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• MariVickMoras

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DEFINICIONES TÉCNICAS 1. Alambre: Es un producto de cualquier sección maciza, obtenido por el proceso de trefilación, laminación en frío o ambos procesos combinados, que resulta en un cuerpo de metal estirado, generalmente de forma cilíndrica y sección circular. 2. Aislamiento: Es el efecto logrado luego de aplicar un aislante a una superficie conductora que se expresa cuantitativamente. 3. Aislante: Material que mantiene el voltaje del cable separado del voltaje de tierra o de referencia empleado. 4. Arborescencia: Es un fenómeno eléctrico previo a la ruptura dieléctrica de un material aislante. Es un proceso dañino, progresivo e irreversible debido a descargas parciales, que avanza dentro o en la superficie de un dieléctrico cuando se lo somete a un estrés eléctrico de alta tensión durante un tiempo prolongado que supera las condiciones de diseño. 5. BIL: Basic Insulation Level. Nivel de aislación en términos de valor pico que un material aislante es capaz de soportar sin “romperse” cuando se ve sometido a una sobretensión atmosférica. 6. Cable: Es uno o más conductores trenzados o no, revestidos con una cubierta aislante. 7. Capa Semiconductora: Es una capa cuya conductividad es superior a la capa da aislamiento cuya finalidad es uniformizar el campo eléctrico. 8. Conductividad Eléctrica: Capacidad de una sustancia para transmitir la energía eléctrica. 9. Conductor: Es un alambre, o conjunto de alambres, no aislados entre sí, destinados a conducir corriente eléctrica. 10. Descarga disruptiva: Es la aparición repentina, súbita, de una gran corriente a través del elemento aislante como consecuencia de altos esfuerzos dieléctricos aplicados al mismo. 11. Esfuerzo Eléctrico: Es el esfuerzo o estrés al que son sometidas las propiedades de un aislante cuando es afectado por un campo eléctrico 12. Extrusión: Es el proceso de manufacturación, ejecutado en forma continua, que consiste en la aplicación de compuestos de plástico sobre un conductor.

13. Gradiente de Potencial Eléctrico: Es la relación que da el valor de un campo eléctrico en cualquier punto del aislamiento, en función de la posición de este punto 14. Rigidez dieléctrica: Es el máximo gradiente de potencial que un aislamiento es capaz de soportar sin que se produzca una descarga disruptiva. 15. Termo-estabilidad: Propiedad aquellos polímeros infusibles, es decir, que no se funden con el calor. 16. Vulcanización: proceso mediante el cual se calienta un polímero crudo en presencia de azufre con el fin de otorgarle propiedades como rigidez, termo-estabilidad y resistencia al agua.

EMPALME ELÉCTRICO Es la reconstrucción de todos los elementos que constituyen un cable de potencia para permitir la continuidad del flujo eléctrico garantizando la confiabilidad de las características de diseño originales del cable. Algunas de estas propiedades son:    

Esfuerzos eléctricos tolerables: Es el esfuerzo al que es sometido un aislante cuando es sometido a la acción de un campo eléctrico. Rigidez mecánica: Propiedad que permite que el cable resista una deformación permanente por esfuerzo mecánico. Nivel de Aislamiento: Nivel de conductividad eléctrica nula o muy baja. Apantallamiento Electrostático: Protección que se le brinda a un cable para aislar o confinar el campo eléctrico que produce el flujo de corriente que circula por el conductor.

Para garantizar que estas propiedades se mantengan en rangos tolerables, se debe garantizar que los componentes del empalme sean compatibles o similares con los elementos que constituyen al cable o los cables a los que se unirá. Para esto, los materiales que componen al empalme deben realizar satisfactoriamente la función que desempeñan sus homólogos en los cables. Estas características se aprecian en el siguiente diagrama:

Diseño típico de un cable de potencia con aislamiento sólido o extruido. Material tomado de: “SISTEMA DE CONEXION DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA”. CONDUMEX



Aislante: Material que mantiene el voltaje del cable separado del voltaje de tierra o de referencia empleado. Este material debe tener la rigidez eléctrica suficiente para soportar el campo eléctrico generado por los conductores en tres situaciones típicas:

o o o

Tensión Normal de Operación. Sobretensión por descarga atmosférica. Sobretensión por maniobra de interruptores.



Pantalla: Capa formada por hilos de cobre dispuestos uniformemente con una cinta que los cortocircuita helicoidalmente, este elemento del cable tiene las siguientes funciones: o Drenar a tierra corrientes capacitivas. o Conducir eventuales corrientes de falla producidas como consecuencia de eventuales defectos monofásicos.



