y grapado. Dadasu naturaleza y el tiempo necesario para su desarrollo por completo, esta variable dedegradación no es analizada y en su lugar se verifica la degradación del cable por fatiga.

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METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE

VIDA REMANENTE

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INTRODUCCIÓN

La metodología de estimación de vida remanente se basa en métodos estadísticos paraaproximarse lo más acertadamente posible a la cantidad, en años, restantes al cable evaluado.Para ello se realizan tres (3) cálculos:

• Calculo el índice de deterior del cable.• Calculo de su edad efectiva.• Estimación de la expectativa de vida y vida remanente del cable evaluado.

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ÍNDICE DE DETERIORO

El índice de deterioro (ID) se emplea paradeterminar el grado de degradación de unequipo de acuerdo con el estado de lasvariables que efectivamente evidencien lareducción de su vida útil.

Criterio Condición

Valos

numérico

estado

Comentario

TUR > 105% Muy Buena 4 TUR muy superior a la especificada para el cable

100% < TUR <= 105% Buena 3 TUR superior a la especificada para el cable

90% < TUR <= 100% Tolerable 2TUR presenta decrecimiento tolerable con respecto a la

especificada para el cable

85% < TUR <= 90% Marginal 1

TUR presenta decrecimiento tolerable con respecto a la

especificada para el cable acercándose al mínimo

aceptable

TUR < 85% Muy Baja 0 TUR no cumple el mínimo aceptable para el cable

TENSIÓN DE RUPTURA

Criterio Condición Comentario

d > 20 Muy Buena 4 El alambre conserva su ductilidad

15 < d <= 20 Buena 3El alambre presenta decrecimiento moderado en su

ductilidad

10 < d <= 15 Tolerable 2El alambre presenta decrecimiento significativo en su

ductilidad

5 < d <= 10 Marginal 1El alambre presenta decrecimiento significativo en su

ductilidad acercándose al mínimo requerido

d < 5 Muy Baja 0El alambre no cumple con el mínimo de ductilidad

requerido

DUCTILIDAD DE ALAMBRES

Condición Comentario

Muy Buena 4 Cable sin signos de corrosión

Buena 2 Cable con corrosión G1

Regular 1 Cable con corrosión G2

Baja 0 Cable con corrosión G3

INSPECCIÓN VISUAL

• ID: Índice de deterioro.• HI: Índice de salud.• m: Condición del parámetro m.• CPSm: Calificación de la condición del parámetro que evidencia modo deFalla.• ωCPm: Peso de la condición del parámetro.• αm: Coeficiente de disponibilidad de datos para el parámetro de estado m(Si αm=1 información disponible, si αm=0 información no disponible).

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EDAD EFECTIVA

La edad efectiva (EE) es el tiempo devida que aparenta el activo según elíndice de deterioro y su comportamientode acuerdo con curvas de supervivenciapara equipos similares.

La edad efectiva se obtiene hallando latasa de riesgo (Hazard ratio), la cual esdirectamente proporcional a la edad yaumenta de forma exponencial. Esta tasadepende del índice de deterioro. Para sucálculo, se usan los parámetros de Perk´sde la curva de supervivencia S1 de launiversidad de Iowa.

Para los cables del Grupo ISA, seutilizan curvas de supervivencia de launiversidad de Iowa

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CALCULO DE LA VIDA REMANENTE

Curva de supervivenciaLa expectativa de vida (E) es el numeroprobable de años que el activo vivirá según laestadística, si las condiciones de vida soninvariables según su edad y el comportamientode su familia (curva de supervivencia).

Se calcula la tasa de envejecimiento (K) comola relación entre la edad efectiva del cable y sutiempo en operación o edad cronológica (EC).

� K > 1, Se emplea cálculo expectativa devida.

� K ≤ 1, Se emplea la edad cronológica.

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APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA

DE CÁLCULO DE VIDA REMANENTE

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INTRODUCCIÓN

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN A ANALIZAR

Criterios clasificación Vida Remanente

Criticidad de la Línea de transmisión

Priorización de líneas de transmisión

Atención de puntos críticos

Análisis de puntos críticos

Reporte de fallas

Selección de sectores para toma de muestras

- Perfiles de corrosión- Accidentes geográficos- Longitud del vano

A Nivel de criticidad > 75%

B Nivel de criticidad > 50% y <= 75%

C Nivel de crticidad <= 50%

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CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN PARA CALCULO

Distancia al mar

[km]Peso

0 ≤ X < 5 20

5 ≤ X < 10 15

10 ≤ X < 15 10

15 ≤ X < 25 5

X ≥ 25 0

Edad Operativa

[Años]Peso

X ≥ 40 25

30 ≤ X < 40 20

20 ≤ X < 30 15

10 ≤ X < 20 10

5 ≤ X < 10 5

X < 5 0

Reporte de alambres rotos por

corrosiónPeso

Reporte de caída de cable 15

Reporte de rotura de alambres 10

Reporte de encanastamiento 5

Sin reporte 0

Accidente geográfico Peso

Existe 10

No Existe 0

1. Cercanía al mar de la línea

2. Reporte de alambres rotos por corrosión

3. Edad operativa del cable

4. Valles y desembocaduras de ríos a orilla del mar

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CRITICIDAD DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

INTERCOLOMBIA definió una metodología de análisis de criticidad que valora aspectosoperativos, en la remuneración del activo, la afectación de las personas, el medio ambiente y elcosto de reposición del activo.

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ANÁLISIS Y ATENCIÓN DE PUNTOS CRÍTICOS

Dependiendo de las condiciones atmosféricas, geográficas y del trazado de la línea, puedenexistir sitios puntuales donde los cables estén más degradados que otros, como se ilustra en laimagen.

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SELECCIÓN DE SECTORES PARA TOMA DE MUESTRAS

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. El valor obtenido estadísticamente de vida remanente mediante la metodología presentada,se ajusta a la realidad operativa de los cables de las líneas de transmisión evaluados, yaque considera sus variables propias y externas que aceleran su degradación. Por loanterior, se puede considerar como una buena semilla para planear las inversiones derestitución de cables en las compañías, asegurando condiciones operativas óptimas delsistema de transmisión de energía.

2. Los parámetros de la curva de supervivencia de la metodología presentada en estedocumento, pueden ajustarse mejor a medida que se va recopilando más información delas fallas que se presenten en las líneas de transmisión del Grupo ISA.