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Nov 24, 2023

Evolución de los accesorios para cables de media tensión

Por Patrick O'Halloran, ingeniero jefe de monitoreo de condiciones en City Power,

Por Patrick O'Halloran, ingeniero jefe de monitoreo de condiciones en City Power, Johannesburgo, Sudáfrica

Los accesorios de cables de media tensión (MT) han cambiado desde que nuestros abuelos terminaron y empalmaron los cables hace muchos años, y han evolucionado para mantenerse al día con los cambios tecnológicos en los diseños de cables y aparamenta. En Sudáfrica, los principales factores impulsores que cambiaron los accesorios de cables de MT son NRS 053/SABS 1332 y NRS 012 / SANS 876 y la introducción de aparamenta de MT compacta. Este artículo proporciona una descripción general de cómo evolucionaron las terminaciones de cable de MT e identifica los desafíos que enfrenta la industria sudafricana (resistencia al cambio, falta de habilidades y falta de comprensión de las nuevas tecnologías).

En un principio, los equipos eléctricos (aparamenta y transformadores) se diseñaron para tener cajas de cables de metal con relleno compuesto. Esta forma de terminar los cables era técnicamente buena, excepto que era muy difícil y peligrosa para el personal de campo. Los cables MV con aislamiento de papel (PILC) en ese momento tenían una construcción con correas y conexiones a tierra limpias. La caja de cables llena de compuesto se diseñó para que no tuviera aire en el interior, por lo que la fuga no fue una consideración importante al diseñar el casquillo del cable. Esto explica por qué los aisladores de las cajas de cables rellenas de compuesto son pequeños en comparación con los aisladores de las cajas de cables rellenas de aire que se encuentran en los equipos de conmutación con revestimiento metálico y en los transformadores para exteriores.

Las cajas de compuestos se llenaron con muchos compuestos diferentes, pero principalmente se utilizó un compuesto de vertido en caliente. Este compuesto era difícil de manejar y emitía gases nocivos cuando se calentaba antes de verterlo. Las cajas llenas de compuesto estaban hechas de carcasa de metal, con bujes de porcelana donde los cables salían de la caja compuesta.

Algunas desventajas de las cajas de cables llenas de compuesto son: se requiere un relleno de compuesto para garantizar un aislamiento adecuado (sin huecos de aire), los largos tiempos de instalación y las fallas de las cajas de cables causan daños importantes cuando se rompen (el compuesto de combustión caliente podría ser expulsado). Sin embargo, ahora hay disponibles compuestos de vertido en frío de nueva tecnología, que son ecológicos, seguros de instalar y reaccesibles.

Con la introducción de las cintas, las terminaciones termorretráctiles y, posteriormente, las terminaciones termorretráctiles, las cajas llenas de compuestos se han reemplazado con el tiempo por terminaciones con aislamiento de aire. Este tipo de terminación de cable de MT es utilizado por el 95% del mercado sudafricano.

Se introdujeron cables aislados con papel apantallado para controlar las tensiones eléctricas dentro de los diseños de cables, especialmente donde se requerían clasificaciones de cables de mayor voltaje. Actualmente, los cables con aislamiento de papel de diseño con cinturón están limitados a 12 kV. Los cables con aislamiento de papel apantallado normalmente tienen una capacidad nominal de hasta 36 kV inclusive según SANS 97. El diseño del cable apantallado proporciona un mejor rendimiento de la terminación del cable de MT, especialmente donde en los cables con cinturón la muleta es un área de alta tensión.

Es más probable que el cable aislado con papel de diseño de cinturón tenga fallas en la muleta que el cable aislado con papel de diseño de pantalla más nuevo donde se protege el área completa de la muleta. Esto se debe a la resistividad de los materiales y la introducción de aire entre los conductores aislados sin apantallar. Consulte la Imagen 3 para obtener más detalles sobre las diferencias entre la correa y el cable con aislamiento de papel de media tensión apantallado.

Se diseñaron tubos de control de tensión especiales para controlar la alta tensión eléctrica en el corte de la pantalla en las terminaciones de cables de MT con aislamiento de aire.