Capas Semiconductoras: Un cable típico de media tensión posee dos pantallas o capas semiconductoras que tienen diversas funciones: o La capa semiconductora interna evita el efecto corona o ionización en espacios de aire entre hilos conductores. o La capa semiconductora externa posee distintas funciones:  Sirve para confinar el campo eléctrico en el interior del cable.  Obtener una distribución radial homogénea dentro del aislante.  Proteger al cable de voltajes inducidos.  Reducir el riesgo de shock eléctrico.  Proveer un camino de circulación para corrientes de pérdida o de falla.



Cubierta Exterior: Es una capa de material resistente que recubre al cable ofreciendo protección mecánica al mismo y a su vez aislamiento a la pantalla metálica contra elementos atmosféricos; este material es típicamente policloruro de vinilo o PVC, aunque el mismo puede cambiar dependiendo de las características de operación donde se emplazará el cable.

OPERACIÓN NORMAL DE UN CABLE Y CONTROL DEL CAMPO ELÉCTRICO En equilibrio electrostático el campo eléctrico en puntos muy próximos a un conductor es perpendicular a su superficie

Campo Eléctrico Emitido por un Conductor

En un cable, donde se disponen varios conductores concéntricos, el campo creado por cada conductor perturba al campo del conductor contiguo deformándolo; Cuando se introduce un conductor en un campo eléctrico exterior, el campo eléctrico en el interior en el equilibrio es nulo; Se produce una redistribución de cargas debido a la fuerza electrostática de atracción y/o repulsión y en consecuencia se deforman las líneas de campo alrededor del conductor.

Líneas de Campo Eléctrico en Inmediaciones de un Conductor afectado por un Campo Externo

El primer material semiconductor (interno) se encarga de que el campo eléctrico sea radial a partir de su superficie, evitando concentraciones puntuales de campo, obteniéndose así una superficie equipotencial (equilibrio de cargas eléctricas) alrededor de esta primera capa. Si se aplicara el aislamiento directamente sobre el conductor sin el material semiconductor, éste sufriría los efectos del elevado campo eléctrico en los espacios entre conductores, lo cual no es un efecto deseable en el aislamiento, pues disminuiría la capacidad del mismo al someterlo a valores intolerables de rigidez dieléctrica.

Material tomado de: “SISTEMA DE CONEXION DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA”. CONDUMEX

Una vez que se ha confinado el campo eléctrico en el interior de la primera capa semiconductora se presenta un gradiente de líneas de flujo electrostático intenso en las cercanías de esta capa, esto se debe a que en esta zona la densidad de líneas de campo eléctrico es superior que en otros puntos más alejados, como se muestra a continuación:

Distribución del Campo Eléctrico en un Cable de Potencia sin Capa Semiconductora Externa

Esta distribución de gradiente de líneas de campo eléctrico crea a su vez unas zonas equipotenciales radiales a la capa semiconductora interna; puesto que en las cercanías de esta la densidad de líneas de campo es más alta que en los puntos más alejados, la distribución de estas capas equipotenciales no será uniforme, como se muestra a continuación:

Material tomado de: “SISTEMA DE CONEXIÓN DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA”. CONDUMEX

Para confinar este campo eléctrico disperso en el material aislante y distribuir uniformemente las superficies equipotenciales se dispone una segunda capa semiconductora justo cuando termina el material aislante, debidamente puesta a tierra, con lo cual se obtiene la siguiente distribución de campo eléctrico en el cable:

Material tomado de: “SISTEMA DE CONEXIÓN DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA”. CONDUMEX

Como el gradiente de líneas de campo eléctrico sigue siendo mayor en la cercanía de la primera capa, el campo eléctrico será más intenso en esta zona, y disminuirá a medida que el campo se acerca a la segunda capa semiconductora:

Distribución del Campo Eléctrico IDEAL en un cable de Potencia con Capas Semiconductoras Interna y Externa

DISTRIBUCIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO EN TERMINACIONES Y EMPALMES Cuando se realiza un empalme eléctrico, con la remoción de la pantalla y capas semiconductoras se dan lugar esfuerzos eléctricos en los diferentes elementos que componen la interfaz cableempalme; para verificar las condiciones de diseño y operación resulta relevante conocer el comportamiento del campo eléctrico en las zonas sensibles de esta unión. Con el corte del blindaje electrostático se da lugar a una discontinuidad en la geometría axial de diseño del cable, lo que provoca variaciones en el campo eléctrico en la zona circundante al punto de corte del blindaje, como se muestra en la siguiente figura:

Distribución de Líneas de campo Eléctrico Circundante a la zona de Corte de la Capa Semiconductora

Las líneas de Campo Convergen hacia el extremo del blindaje electrostático, lo que provoca un gradiente de líneas de potencial elevados en esta zona en contraste con los presentes en áreas cercanas al conductor, a este fenómeno se le conoce como Efecto de Punta. Como consecuencia de ello se produce una distribución no homogénea del campo eléctrico la que conlleva a un incremento localizado del módulo del campo eléctrico en determinadas regiones del cable cuyos valores alcanzan máximos inadmisibles.

