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1. Introducción
La creación de un laboratorio de ensayos dieléctricos en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC) permite sin duda alguna, abrir espacios laborales y técnicos al departamento de Boyacá, y esto hoy es una realidad gracias a una alianza con la empresa de Energía de Boyacá (EBSA E.S.P.). El departamento de Boyacá no contaba con un laboratorio de ensayos dieléctricos para elementos de protección personal como, por ejemplo: guantes dieléctricos, mangas, herramientas y equipos empleados en trabajos con tensión (TCT) como carrocanasta y pértigas, entre otros. Debido a esto, la empresa EBSA E.S.P. y contratistas de la región, debían trasladar los elementos y vehículos grúa canasta aislados de sus cuadrillas hasta otras ciudades para los ensayos, requiriendo mayor tiempo, gastos de transporte, además de asumir el riesgo asociado por los desplazamientos.
Para reducir el riesgo de accidentes eléctricos se deben realizar pruebas periódicas a los elementos de TCT, de acuerdo con la Resolución 5018 de 2019 1, y se debe capacitar el personal, por lo que la creación de este laboratorio fortalece a las empresas del sector eléctrico realizando dichas pruebas de forma segura y dando cumplimento a los indicadores de calidad del servicio SAIDI y SAIFI 2; así como también en la medición de la continuidad del mismo, para determinar los niveles óptimos de frecuencia y duración de las interrupciones según Resoluciones CREG 025 de 2013 3 y CREG 015 de 2018 4. Por otra parte, se debe dar cumplimiento con el objeto fundamental del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE, respecto a establecer medidas tendientes a garantizar la seguridad de las personas, previniendo y minimizando los riesgos de origen eléctrico a los que están expuestos los operarios de TCT, que es una premisa fundamental en este tipo de instalaciones 5.
Los ensayos implementados en este laboratorio se realizan de acuerdo con la norma NTC/ISO/IEC 17025:2017 6 para dar cumplimiento a los requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración, y son realizados por personal técnico y científico altamente calificado de la Escuela de Ingeniería Electromecánica de la UPTC de la Facultad Seccional Duitama, empleando equipos calibrados para asegurar la confiabilidad de los resultados. El grupo de trabajo del laboratorio también realiza un trabajo innovador enfocado hacia la prestación de servicios de ensayos dieléctricos a las empresas del sector eléctrico de la región, capacitaciones teórico-prácticas y desarrollo de proyectos de investigación que articulan a la universidad con el sector productivo.
2. Metodología
En 2016, se realizó un convenio de cooperación interinstitucional entre la UPTC y EBSA E.S.P., para el diseño, adecuación y puesta en marcha de pruebas dieléctricas en la región de Boyacá. La empresa aportó a la UPTC una fuente de 130 kVAC, siendo el principal recurso para la realización de los ensayos. Por otro lado, la UPTC designó un docente para liderar el proceso y se inició con la adecuación de infraestructura, documentación, seguridad, administración, aseguramiento metrológico y elaboración del sistema de gestión en NTC-ISO/IEC 17025:2017 6 con miras a la acreditación de los ensayos para la prestación de servicios a las empresas de la región y el país.
En 2021, el laboratorio fue patrocinado con la Convocatoria MINCIENCIAS 888-2020 la cual tuvo como objetivo “Conformar un banco de proyectos elegibles para apoyar la implementación y/o acreditación de servicios de calibración o de ensayo en los departamentos priorizados, a través del fortalecimiento de las capacidades metrológicas de los laboratorios, con el propósito de contribuir a la mejora de la productividad y competitividad en el país”. En 2022, se implementan ensayos de impedancia y descarga de baterías, así como también ensayos funcionales y de seguridad a estaciones de carga de vehículos eléctricos, adaptándose a las necesidades del sector eléctrico a nivel nacional. Los ensayos se prestan con trazabilidad, empleando equipos calibrados en laboratorios acreditados por el Organismo Nacional de Acreditación de Colombia (ONAC) para garantizar la confiabilidad de los resultados. A continuación, se describe el procedimiento utilizado para la instalación del laboratorio. Se inicia con la adecuación de la infraestructura como se indica en el área de color gris de la Figura 1. Una vez adecuada la infraestructura, se llevó a cabo la implementación de los montajes de prueba.