Con la introducción de aire en las cajas de cables, ahora tenemos que considerar las distancias de fuga, el seguimiento y la erosión, y las distancias (fase a fase y fase a tierra). Estas consideraciones técnicas deben ser correctas si una terminación llena de aire va a durar más de 30 años. Si se proporcionan propiedades de fuga, seguimiento y erosión y espacios libres de aire inadecuados, la terminación del cable de MT fallará prematuramente. Las fallas en las terminaciones de los cables de MT son peligrosas y causan largas interrupciones de energía. La imagen 5 muestra una terminación termocontraíble con aislamiento de aire típica de 11 kV con cubiertas de masilla y cinta.

Las tendencias del mercado internacional (que son principalmente sistemas de 24 kV) requerían aparamenta cada vez más pequeña. Esto, a su vez, equivale a espacios reducidos de barras colectoras y cajas de cables. El aire fue el primer medio aislante para las barras colectoras. Esto se reemplazó con aceite y con la introducción del aislamiento de SF6, las holguras de las barras colectoras se pudieron reducir enormemente. Esto obligó a reducir el tamaño de las cajas de cable. Junto con las cajas de cables reducidas vino la reducción de las distancias entre fases y fase a tierra. La reducción de holguras requirió nuevas terminaciones de cables de MT.

Cuando los fabricantes de aparamenta diseñaron cajas de cables llenas de aire más pequeñas con espacios libres reducidos junto con el cable de media tensión, los fabricantes de accesorios tuvieron que rediseñar los casquillos y las terminaciones de los cables de media tensión para que la caja de cables y la terminación del cable fueran compatibles con estos requisitos de espacio reducido.

En Sudáfrica, la industria se ha estandarizado en un buje tipo C 630A con rosca M16. Este aislador tipo C se encuentra en todos los nuevos tableros aislados con SF6 que actualmente solo utilizan los municipios de City Power, Eskom y Ethekwini.

El buje tipo C permitió a los usuarios finales alejarse de los protectores de masilla y cinta tradicionales para adoptar protectores completamente aislados fabricados en fábrica. Estos protectores se instalan de la misma manera cada vez y garantizan que los cables también terminen correctamente en los casquillos tipo C (consulte la imagen 6). Este es un producto que está diseñado para usarse en sistemas de cable con aislamiento de papel de Sudáfrica.

Los cables con aislamiento de papel, que son susceptibles a la entrada de humedad que provoca la ruptura del aislamiento, también se vieron obligados a buscar diseños de cables alternativos. Con la introducción de los cables XLPE apantallados, las terminaciones de MT termorretráctiles evolucionaron una vez más.

A nivel internacional, se decidió estandarizar la interfaz del cable y también introducir terminaciones de cable apantalladas. Las terminaciones de cable de media tensión apantalladas solo se podían usar en cables XLPE de media tensión y, una vez instaladas, eliminaron los problemas de fuga, seguimiento, erosión y espacios libres experimentados por la mayoría de las terminaciones de cable de media tensión con aislamiento de aire. La terminología 'Apantallado' significa conectado a tierra. Una vez que la terminación de un cable está completamente protegida, se puede sumergir completamente en agua sin descargas disruptivas. Eskom utiliza conectores apantallados en sistemas de 24 kV cuando se conecta dentro de la nueva aparamenta compacta. Además, los servicios públicos internos más grandes se han alejado de los cables de 3 núcleos y ahora utilizan cables aislados XLPE de un solo núcleo. Este no es un cambio fácil de realizar, ya que se deben revisar todos los aspectos eléctricos de la red y se debe capacitar al personal sobre cómo instalar y terminar cables con aislamiento XLPE de un solo núcleo. El mercado sudafricano utiliza principalmente diseños de cable de 3 núcleos (consulte la Imagen 7) por muchas razones.

La imagen 8 muestra una vista en sección transversal de un conector de pantalla no extensible y uno extensible de conexión de doble cable espalda con espalda. La imagen también muestra el diseño internacional de conexión a tierra, que utiliza cables de cobre en lugar de cinta de cobre, como se usa actualmente en Sudáfrica. El diseño del conector apantallado controla la tensión eléctrica del cable XLPE a través del aislador Tipo C y dentro del tablero de distribución. Debido a que la superficie del cable y el conector apantallado están apantallados, no hay corriente de fuga a lo largo de la superficie de los conectores apantallados. Con estos conectores apantallados instalados en la caja de cables, la caja de cables y todos los espacios libres eléctricos se pueden reducir drásticamente. La esperanza de vida de las terminaciones de cables de MT apantallados es el doble de la esperanza de vida esperada de las terminaciones de cables sin apantallar, especialmente con espacios reducidos dentro de las nuevas cajas de cables reducidas. No es posible utilizar un conector apantallado en cables con aislamiento de papel.