Algunas consecuencias de este elevado gradiente de Campo Eléctrico son las siguientes:   

Ruptura dieléctrica del material aislante: Lo que puede ocasionar perforación del mismo con las consecuentes fallas de operación y seguridad para el personal humano. Ruptura dieléctrica del aire circundante: Lo que pueden provocar descargas parciales a tensiones incluso cercanas a las de operación normal del cable. Estrés eléctrico en los componentes del cable: El esfuerzo dieléctrico al que están sometidos los componentes del cable ante la distribución no homogénea de gradientes de potencial provoca que disminuya la vida útil del mismo y sea más vulnerable a presentar fallas, aún en condiciones nominales de operación.

CAMPO ELÉCTRICO EN EMPALMES Y TERMINACIONES En una terminación y/o en un empalme se busca básicamente reconstruir las capas originales que componen al cable (Capas semiconductoras interna y externa, aislante, pantalla, cubierta exterior); sumado a esto, es necesario el control del campo eléctrico producido como consecuencia del corte del blindaje electrostático de manera que confinar progresivamente las líneas de campo dentro del cable, con lo cual, se disminuyen los elevados gradientes de potencial y se devuelven los esfuerzos eléctricos a valores aceptables. Existen varias maneras de alcanzar este objetivo, típicamente, se trata de la disposición de un elemento exterior o accesorio que ubicado en la zona de la frontera del aislante del cable que posea cualidades de diseño adecuadas al esfuerzo dieléctrico presente en esta zona; usualmente este accesorio, llamado ELEMENTO DE CONTROL DE CAMPO constituye la parte más importante de un empalme, terminación o conector, puesto que se diseñan para resistir los esfuerzos eléctricos más rigurosos y la polución superficial por largo tiempo sin modificar su desempeño. A continuación se describen las técnicas más empleadas para el control del campo eléctrico o reducción del esfuerzo eléctrico en la cercanía de un empalme, terminación o conector: MÉTODOS PARA EL CONTROL DEL CAMPO ELÉCTRICO Existen tres métodos para la reducción del esfuerzo eléctrico en la zona de corte de la pantalla semiconductora, estos son: 1. Método Geométrico (Cono de Alivio). 2. Método Resistivo. 3. Método Capacitivo.

1. MÉTODO GEOMÉTRICO (Cono de Alivio): El método geométrico o del cono de alivio (también conocido como cono deflector) consiste en formar una continuación del blindaje electrostático con la ampliación gradual del diámetro del mismo a medida que nos alejamos de la zona de corte del blindaje con la finalidad de reducir gradualmente el estrés de la zona. Esto puede lograrse con la inserción de un accesorio premoldeado o con la aplicación adecuada de cinta semiconductora con las características apropiadas. En cualquier caso, se obtiene una deflexión de las líneas de campo, alejando de la zona de corte el alto gradiente de potencial previo y también, se fuerza progresivamente al campo eléctrico a acercarse al conductor.

Control de Campo Eléctrico por Medio de un Cono de Alivio Pre-moldeado

Típicamente, este accesorio está fabricado de un compuesto a base de caucho de silicona de vulcanización a alta temperatura. Por medio de la elasticidad permanente del compuesto a base de caucho de silicona escogido se garantiza que la presión ejercida por el elemento de control de campo sobre el aislamiento del cable sea permanente en todas las condiciones de funcionamiento del accesorio. Una importante propiedad del compuesto escogido reside en su alta difusión de gases bajo presión mecánica constante. A través de esta propiedad y por medio de la presión constante radial ejercida por el elemento de control de campo, toda posible burbuja de aire atrapada en la instalación se difunde totalmente a través del material del elemento de control de campo en pocos minutos

Difusión de burbujas de aire en Cono de Alivio Pre-Moldeado Material Tomado de CATÁLOGO 2012 DE PRODUCTOS ELÉCTRICOS CELLPACK

Control de Campo Eléctrico por Medio de un Cono Encintado

El Procedimiento, en ambos casos, es funcionalmente adecuado; sin embargo, la terminación resulta de diámetro abultado en la zona del cono cuando se implementa el cono de alivio y en el caso del cono encintado, su implementación resulta larga y tediosa. 2. MÉTODO RESISTIVO Este método consiste en la combinación de materiales resistivos y capacitivos para amortiguar los esfuerzos producidos al seccionar las capas semiconductoras. Esto equivale a insertar una resistencia no lineal desde la zona de la capa semiconductora externa hasta una determinada longitud sobre el aislamiento.

