Terminales y empalmes para cables de media tensión

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Terminales y empalmes

para cables de media tensiรณn

Fotos: Shutterstock

Por Ing. Rodrigo Galvis Correa

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una falla en un sistema de baja tensión supone detener una máquina o interrumpir un proceso específico, pero un defecto en media tensión implica, en la mayoría de los casos, una suspensión general. guía sobre cómo intervenir cables de media tensión sin imprevistos.

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Componentes de un cable de media tensión El primer elemento de un cable de cualquier nivel de tensión es el material conductor por el cual circula la corriente eléctrica –puede ser de aluminio, cobre u otro metal conductivo–. El segundo componente es el material aislante que permite tener contacto con el cable, pero no con el conductor que se encuentra en el interior. Suponiendo que un cable de media tensión solo tuviera dicha composición, se vería tal como lo muestra la Figura 1.

En un nivel de tensión superior a 1000 V se presenta una serie de fenómenos electromagnéticos que impiden que el cable tenga una construcción tan simple como la de uno de baja tensión. El primer inconveniente es que existe una diferencia de potencia considerable entre el conductor y el material aislante, lo cual genera descargas por efecto corona sobre ciertas partes del material de aislamiento.

Con el paso del tiempo, estas descargas continuas perforan el aislamiento desembocando en una falla a tierra. Para solucionar este inconveniente se instala una capa semiconductora que separa el conductor y el material aislante de forma que el campo eléctrico se distribuye de manera uniforme, impidiendo así descargas puntuales por efecto corona en ciertas partes del aislante.

Una vez solventando el primer inconveniente con la capa semiconductora que se ve de color negro en la Figura 2, viene el segundo fenómeno: la alta concentración de campo eléctrico sobre el punto más cercano a tierra. De nuevo, es necesario encerrar ese campo eléctrico y distribuirlo de manera uniforme con el objetivo de evitar la perforación y la falla a tierra por corto circuito. Para lograrlo se utilizan una segunda capa semiconductora y una pantalla metálica, la cual puede ser una cinta de cobre o hilos en diferentes disposiciones (ver Figura 3).

Aislamiento

Por último, la pantalla se cubre con una chaqueta de PVC, polietileno u otro material equivalente que le brinda al cable resistencia mecánica, a químicos y rayos UV.

Descargas por efecto corona

Conductor

figura 2 Líneas de flujo eléctrico

Las funciones de la pantalla metálica son: • “Contener” el campo eléctrico dentro del cable, uniforme e invariable.

• Evitar las radiointerferencias.

• Conducir las corrientes de cortocircuito.

• Generar una referencia de tierra alrededor del cable de media tensión.

Según la norma IEEE 48-1990, lo primero que debe tener una terminal de media tensión es control de campo eléctrico en el corte de la capa semiconductora.

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figura 1

Cable sin pantalla

Alta concentración de campo

figura 3 Capa semiconductora externa

Pantalla metálica

Distribución de campo uniforme

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Figuras y gráficos: cortesía 3M

L

a intervención sobre un cable de media tensión aislado siempre representa un reto técnico, pues cualquier desperfecto en la instalación o conexión tiene como desenlace la falla del circuito, además del aumento de las probabilidades de siniestro por incendio o explosión. Por lo mismo, es determinante conocer los componentes de los cables, cómo funcionan y cuáles son las alternativas que ofrece el mercado para hacer más sencillas y seguras dichas intervenciones.

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Empalmes y terminales correctos Después de aclarar los elementos de un cable, se entiende por qué cualquier intervención para terminarlo o empalmarlo debe dar correcto tratamiento a todas las capas que lo componen.

figura 4

Cuando la necesidad es empalmar, debe existir una continuidad del conductor así como de todas las capas de uno de los cables al otro, de manera que la transición no presente los fenómenos electromagnéticos expuestos.

En el caso de una terminación de media tensión, el objetivo es finalizarlo correctamente hasta la borna y eliminar así los efectos electromagnéticos que pueden deteriorar el aislamiento (ver Figura 4).

Requisito 1: control de campo eléctrico Según la norma IEEE 48-1990, lo primero que debe tener una terminal de media tensión es control de campo eléctrico en el corte de la capa semiconductora. En algún punto del cable, todas sus capas deben finalizar para permitir su conexión.

Al finalizar la capa de aislamiento del conductor, las líneas de campo eléctrico se concentrarán en el punto más cercano a tierra, es decir, donde se finaliza la capa semiconductora exterior. Ese ataque constante produce un desgaste sobre el aislamiento que eventualmente terminará rompiéndolo y generando una falla a tierra del conductor interno (ver Figura 5).

figura 5 Líneas equipotenciales 40 % 20 % Pantalla

50 %

60 %

Líneas de campo eléctrico

80 %

Aislamiento

Conductor

figura 6 Líneas de flujo eléctrico

Existen varias técnicas para mitigar la concentración de líneas de campo eléctrico.

El primero es el método geométrico que consiste en incrementar gradualmente el espesor del aislamiento en el punto crítico. Esta técnica es conocida como cono de alivio por la forma resultante de la terminal para desviar las líneas de campo eléctrico (ver Figura 6).

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Otro procedimiento, conocido como eléctrico o capacitivo (high K), consiste en la instalación de un material con alta constante dieléctrica. En este caso, el control de esfuerzo se logra con la refracción del campo eléctrico. Esta refracción es causada por la diferencia de los valores de K de las capas dieléctricas. Cabe recordar que la constante dieléctrica K de un material está dada por cómo el material es afectado por un campo eléctrico y, a su vez, cómo dicho material afecta al campo eléctrico.