Para evitar que se produzcan fallos en el compartimento de cables de MT, se han publicado las siguientes normas nacionales:

Estos estándares aún no son obligatorios, lo que permite que el usuario final los especifique al comprar cualquier aparamenta de MT y accesorios para cables de MT. NRS 012 / SANS 876 cubre los requisitos para terminaciones de cables y conductores vivos dentro de recintos llenos de aire (coordinación de aislamiento) para clasificación Voltajes AC desde 7,2kV y hasta 36kV inclusive. Todas las dimensiones críticas se dan en el estándar para los siguientes tipos de terminación:

Tipo 1 – Desnudo Tipo 2 – Envuelto Tipo 3 – Conectores separables no apantallados Tipo 4 – Conectores separables apantallados de cono exterior Tipo 5 – Conectores separables apantallados de cono interior

Terminación de aislamiento envuelto: terminación con aislamiento de aire que tiene una mejora de aislamiento local adicional, sin apantallar, que generalmente consiste en protección de casquillo o cinta junto con una cubierta termorretráctil, contráctil en frío o deslizable adecuada en las conexiones de terminal. Terminación de conector separable sin apantallar (USC) : terminación con aislamiento de aire equipada con conectores separables no apantallados Terminación de conector separable apantallado (SSC): envolvente llena de aire dentro de la cual los núcleos de los cables terminan con conectores apantallados separables

– Núcleos de cable terminados con control de tensión apropiado para el diseño y el voltaje del cable – El aire es el único medio de aislamiento para las conexiones de los terminales – La distancia mínima desde cualquier metal desnudo vivo (p. ej., casquillo, aislador de poste, conductor vivo, orejeta, accesorio, etc.) a una fase adyacente o a tierra determinada por el requisito de tensión soportada de impulso

– Núcleos de cable terminados con control de tensión apropiado para el diseño y el voltaje del cable – Mejora de aislamiento local sin apantallar en las conexiones de terminales – La distancia mínima desde cualquier metal vivo sin apantallar y revestido (p. ej., cubiertas y núcleos de cable) a una fase adyacente o a tierra determinada por frecuencia de potencia (p. ej., inicio y extinción de la corona) y consideraciones de tensión soportada de impulso

– Núcleos de cable terminados con control de tensión apropiado para el diseño y el voltaje del cable – USC en las conexiones de los terminales – La distancia mínima desde cualquier metal vivo sin apantallar (p. ej., USC y núcleos de cable) a una fase adyacente o a tierra determinada por la frecuencia de alimentación (p. ej., corona inicio y extinción) y consideraciones de tensión soportada de impulso – Corriente de fuga limitada por la calidad de la interfaz entre el USC y el aislador – ajuste de interferencia

–Espacios libres determinados por el espacio libre mecánico requerido para encajar los SSC dentro de la caja de cables – Seguro al tacto debido a que la superficie está conectada a tierra – Corriente de fuga limitada por la calidad de la interfaz entre el SSC y el aislador – ajuste de interferencia – Tenga en cuenta que tradicionalmente los cables PILC no podían usar SSC , núcleos en forma de sector o pantalla de núcleo suelto

También es importante asegurarse de que se suministren cajas de cables del tamaño correcto, ya que casi todos los cables de MT instalados son de 3 núcleos, por lo que se requiere espacio.

A medida que las tecnologías han mejorado con cables apantallados, el uso de transformadores de corriente de baja tensión se ha utilizado en cajas de cables de MT para aplicaciones de medición y protección. Es esencial que estos transformadores de corriente de baja tensión se instalen en un área protegida, de lo contrario, se puede producir una descarga si los espacios libres de aire no son adecuados.

Las dimensiones desde la parte superior del transformador de corriente de baja tensión hasta el corte de la pantalla están cubiertas por las dimensiones de las terminaciones Tipo 2 (recubiertas) y Tipo 3 (conectores separables no apantallados).