De esta manera, las capas capacitivas que provienen del conductor son conducidas a través de esta resistencia no lineal, lo que provoca una caída de tensión; Puesto que la resistencia es no lineal, su valor decrece cuando la corriente aumenta, lo que mantiene a un nivel aproximadamente constante su caída de tensión y por ende se fuerza al campo eléctrico en esa zona a ser homogéneo.

Control de Campo Eléctrico por Medio de una Resistencia no Lineal

El material con el que se implementa esta resistencia no lineal es usualmente una matriz polimérica con rellenos de carbono y silicio (SiO) así como óxido de zinc (ZnO); el empleo de estos materiales semiconductores es lo que le confiere al compuesto su comportamiento no lineal. 3. MÉTODO CAPACITIVO Este método consiste en el control de esfuerzos eléctricos por medio de la colocación de materiales aislantes con una alta permisividad o constante dieléctrica; de esta manera, conservando sus propiedades aislantes, este material es capaz de refractarlas líneas de campo en las cercanías del corte de la capa semiconductora. CONSTANTE DIELÉCTRICA (K) Aire

1

Cable

3

Elemento de Control de Campo 30

Constante Dieléctrica de Interfaces Involucradas en un Empalme

Esto implica, que el material de control de campo por el método capacitivo es capaz de contener treinta (30) veces más energía que el aire en el mismo volumen, o diez (10) veces más que la del aislamiento típico del cable.

Este material es típicamente una cinta y/o elastómeros pre-moldeado que cubra al mismo tiempo una porción del blindaje electrostático y otra del aislamiento primario. En estos tubos premoldeados el material dieléctrico se obtiene a partir de caucho fabricado con etileno-propileno dopado con elementos adecuados para garantizar la permisividad eléctrica y la rigidez mecánica deseada. Otra opción para incrementar la permisividad sin modificar la conductividad es el uso de materiales ferromagnéticos como el óxido de bario (BaTiO3). En la siguiente figura se muestra la distribución de esfuerzos eléctricos empleando este método de control.

Control de Campo Eléctrico Empleando el Método Capacitivo

Las líneas de campo que se originan perpendicularmente a los conductores atraviesan la capa aislante y se refractan en la interface entre dicho aislamiento y el material introducido con la alta constante dieléctrica, retornando hacia el interior del cable hacia el blindaje electrostático. Si el material posee una constante dieléctrica lo suficientemente alta se puede obtener un ángulo de refracción lo suficientemente alto para contener a todas las líneas de campo eléctrico dentro del material de control de efecto de campo. Este fenómeno reduce el gradiente de potencial en varias centenas de voltios por mili pulgadas, lo que lleva lo lleva a magnitudes comparables a la presente en tramos continuos del cable.

En cualquier caso, sin importar el método elegido para controlar el campo eléctrico en empalmes, copas terminales o conectores, los accesorios o elementos de control deben ser capaces de manejar los gradientes de potencial producido al seccionar la capa de blindaje electrostático, este gradiente de potencial límite que deben soportar los materiales que componen el cable y por ende, deberá soportar también el empalme, dependen de diversas características, como tipo o composición de los materiales, donde resulta de particular interés el aislamiento, puesto que es esta zona la que sufre los mayores esfuerzos eléctricos al encontrarse en la capa inmediata a los conductores. A continuación, se presenta una tabla donde se indican niveles de gradiente de potencial referenciales para cables de potencia con aislamiento extruido:

TENSIÓN ESPESOR DEL AISLAMIENTO 2 AWG 1/0 AWG 4/0 AWG 500 MCM 1000 MCM

GRADIENTE DE TENSIÓN MÁXIMA EN EL AISLAMIENTO (kV/mm) SOBRE EL CONDUCTOR BAJO LA PANTALLA ELECTROSTÁTICA 15 kV 25 kV 35 kV 15 kV 25 kV 35 kV 4,45 mm

6,60 mm

8,76 mm

4,45 mm

6,60 mm

8,76 mm

2,717 2,520 2,283 2,087 1,969

3,583 3,268 2,992 2,638 2,441

---3,898 3,425 2,874 2,795

1,142 1,181 1299 1417 1457

1,220 1,299 1417 1535 1654

---1,299 1417 1437 1693

Gradiente de Tensión en Cables con Aislamiento Extruido. Datos Tomados de “POWER CABLE ENGENEERING” (R. Bartnikas, Stanford Educational Press, Primera Edición, 1987)

CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN EMPALMES PARA CABLES DE AISLACIÓN SÓLIDA Para el cálculo del campo eléctrico en un empalme, copa terminal o conector, en cualquier punto de interés seleccionado, se emplea la relación para campo radial dada por: 𝐸=

𝑉 𝑅 𝑟 ∗ 𝐿𝑛( ) 𝑟1

Dónde: 𝐸: Campo Eléctrico en la Terminación del cable (𝑘𝑉/𝑚𝑚). 𝑉: Tensión Fase-Tierra (𝑘𝑉). 𝑟: Distancia de interés (medida desde el centro de los conductores, expresada en mm). 𝑅: Radio del Empalme (medida desde el centro de los conductores). 𝑟1 : Radio del grupo de conductores interno.

El campo eléctrico se calcula típicamente en la proximidad de la frontera dieléctrica formada por el aislamiento del cable y el empleado en el empalme, esto se debe a la mayor solicitación o esfuerzo eléctrico en este lugar. En base todo lo expuesto con anterioridad, es posible obtener una distribución típica del campo eléctrico en un empalme para un cable de potencia; para ello, se modelará la ecuación del campo radial para las siguientes variantes y condiciones de operación del empalme:  



Variante 1: Modelo Típico de empalme, donde se ha tomado como referencia el ángulo formado por el cono de alivio; para este caso, dicho ángulo equivale a 14°. Variante 2: Esta variante consiste en cambiar el ángulo de inclinación del aislante propio del cable, disminuyendo su valor, logrando con ello que la terminación sea más aguda. En este caso, el valor del ángulo es de 7°. Variante 3: Esta variante consiste en cambiar el ángulo de inclinación del aislante propio del cable, de forma tal que este tenga uno mayor y con ello lograr que la terminación sea menos aguda. El valor del ángulo adoptado es 28°.

Estas variantes o condiciones se esquematizan en el siguiente diagrama:

Variantes Adoptadas para el Cálculo del Campo Eléctrico en un empalme para un cable de Potencia. Tomado de “CALCULO DE CAMPO ELÉCTRICO EN EMPALMES PARA CABLES DE AISLACIÓN SÓLIDA”. Comité de Estudio B1 - Cables Aislados CIGRÉ. Documento Técnico XIII/P1-B1-06

En cuanto al empalme, se tienen los siguientes datos, para un cable de aislamiento sólido XLPE: 𝑽 𝒓𝟏 𝑹 𝒓 𝑬

𝟕𝟔, 𝟐 𝒌𝑽 20,75 𝑚𝑚 67 𝑚𝑚 66,5 𝑚𝑚 0,977 𝑘𝑉/𝑚𝑚

En cuyo caso, se obtiene la siguiente distribución del campo eléctrico en distintos sectores del empalme:

Distribución del Campo Eléctrico a lo largo de un empalme para un cable de Potencia de 72 kV. Tomado de “CALCULO DE CAMPO ELÉCTRICO EN EMPALMES PARA CABLES DE AISLACIÓN SÓLIDA”. Comité de Estudio B1 - Cables Aislados CIGRÉ. Documento Técnico XIII/P1-B1-06

TIPOS DE EMPALMES De acuerdo a las situaciones anteriores, será más conveniente uno u otro tipo de empalme, dependiendo además de diversos factores, entre los cuales, podemos mencionar:      

Ambiente al Cuál estará expuesto el empalme. Nivel de tensión manejado por los cables o conductores a empalmar. Material con el que están construidos los cables o conductores a empalmar. Material que conforma el Aislamiento de los cables o conductores a empalmar. Confiabilidad del Servicio Eléctrico que se desea suministrar. Calibre de los conductores a Empalmar.

De acuerdo a estos aspectos, a continuación se señalan los empalmes más empleados, distribuidos por las principales casas de materiales eléctricos:



Empalmes Encintados: Consiste en la aplicación de cintas vulcanizadas aislantes y/o semiconductoras y en algunos casos adhesivas; en el proceso de encintado se reconstruyen cada una de las capas del cable o se modelan deflectores geométricos (conos encintados) para las terminaciones.



Empalmes Contraíbles en Frío: Se pueden presentar dos tipos: o Con Soporte Expandido: Consiste en un accesorio o conjunto de ellos, típicamente de polímeros vulcanizados, tratados para contener efectivamente el campo eléctrico que se encuentran expandidas sobre un soporte extraíble. Al retirar este soporte, se contraen hasta que alcanzan en reposo una dimensión menor al diámetro del cable al que se debe instalar, con lo que se garantiza la hermeticidad del empalme. o De reacción Química: En estos empalmes, una pieza pre-fabricada cubierta de una cinta vulcanizada sufre una reacción química con el oxígeno del aire cuando se desenrolla la cinta de la pieza.