Tomando como referencia el aire que tiene un valor de 1, el material aislante de un cable tiene un valor de 3, pero el material que se usa en estos casos para el control de esfuerzos tiene un valor de 30. Por el cambio de medio es posible desviar las líneas de campo eléctrico y así impedir que se concentren en el punto donde finaliza la capa semiconductora, de modo tal que se puede tener una terminal más delgada, pero cumpliendo a cabalidad la función en este punto crítico (ver Figura 7).

Requisito 2: aislamiento contra corrientes de fuga El segundo requisito que debe cumplir una terminal de media tensión es el aislamiento contra corrientes de fuga (tracking). Estas se dan porque sobre su superficie se presentan degradaciones y se forman pequeños caminos de carbono los cuales permiten la circulación de corriente sobre la superficie de la misma.

Como es obvio, esto con el tiempo genera una falla a tierra porque estos caminos conducirán la corriente desde el conductor hasta la puesta a tierra del cable.

Los principales factores que deterioran la superficie de la terminal son cuatro y su combinación es la que provoca la ruptura del material aislante: • Contaminación ambiental • Radiación solar • Llovizna • Niebla

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figura 7 Conductor

Material alta constante dieléctrica K Líneas de campo eléctrico

40 %

20 %

50 % 60 %

Líneas equipotenciales

Pantalla

80 %

Conductor

Las alternativas Existen muchos materiales como porcelanas y polímeros que tienen un buen comportamiento, pero su vida útil es relativa y difícil de estimar debido a que depende en gran medida de factores externos, como la experiencia del técnico instalador.

También los hay termoencogibles, pero requieren el uso de calor y llama directa durante su instalación –lo que supone un riesgo para el operario y para la instalación eléctrica como tal–, o empujables, que mediante el uso de grasas lubricantes permiten instalar un componente premoldeado para terminar o empalmar el cable. La instalación de este último sistema tampoco resulta sencilla dado que en algunos casos de terminales para uso exterior, las campanas no son parte integral del producto y deben colocarse por aparte, aumentando el margen de error.

Así pues, las terminales encogibles en frío representan una interesante alternativa en tanto no requieren calor ni llama durante su instalación. Adicionalmente, el caucho de silicona (EPDM), del cual se componen, es inorgánico y, por lo tanto, las posibles erosiones que se creen en su superficie no generan los caminos conductivos de carbono antes mencionados; y en el caso de instala-

Aislamiento

ciones exteriores, cuando el material entra en contacto con el agua tiende a crear gotas sobre su superficie, pero no a mojarlo, como sí ocurre con las porcelanas y otros materiales usados en este tipo de productos.

Hidrófugo Ángulo de contacto > 90° El agua tiende a formar gotas, no a mojar la superficie Silicona

Hidrófilo Ángulo de contacto < 90°

El agua tiende a esparcirse y a mojar toda la superficie EVA, Porcelana, EPR

En cuanto a la superficie lisa que proporciona, la silicona dificulta el proceso de adhesión de contaminantes presentes en el medioambiente. También recupera su hidrofobia aun cuando ha sido transformada en hidrófila debido a descargas eléctricas, las cuales son inevitables. Sumado a esto, el material se recupera por sí mismo, caso contrario a otros en los que los daños son degenerativos y acumulativos.

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Cómo funcionan los encogibles en frío Conocida como Cold Shrink, esta tecnología desarrollada por 3M, se compone de un solo cuerpo preensanchado sobre un núcleo en espiral plástico. En ese cuerpo se encuentran todos los componentes necesarios, de ahí que el técnico no debe preocuparse por la correcta instalación de los sellos o por el tubo de control de esfuerzos trasladando esa responsabilidad al producto.

La instalación, que puede realizarse en una o dos horas como máximo, consiste en colocar el cuerpo preensanchado en el lugar final de la instalación (marcado

previamente con cinta) y halar la punta del núcleo de plástico. Este, al ser una espiral, se desenrolla suavemente haciendo que la terminal o empalme se contraiga sobre el cable exactamente en el lugar requerido, sin el uso de ninguna herramienta adicional o fuerza excesiva.

Las terminales encogibles en frío representan una interesante alternativa en tanto no requieren calor ni llama durante su instalación.

El diseño de este tipo de terminales incorpora todos los componentes principales en el mismo cuerpo de la terminal y se adapta a varios rangos de calibres de cables, con lo cual la única diferencia se centra en la borna (debe seleccionarse exactamente para el calibre del cable) que se instala para el posterior conexionado.

Características de las terminales QT III y empalmes QS III encogibles en frío Sistema encogible en frío que no requiere presión de calor o llama Capa sellante de silicona.

No requiere el uso de cintas

Falda aislante de silicona Tubo de alta constante dieléctrica (K) Compuesto controlador de esfuerzos Diseño de Core para fácil instalación en cables enterrados Mastic sellador

• Sellos contra húmedad en ambos extremos construidos con masilla de alta constante diélectrica K. • Tienen incorporado el tubo de alta constante dieléctrica de EPDM, relleno de partículas de carbón con peróxido.

• Estables ante rayos UV. • Al requerir menos pasos en la aplicación, se garantiza la confiabilidad de la instalación minimizando la probabilidad de errores.

• Reducen la tensión superficial de la terminal en 33 % (de 11 V/mil a 7 V/mil).

• Desempeño superior en la interfaz de la pantalla semiconductora y el aislamiento.

• Excelente resistencia al tracking.

• Los componentes incrementan la hidrofobicidad, con lo cual aumenta la resistencia al tracking y controla eficazmente el arco eléctrico.

QT: terminal rápida (Quick Termination) QS: empalme rápido (Quick Splice)

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Ing. Rodrigo Galvis Correa Especialista en servicio técnico de la División de Mercados Eléctricos 3M Colombia

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