2.1 Adecuación de la infraestructura
La UPTC dispuso de un espacio de 80 m2 para la puesta en servicio del laboratorio. En la Figura 2 se presentan las primeras instalaciones del laboratorio donde se cuenta con un espacio para la realización de los ensayos y otro para realizar las demostraciones a los asistentes.
La planta física se fue adecuando gradualmente, siendo necesaria la instalación de un sistema de puesta a tierra con sus respectivas cajas de inspección (ver Figura 3) y la adecuación de un portón corredizo para el ingreso de los elementos al laboratorio como indica la Figura 4.
Una vez finalizada la adecuación del sistema de puesta a tierra, se aplicó en el suelo pintura epóxica color verde, generando un espacio más agradable y de fácil limpieza. El estado actual del laboratorio se presenta en la Figura 5. Mediante conos y cadena de señalización, se indican la zona de ensayos de alta tensión, otra para la consola de control y un espacio para el personal que desea presenciar los ensayos. El tamaño de la zona de pruebas puede ser ajustable de acuerdo con el tamaño del elemento a ensayar y en el caso del carrocanasta, el ensayo se realiza al frente del laboratorio demarcando esta zona.
Una vez finalizada la adecuación del sistema de puesta a tierra, se aplicó en el suelo pintura epóxica color verde, generando un espacio más agradable y de fácil limpieza. El estado actual del laboratorio se presenta en la Figura 5. Mediante conos y cadena de señalización, se indican la zona de ensayos de alta tensión, otra para la consola de control y un espacio para el personal que desea presenciar los ensayos. El tamaño de la zona de pruebas puede ser ajustable de acuerdo con el tamaño del elemento a ensayar y en el caso del carrocanasta, el ensayo se realiza al frente del laboratorio demarcando esta zona.
Finalmente, se adecuó un espacio de bodega para el almacenamiento de los equipos y se dispuso otro espacio para la dirección del laboratorio y recepción de clientes, el cual se encuentra en proceso de adecuación.
2.2 Implementación de los montajes de prueba
Considerando que el área del laboratorio es reducida, y los ensayos para algunos elementos pueden ser esporádicos, todos los montajes de prueba se realizaron de forma modular, de tal forma que, puedan ser ensamblados y desensamblados fácilmente. Por otra parte, también es posible realizar ensayos en instalaciones del cliente. La Figura 6 ilustra ensayos a varios elementos empleando los mismos soportes aislantes para los montajes.
2.3 Selección de los métodos de prueba para ensayos dieléctricos
Para los ensayos dieléctricos se emplea el método de tensión aplicada a frecuencia industrial. Este consiste en verificar la rigidez dieléctrica de los elementos sometiéndolos a una tensión sostenida de corriente alterna durante 60 segundos, teniendo en cuenta la clase y tipo del elemento a ensayar de acuerdo con métodos normalizados para cada elemento. Para la aprobación del ensayo, durante el periodo de prueba, no se debe presentar arco eléctrico, flameo y/o disrupción según los parámetros de la norma, ni se debe superar la corriente de fuga máxima permitida. En la Figura 7 se muestra el esquema de ensayo para guantes dieléctricos. Este requiere un recipiente con agua de grifo, en el cual se sumerge el guante y se indica la conexión del electrodo de alta tensión y el de tierra, además de la medida de la tensión aplicada y de la corriente de fuga. Los esquemas de prueba para los demás elementos son similares, conservando el circuito de alta tensión, pero cambiando la conexión de los electrodos de acuerdo con la forma y tipo del elemento a probar.
2.4 Selección de equipos
Para los ensayos dieléctricos, se seleccionó y adquirió una fuente de alta tensión de AC marca Phoenix, modelo BK-130, la cual alcanza hasta 130 kV; sin embargo, considerando el factor de corrección por altura y un margen de seguridad, para tratar de alargar la vida útil de este activo, este se opera hasta máximo 100 kV. Para la medición de la corriente de fuga se emplea una pinza de corriente de fuga Fluke i360 (ver Figura 8).
2.5 Lineamientos para la prestación de servicios
Además de cumplir con los requisitos técnicos de los estándares nacionales e internacionales para los ensayos de cada elemento, estos son realizados cumpliendo los lineamientos de la norma NTC-ISO/IEC 17025:2017 y del sistema de gestión de la Universidad (ver Figura 9).
Para el funcionamiento propio del laboratorio y dando cumplimiento al numeral de personal de la norma NTC-ISO/IEC 17025:2017, el organigrama propuesto, además del director, quien es un docente del área, se considera un gestor en ISO/IEC 17025, para velar por el cumplimiento de todos los requisitos de la norma (ver Figura 10).