Empalmes Termocontraíbles: En este tipo de empalmes las capas de control de campo eléctrico, aislación y apantallamiento del empalme son fabricados con materiales poliméricos reticulados con características eléctricas precisamente definidas. El proceso de reticulación electrónica cambia la estructura del polímero mejorando sus características eléctricas y mecánicas; en particular, le confiere "Memoria Elástica", la cual permite la termocontracción del material a un diámetro predeterminado mediante la aplicación de calor, logrando en un solo paso y en forma automática los espesores adecuados para las distintas capas.



Empalmes Pre-Moldeados: Son aquellos en que los componentes son moldeados por el fabricante utilizando materiales elastoméricos (polímeros que muestran un comportamiento elástico). Los componentes se ensamblan sobre los cables a empalmar en el sitio de trabajo. Algunos fabricantes elaboran los empalmes en forma integral de tal forma que todos los elementos elastoméricos que lo constituyen se encuentran contenidos en una sola pieza. Puesto que este tipo de empalme consta de elementos moldeados con dimensiones específicas, es necesario que la selección se efectúe teniendo en cuenta las características exactas del cable en que se va a instalar.



Empalmes Enfilables: Consiste en piezas de polímeros vulcanizados que poseen un diámetro inferior al diámetro de cable conde el accesorio se implementará de manera definitiva; la capacidad de elongación de estos accesorios permite que se pueda dilatar al ser introducida en el cable y ajustarse de manera adecuada.

A continuación se presenta un resumen algunas ventajas y desventajas de cada uno de estos empalmes:

Tipo de Empalme

ENCINTADO

CONTRAÍBLE EN FRÍO

TERMOCONTRAÍBLE

PRE-MOLDEADOS

ENFILABLE

Ventajas

o Bajo Costo

Inconvenientes o Requiere Mano de obra altamente calificada. o La confiabilidad Eléctrica depende de la mano de obra. o Mayor tiempo de montaje.

o Facilidad de Montaje. o No requiere de mano de o Costo Relativamente obra altamente calificada. Elevado. o Bajo Tiempo de montaje. o Requiere de mayor o El cable y demás cantidad de pasos para componentes del empalme preparar el cable. no sufren daños por aplicación de calor o Mano de obra calificada. o Requiere de la o Costo Moderado. disponibilidad de o Se cubren todos los calibres herramientas especiales. de cables comerciales con o No puede ensayarse en pocos modelos. fábrica. o Bajo tiempo de montaje. o Riesgo de accidente por la manipulación de fuego. o No requieren herramientas o Gran cantidad de medidas especiales. para abarcar los calibres o Facilidad de montaje. comerciales o Disponibilidad o Elevado Costo. o Son reutilizables. o Gran cantidad de medidas o Facilidad de montaje. para abarcar los calibres comerciales

COPAS TERMINALES Se llama así a la interfaz con la que se conectan cables con conductores, garantizando que se mantengan las características de diseño de ambos, es decir, asegurando la confiabilidad eléctrica de la unión bajo condiciones normal de operación. Para las conexiones de media tensión se disponen de terminales termoretráctiles, en estos, el objetivo es distribuir el campo eléctrico a lo largo de la extensión del terminal para evitar que se concentren en las zonas donde termina el semiconductor exterior del cable, para ello, se aplica un tubo termocontraíble de un material tratado especialmente cubriendo la superficie del aislamiento en el terminal y solapando la zona de corte realizada para preparar la unión. El conjunto se recubre con otro tubo termocontraíble con alta resistencia a la formación de trayectorias carbonizadas a la que se le colocan unos accesorios en forma de campana para extender la línea de fuga y otorgar protección contra condiciones ambientales. Este tipo de terminales puede emplearse para condiciones de uso en interiores o exteriores dependiendo de las necesidades técnicas de la instalación.

1. Terminal o Conector. Típicamente de Aluminio. 2. Cinta de Estanqueidad.

3. Elemento de Control de Campo

4. Protección termocontraíble exterior resistente a corrientes de fuga. 5. Campanas de silicona resistente a corrientes de fuga. 6. Conexión de Puesta a Tierra de la Pantalla.