Todos los accesorios de cables de MT deben cumplir con los requisitos de la norma NRS 053, que cubre las gamas de accesorios; requisitos de terminación; longitudes de la cola; interior exterior y tri-furcando; cubierto, USC y SSC; requisitos de puesta a tierra; requisitos conjuntos; manguitos de reparación y tapas de extremo; requisitos de prueba de tipo; rango de aprobaciones; embalaje y documentación.

Desafíos futuros para el mercado sudafricano En el pasado, todos los accesorios de cables de MT y el tendido de cables los realizaban internamente las empresas de servicios públicos de electricidad. Con la privatización y la pérdida de mano de obra calificada, casi todos los accesorios de cables de MT los fabrican ahora subcontratistas.

Cuando se realiza el cableado de una casa o fábrica de bajo voltaje, el departamento de trabajo requiere que el electricista tenga una licencia de electricista válida (SANS 10142-1). Esto no es lo mismo para las terminaciones de cables de MT donde el voltaje del cable es de hasta 36 kV. No existe un estándar nacional para la terminación de cables de MT; y, por lo tanto, no se ofrece capacitación formal a nivel nacional para la habilidad esencial requerida por los ensambladores que trabajan en estos sistemas de cable de MT. Con la pérdida de habilidades en Sudáfrica, es esencial contar con una licencia de cableado de MT para accesorios de cables de MT y tendido de cables para garantizar la calidad del suministro.

El grupo de trabajo de cables TC66 de STANSA está revisando actualmente SANS 10198 Partes 1-14. Esta norma nacional se convertirá en el contenido del curso para la licencia de alámbrico de MT y facilitará la disponibilidad de las habilidades adecuadas cuando sea un requisito obligatorio para los ensambladores tener una licencia de alámbrico de MT para realizar accesorios y tendido de cables de MT. La capacitación semestral de los empalmadores de accesorios de cables de MT es imprescindible para garantizar que los accesorios de cables de MT se realicen correctamente la primera vez.

La calidad del material en los accesorios de cable de MT también es una parte esencial para garantizar que el accesorio de cable de MT dure los 30 años esperados, ya que pueden pasar muchas cosas con los equipos eléctricos en ese tiempo. NRS 053 cubre los requisitos técnicos para accesorios de cables de MT en Sudáfrica, especificando las pruebas de tipo que debe soportar un accesorio de cable de MT.

También es importante revisar el historial anterior de accesorios de cable de MT antes de comprar un accesorio de cable de MT. Toda la aparamenta de MT debe cumplir con los requisitos de la NR 012 / SANS 876, para garantizar que se proporcionen espacios libres de aire y parámetros eléctricos adecuados, para que los ensambladores puedan instalar las terminaciones de calidad correctamente.

Los accesorios para cables de MT definitivamente han evolucionado a lo largo de los años. Cuando se especifica un accesorio de cable, es importante que sea el accesorio de cable de MT adecuado para la aparamenta y el cable que se está instalando. También es importante solicitar informes de pruebas de tipo de conformidad con NRS 053/SABS 1332. Si no hay pruebas de tipo de conformidad disponibles, ¿cómo sabría que el producto está probado para todas las condiciones a las que puede estar expuesto durante su vida útil esperada de 30 años? ¿ciclo?

La capacitación del personal debe ser el enfoque para todos los usuarios finales y contratistas que realizan diariamente accesorios de cable de MT. Los proveedores acreditados de accesorios para cables de MT ofrecen cursos de capacitación y se recomiendan incluso para ensambladores experimentados que creen que ya son competentes.

Toda la aparamenta de MT debe cumplir con los requisitos de NRS 012 / SANS 876.

Por último, existe una presión considerable para cambiar a lo que está usando el resto del mundo. Sin embargo, necesitamos revisar las razones por las que el resto del mundo está impulsando sus nuevas tecnologías. ¿Se debe a los diseños de cables, niveles de voltaje o diseños de interruptores?

Las nuevas tecnologías están diseñadas para resolver los problemas actuales, reducir los riesgos de seguridad, cumplir con los requisitos ambientales y hacernos la vida más fácil.

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