Control de tensión eléctrica en cables, empalmes y terminaciones

¿Cómo controlar la tensión eléctrica en empalmes y terminaciones de cables?

Introducción

Los cables de alimentación son de gran importancia en los sistemas de transmisión y distribución de energía.

Las terminaciones y uniones son los accesorios básicos de los cables de alimentación y son necesarios para realizar conexiones entre líneas o a un aparato eléctrico .

Los diversos aspectos se tienen en cuenta al diseñar las terminaciones y empalmes de los cables porque deben poseer la misma integridad como sus cables asociados mientras realiza la conexión tanto en aplicaciones interiores como exteriores.

El aspecto más crítico de empalme y terminación de cables de alta tensión es control del estrés dieléctrico se originó en el punto de terminación de la pantalla –control de estrés eléctrico .

Esfuerzo eléctrico y control del estrés

Terminales y empalmes de cables de alta y media tensión deben gestionar los campos eléctricos en los extremos . Cuando el escudo aislante se retira de un cable, gradientes de alto potencial están concentrados en el punto de reducción , como se muestra en la Figura 1.

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En esta figura se puede ver que la pantalla de tierra de un cable (0% ) es corte de f, las líneas equipotenciales (del 20% al 80% ) concentrarse en el borde del electrodo de tierra , causando alta tensión eléctrica .

Mejora del campo eléctrico en estos puntos se pueden producir vertidos locales que podría conducir a un destellos a lo largo de la superficie del aislamiento o una ruptura dieléctrica que provoque la falla del cable .

En la instalación de cables, cables de alimentación blindados requieren control de estrés eléctrico cuando se termina.

Terminaciones y empalmes de cables están diseñados para eliminar la concentración de tensiones en la terminación de la pantalla para evitar la rotura del cable – campo eléctrico tiene que ser controlado en una terminación y empalme de cables .

La distribución del estrés en la unión del conductor varía considerablemente debido a cambios en el perfil introducidos por el uso de una férula .

Bordes afilados y protuberancias en la articulación , si no se alivia también dan como resultado un cambio abrupto del gradiente de tensión .

Es por lo tanto imprescindible que el conductor tenga un perfil liso para que no haya concentración indebida de tensiones .

Sin embargo, el aspecto más importante del control del estrés se aplica a la ubicación donde termina la pantalla de aislamiento .

Cabe señalar que no sólo aumenta la tensión dieléctrica en región de terminación , sino también un gradiente potencial está establecido a lo largo de la interfaz entre el dieléctrico y el medio circundante .

La tensión en el dieléctrico en la terminación de pantalla estará muy por encima la tensión de diseño y puede conducir a una falla prematura .

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Además, si el medio circundante es aire , o hay un vacío entre el dieléctrico y el medio de relleno , luego la tensión en el área puede hacer que el aire permita la descarga incluso con el voltaje de trabajo .

Papel es algo resistente a estas descargas , pero para aislamiento polimérico , como XLPE (Polietileno reticulado), tales descargas erosionarán rápidamente el dieléctrico y eventualmente provocarán una falla.

Sin aplicación de control de estrés , se producirían descargas , afectando adversamente la vida de la conjunta y terminación .

Figura 2 mostrar la distribución del campo eléctrico sin y con control de tensión.

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Causas

Principales debilidades en el área de terminación y empalmes de cables de alta y media tensión que requieran control de esfuerzos son:

• Orejetas de compresión que permiten que la humedad penetre en los núcleos de los conductores
• No eliminar las bolsas de aire
• Cruce del núcleo que resulta en una descarga parcial
• Mala preparación del cable
• Penetración de la humedad
• Despeje inadecuado fase a fase y fase a tierra
• Seguimiento
• Instrucciones de ensamblaje deficientes

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Métodos de control del estrés

No existe una terminación o unión universal. Existe una variedad de diferentes tipos de terminación y empalmes, cada uno con ventajas y desventajas.

La optimización de las terminaciones de los cables se logra investigando varias construcciones.

El método de terminación adecuado debe proporcionar una buena integridad eléctrica y mecánica.

Para diseñar una terminación adecuada, se debe realizar un análisis de distribución del campo eléctrico en las regiones críticas .

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Método del cono de tensión

El método común empleado para controlar el estrés es el uso de un cono de tensión que se muestra en la Figura 3 .

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El cono de tensión es un medio de controlar la capacitancia en el área de terminación de pantalla , por lo que reduce la tensión dieléctrica a lo largo de un gradiente hasta límites tolerables en el punto de terminación .

El cono de tensión se extiende más allá de la terminación de la pantalla, de modo que el gradiente de potencial en la superficie dieléctrica se reduce a un nivel en el que no se producirán descargas.

En empalmes de cables de papel de alta y media tensión , el cono de tensión generalmente se construye con un contorno predeterminado mediante la aplicación manual de cintas de papel aislante , mientras que en las terminaciones el cono de tensión es aplicado a mano o realizado . Con el desarrollo de cables poliméricos y elastoméricos , premoldeado conos de estrés también se han introducido.

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Antes del cono de tensión se aplica, es necesario reducir el estrés eléctrico en el empalme conductor , que surge de las razones explicadas anteriormente .

El concepto es proporcionar un perfil suave para que el estrés se equilibre . Este se obtiene ‘pisando’ los papeles del cable , que se logra quitando el aislamiento de papel en una serie de pasos , con contrahuellas y huellas desde la superficie interior del conductor hasta la superficie exterior del aislamiento .

Con los dos extremos del cable así tratadas y unidas, cintas de papel impregnadas aplicadas a mano se aplican sobre el ensamblaje para formar el dieléctrico de unión.

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Método de tubería de control de tensión termorretráctil

Otro método común es el tubo de control de tensión termorretráctil que se utiliza para controlar tensiones eléctricas elevadas en el punto de terminación de la pantalla de aislamiento en media tensión aislamiento de plástico y papel empalmes y terminaciones de cables hasta 36 kV .

También controlan las altas tensiones sobre los conectores en las juntas .

Tubo de control de tensión está hecho de material polimérico de alta permitividad y alta resistividad reticulado estabilizado térmicamente .

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Otros métodos para controlar el estrés

Otros métodos son:

• Cintas o revestimientos de alta resistencia y materiales con capas de resistencia no lineal, siendo el material de resistividad superficial constante, pasa una pequeña corriente y, por lo tanto, establece un gradiente de voltaje lineal a lo largo de su longitud. Se logra una mejor distribución de la tensión mediante el uso de materiales de resistividad no lineal, lo que también permite un pequeño aumento de la corriente en la capa, la resistencia del material cae y se logra un gradiente de voltaje lineal suave a lo largo de la longitud aplicada.
• Materiales que tienen una permitividad relativa significativamente mayor que el dieléctrico del cable. El método se basa en el principio de que cuando los materiales de permitividad diferente están sujetos a un gradiente de potencial a lo largo de su espesor combinado, el material que tiene la permitividad más baja experimenta la mayor tensión. Puede verse en el diagrama esquemático que las líneas equipotenciales emergen gradualmente del dieléctrico, produciendo así un gradiente suave en la superficie del dieléctrico.

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Sobre el autor:Manuel Bolotinha

-Licenciatura en Ingeniería Eléctrica – Energía y Sistemas de Potencia (1974 – Instituto Superior Técnico/Universidad de Lisboa)
– Maestría en Ingeniería Eléctrica e Informática (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universidad de Lisboa)
– Consultor Senior en Subestaciones y Sistemas de Potencia; Instructor profesional