Partes de una Copa Terminal para Exteriores. Material Tomado de CATÁLOGO 2012 DE PRODUCTOS ELÉCTRICOS CELLPACK

CARACTERISTICAS PRINCIPALES • El uso de tablas de selección simplificadas permiten una rápida selección del modelo de terminal a utilizar, basándose en la sección del cable, nivel de tensión, tipo de aislación. • Una simple modificación en los conjuntos primarios permite una amplia adaptabilidad a sus necesidades. • El rango de aplicación es muy amplio, permitiendo que un mismo modelo abarque varias secciones, reduciendo las necesidades de stock. • Tiempo de almacenaje ilimitado, permite un manejo de stock sin las limitaciones de vencimiento Las campanas son accesorios modulares que se añaden a la copa terminal cuando esta se requiere para operar en exteriores, donde se ve afectada por factores ambientales, como humedad y radiación ultravioleta, para los cuales se diseñan especialmente; desde el punto de vista electrostático, la función principal de estas campanas es proporcionar una distancia adicional de fuga para las líneas de campo eléctrico; de esta manera el número de campanas a emplear depende de las condiciones de aislamiento, lo que equivale a decir, el nivel de tensión y también las condiciones ambientales, como se muestra a continuación: Nº DE GRADO DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL VOLTAJE DE OPERACIÓN CAMPANAS LIGERO MEDIO ALTO MUY ALTO 4 CAMPANAS 15 kV    6 CAMPANAS 15 kV    8 CAMPANAS 15 kV   4 CAMPANAS 25/28 kV  6 CAMPANAS 25/28 kV    8 CAMPANAS 25/28 kV    4 CAMPANAS 34 kV 6 CAMPANAS 34 kV  8 CAMPANAS 34 kV   

DISTANCIAS DE OPERACIÓN RECOMENDADAS El sistema de control de campo proporciona una distribución lineal de campo desde el terminal metálico energizado hasta la puesta a tierra de la pantalla a través de la trenza metálica en la base de la copa. Si el terminal se instala demasiado cerca de otra fase terminal o cualquier otro material metálico a tierra, el esfuerzo eléctrico en el aire subirá a niveles tales que pueda aparecer una descarga parcial. En la siguiente tabla y diagramas se indican las distancias eléctricas mínimas requeridas entre distintas configuraciones de terminales. Estas distancias se basan en los Niveles Básicos de Aislación (BIL).

Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4

Distancia Fase-Tierra Distancia entre la Misma Fase Distancia entre Fases Distintas a la Misma Altura Distancia entre fases Distintas a Alturas Diferentes

DISTANCIAS ELÉCTRICAS (mm) (1) BIL (kV)

a

b

c (2)

d

95

160

90

30

20

110

175

100

35

23

125

225

150

40

25

150

225

150

40

25

200

325

225

50

35

Estos valores están basados en condiciones normales de operación. En ambientes contaminados o sin ventilación estas distancias deben ser aumentadas. (2) En el caso de terminales con campanas, el valor “c” es igual a la distancia entre el extremo de una campana y otra o entre el extremo de una campana y tierra. (1)

Material tomado de TERMINALES TERMOCONTRAÍBLES DE MEDIA TENSION POWERCON

RADIO DE CURVATURA RECOMENDADO Las copas termocontraíbles son tan flexibles como los cables a los que se fijarán. Si se dobla la copa terminal a un radio de curvatura menor que el soportado por el terminal este perdería su confiabilidad eléctrica haciendo la unión vulnerable a descargas parciales. A continuación se presenta una tabla con los valores mínimos de radio de curvatura recomendados para cada calibre del conductor de acuerdo a las características del aislante: CALIBRE

𝑿 < 𝟓𝟎𝟎 𝑴𝑪𝑴

𝑿 ≥ 𝟓𝟎𝟎 𝑴𝑪𝑴

ESPESOR DEL AISLANTE 1/64 Pulgada mm

RADIO DE CURVATURA CON PANTALLA ARMADO

0-8

0-3,2

3DE

9-12

3,6-4,8

4 DE

13-20

5,2-8

5 DE

24 o más

8,4 ó más

6 DE

0-8

0-3,2

4 DE

9-12

3,6-4,8

5 DE

13 ó más

5,2 ó más

6 DE

12 DE

12 DE

DE: Diámetro Exterior del Cable

Datos Tomados del MANUAL DE NORMAS Y CRITERIOS PARA PROYECTOS DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS, TOMO II, PÁGINA 528. Caracas, 1968

CONECTORES ENCHUFABLES Los conectores enchufables representan la interfaz entre un cable y un equipo; esta interfaz debe conferir a la unión las mismas características de confiabilidad eléctrica de diseño del cable y las necesarias para el correcto funcionamiento del equipo. Los conectores se emplean para la conexión de:      

Transformadores. Motores. Generadores. Unidades de Conmutación. Celdas de Hexafluoruro de Azufre (SF6). Otros conectores.