3. Resultados
De acuerdo con la normativa aplicada al laboratorio, los ensayos a elementos, equipos y herramientas empleadas en TCT se detallan en la Tabla 1, mostrada a continuación.
Tabla 1 Ensayos implementados
| Ítem de ensayo | Clase | Voltaje de prueba [kV] | Documento normativo |
|---|---|---|---|
| Guantes dieléctricos Mangas Dieléctricas Cobertores de línea | 00 | 2.5 | ASTM D120 - 14 (7) |
| 0 | 5 | ||
| 1 | 10 | ASTM D120 - 14 (8) | |
| 2 | 20 | ||
| 3 | 30 | ASTM F478 − 14a (9) | |
| 4 | 40 | ||
| Jumper | 15 kV | 20 | ASTM 2321-14 (10) |
| 25 kV | 30 | ||
| 35 kV | 40 | ||
| 69 kV | 74 | ||
| Pértigas | N. A. | 75 | ASTM F3121 2017 (11) |
| Cascos | TIPO G | 2.2 | NTC 1523-2012 (11) |
| TIPO E | 20 | ||
| Calzado dieléctrico | N. A | 18 | ASTM F2412 − 18a (12) |
| Soga dieléctrica | N. A | 100 | ASTM F1701 - 12 (13) |
| Escalera | 2 | 94 | ASTM D1048-93 (14) |
| Cizalla | N. A | 75 | ASTM F 3121 2017 (15) |
| Herramienta menor | N.A | 10 | ASTM F1505 - 16 (16) |
| Carro canasta | Liner | 100 | ANSI/SIA A 92.2 - 2015 (17) |
| B. superior | 56 | ||
| B. inferior | 50 |
Fuente: elaboración propia.
Algunos montajes de los ensayos a elementos y herramientas se presentan en las Figuras 11 a 14 para ilustrar las capacidades y servicios que pueden brindarse desde este laboratorio de ensayos dieléctricos.
El laboratorio también ofrece capacitaciones teórico-prácticas a los operarios de EBSA E.S.P. y contratistas, Empresa de Energía del Casanare, ENERCA S.A. E.S.P, egresados del programa de Ingeniería Electromecánica de la UPTC y se han realizado varios proyectos de grado a nivel profesional (pregrado) cuyo aporte ha sido de suma importancia para articular la investigación desde la academia hacia la industria eléctrica colombiana (ver Figuras 15 y 16).
4. Conclusiones y recomendaciones
La creación de un laboratorio de pruebas dieléctricas para elementos de protección empleados en los TCT, en la UPTC constituye un aporte significativo para el crecimiento de las empresas del sector eléctrico de los departamentos de Boyacá, Casanare, Arauca y Santander, fortaleciendo el área eléctrica que se encuentra en constante crecimiento, reduciendo el riesgo de accidentes que pueden ser ocasionados por elementos de protección defectuosos los cuales se retiran de servicio durante los ensayos, contribuyendo además a aumentar la confiabilidad del servicio.
Los operarios de las empresas del sector eléctrico deben estar capacitados para trabajar en redes energizadas, además de contar con cursos de trabajo en altura, seguros de vida y entrenamiento previo, así como tener un alto nivel de confianza en los implementos de su uso personal conocidos como elementos de seguridad para el trabajo en línea viva, por tanto, la empresa de energía debe probar periódicamente los elementos y establecer el correcto uso, almacenamiento y transporte de la manera correcta. En caso de que un elemento de protección personal presente una perforación o se superen los valores de corriente de fuga permisibles por su respectivo criterio de aceptación, se recomienda además de marcarlo, recortarlo empleando tijeras, para evitar que sea empleado nuevamente; es por ello que las pruebas para estos equipos realizadas desde este laboratorio son tan importantes, garantizando que los elementos de protección personal que adquiere cumplan la normatividad establecida; lo cual se realiza a través de los certificados de conformidad que entrega el proveedor y de la contratación de servicios de ensayos.
Se resalta la importancia de que tanto la UPTC como la empresa financien este tipo de laboratorios, para fortalecer los vínculos Universidad-Empresa-Estado, siendo beneficiados los estudiantes, las empresas de la región y la comunidad en general, de esta manera se articulan las funciones misionales de todos los entes participantes.