En el siguiente diagrama se representa la constitución de un conector de media tensión típico:

1. Elemento de Control Campo de Silicona. 2. Terminal con Antideslizante.

de

Sistema

3. Contacto Atornillable. 4. Electrodo Interno. 5. Aislamiento Principal. 6. Pantalla. 7. Tapón Aislante Roscado con Divisor Capacitivo. 8. Tapa de Protección.

Constitución de un Conector Enchufable Material Tomado de CATÁLOGO 2012 DE PRODUCTOS ELÉCTRICOS CELLPACK

1. Elemento de Control de Campo: Es el dispositivo encargado de disminuir el gradiente de potencial en la periferia de la terminación del Cable. 2. Terminal con Sistema Antideslizante: Compuesto de Cobre Roscado en contacto mecánico con el conductor, provisto de un sistema de agarre para garantizar la continuidad de la corriente eléctrica que fluye entre el conductor y el equipo. 3. Contacto Atornillable: Método de fijación del conductor al enchufe por el método de tornillería fusible. Este contacto también puede ser por compresión para los conductores de cobre o por punzonado para los conductores de aluminio. 4. Electrodo Interno: proporciona una relajación de la tensión eléctrica como lo haría una pantalla de cable. Su conexión a la pantalla del cable garantiza que el acoplamiento mantiene el potencial a tierra. 5. Aislamiento Principal: Material Aislante dispuesto sobre el conductor y el terminal con sistema antideslizable. 6. Pantalla: Conexión entre el conector y tierra para garantizar el buen funcionamiento del dispositivo en caso de condiciones anormales de operación. 7. Tapón Aislante Roscado con divisor Capacitivo: Tapón semiconductor provisto de un divisor capacitivo permite la verificación de la ausencia de tensión antes de quitar el conector. 8. Tapa de Protección: Tapa de protección contra la humedad y de fijación de acero.

TIPOS DE CONECTORES Los conectores, de acuerdo a su aplicación específica pueden clasificarse en:    

Codos. Insertos. Bujes. Derivadores.

El Standard IEEE 386 define las especificaciones entre las dimensiones para conexiones entre 200 y 600 amperios para codos, insertos, uniones, bujes de equipos y cualquier componente de acoplamiento; estos, deben ajustarse a estas especificaciones para asegurar la intercambiabilidad de estos dispositivos. Estas dimensionamiento se muestran a continuación:

Especificaciones Técnicas para Conectores enchufables según Standard IEEE 386

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS PÁGINAS WEB CONSULTADAS: http://likinormas.micodensa.com/Norma/cables_subterraneos/terminales_cables_media_tension /cs335_empalmes_cables_media_tension_15_kv http://www.meor.com.ar/pdfs/6.pdf http://www.mayecen.com/new/cat1/3m3.pdf http://www.woer.com.mx/alta_tension.php http://www.abb.es/product/es/9AAC30301169.aspx http://www.elconmegarad.com http://www.hidrotecnia.com.ve/linea1/bsm/accesorio5.htm http://www.abb.com/product/db0003db002618/c1257399005c5f4fc125715b00214471.aspx http://www.inessman.com/productos_tyco.php

DOCUMENTOS CONSULTADOS:

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Cable ACCESORIES ELASTIMOLD for 5 kV -35 kV Distributions Systems. Catálogo de productos ELECON de la distribuidora GEDISA. Catálogo productos Eléctricos 3M. Instructivo de Instalación EMPALME CONTRÁCTIL EN FRÍO 3M QS-III. Catálogo 889639 Productos Termo retráctiles Tyco Electronics. Curso de Actualización en Cables de Energía. Accesorios para Cables Eléctricos PRYSMIAN. Marzo 2008. SISTEMA DE CONEXION DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA. CONDUMEX. CÁLCULO DE CAMPO ELÉCTRICO EN EMPALMES PARA CABLES DE AISLACIÓN SÓLIDA. DÉCIMO TERCER ENCUENTRO REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGRÉ. Documento técnico XIII/PI-B1 -06. IEEE Std 48-1996(R2003). IEEE Standard Test Procedures and Requirements for Alternating-Current Cable Terminations 2.5 kV Through 765 kV. IEEE Std 386-1995. IEEE Standard for Separable Insulated Connector Systems for Power Distribution Systems Above 600 V.

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MEDIA TENSIÓN. Catálogo 2010 CELLPACK ELECTRICAL PRODUCTS. Norma Venezolana COVENIN 553:2000. Conductores, Alambres y Cables para uso eléctrico. Vocabulario. Terminales Termocontraíbles POWERCON. Análisis de los esfuerzos eléctricos y térmicos en empalmes de cables de media tensión alimentados con tensiones no sinuidales. Instituto Politécnico Nacional de México. Ing. Carlos Guerra Martinez. Tesis para optar al grado de Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica.