Reparación de las cubiertas metálicas de los cables de alta tensión

I. Funciones de las Cubiertas Metálicas y Necessidad de Reparación

La cubierta metálica de los cables de alta tensión es una estructura de blindaje metálico colocada fuera de la capa de aislamiento, incluyendo tipos como cubiertas de plomo, aluminio y armadura de alambre de acero. Sus funciones principales incluyen protección mecánica (resistencia al impacto y compresión externos), protección contra la corrosión electroquímica (aislamiento de la humedad y contaminantes del suelo), blindaje electromagnético (reducción de la interferencia electromagnética en el entorno) y proporcionar un camino de tierra (garantizando la descarga segura de corrientes de falla). Una vez dañada, la cubierta metálica puede llevar a la entrada de humedad en la capa de aislamiento, distorsión local del campo eléctrico o incluso accidentes graves como roturas y cortocircuitos del cable. Por lo tanto, la reparación precisa dirigida a diferentes tipos de daños es crucial para garantizar la operación segura a largo plazo del sistema de cables.

II. Diagnóstico de Fallas y Evaluación Antes de la Reparación

(A) Identificación de Tipos de Daño

• Daño Mecánico: Caracterizado por abolladuras, grietas o perforaciones en la cubierta, comúnmente causado por rodillos mecánicos o perforaciones de objetos afilados durante la instalación, o ruptura por tracción debido al asentamiento a largo plazo de la fundación.

• Corrosión Electroquímica: Las corrientes vagabundas en el suelo o ambientes ácidos/alcalinos pueden causar corrosión electroquímica de la cubierta, evidenciada por abultamientos localizados, óxido, perforaciones y productos de corrosión blancos/verdes (cubierta de aluminio) o sulfuros negros (cubierta de plomo).

• Daño por Envejecimiento Térmico: La operación con sobrecarga a largo plazo causa embritilamiento del material de la cubierta, resultando en grietas y desprendimientos, comúnmente encontrado en uniones o áreas con mala disipación de calor.

(B) Aplicación de Tecnologías de Detección

• Inspección Visual: Utilizar endoscopios o cámaras térmicas infrarrojas para observar la superficie de la cubierta, centrándose en identificar puntos de daño obvios y zonas calientes.

• Prueba de Resistencia a la Tensión de la Cubierta: Aplicar tensión de resistencia DC (10 kV durante 1 minuto) para probar la integridad del aislamiento de la cubierta. Un aumento anormal en la corriente de fuga (>10 μA) indica daño.

• Detección de Descargas Parciales: Utilizar sensores de corriente de alta frecuencia (HFCT) para capturar señales de descarga parcial en puntos de daño, con precisión de ubicación dentro de ±0.5 m.

• Evaluación de la Corrosividad del Suelo: Recoger muestras de suelo del entorno de colocación del cable para probar pH, concentración de iones cloruro y densidad de corriente vagabunda, proporcionando una base para seleccionar materiales de reparación.

III. Selección de Materiales y Herramientas de Reparación

(A) Materiales de Reparación Principales

• Materiales de Reemplazo de Cubierta Metálica:

• Manga de Compresión de Aleación de Aluminio: Adecuada para la reparación de cubiertas de aluminio, con buena ductilidad y resistencia a la corrosión. Debe coincidir con el diámetro exterior del cable (tolerancia ≤ ±0.5 mm).

• Cinta de Aleación Plomo-Estano: Utilizada para la reparación de cubiertas de plomo, punto de fusión bajo (~183°C), fácil para la soldadura térmica, cumpliendo con los requisitos de pureza GB/T 12706.2 (contenido de plomo ≥ 99.9%).

• Tubo Ondulado de Acero Inoxidable: Para daños en la armadura de acero, hecho de acero inoxidable 304, espesor de pared ≥ 0.8 mm, con resistencia a impactos y estrés del suelo.

• Materiales de Aislamiento y Sellado:

• Tubo Termorretráctil de Polietileno Reticulado (XLPE): Se contrae a 120–140°C, razón de contracción ≥ 2:1, resistencia a la ruptura ≥ 25 kV/mm, requiere adhesivo termofusible para sellar.

• Tubo Termoretráctil de Caucho de Silicona: Rellena mediante recuperación elástica, no requiere calefacción, adecuado para espacios confinados, dureza Shore 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0.003 (20°C, 50 Hz).

• Cinta de Sellado de Caucho Butilo: Utilizada como capa de sellado auxiliar, resistencia a la tracción ≥ 3 MPa, elongación a la rotura ≥ 400%, resistencia al envejecimiento retiene ≥ 80% de rendimiento después de 100°C × 168 h de envejecimiento térmico.

• Materiales de Protección contra la Corrosión:

• Ánodo Sacrificial de Aleación de Zinc-Aluminio: Para ambientes de suelo altamente corrosivos, pureza del ánodo ≥ 99.5%, densidad de corriente ≥ 15 mA/m², vida útil diseñada ≥ 20 años.

• Cinta de Cloruro de Polivinilo (PVC) Resistente a la Corrosión: Espesor ≥ 0.4 mm, resistencia a la tracción ≥ 18 MPa, resistencia a la fisuración por estrés ambiental (ESCR) ≥ 1000 h.

(B) Herramientas Especializadas

• Herramientas de Preparación: Amoladora angular (con rueda de amolar de alúmina de 80 granos), cepillo de alambre, limpiador de etanol anhidro, raspador de acero inoxidable (para eliminar productos de corrosión).

• Herramientas de Formación: Herramienta de prensado hidráulico (rango de prensado 60–200 mm²), pistola de aire caliente (rango de temperatura 50–600°C), soplete dedicado para sellado de plomo (temperatura de llama ≤ 300°C).

• Herramientas de Prueba: Megohmmetro (2500 V, rango 0–10000 MΩ), puente de dos brazos (medición de resistencia de contacto, precisión ±0.1 μΩ), medidor de espesor ultrasónico (resolución 0.01 mm).

IV. Procedimientos de Reparación Detallados por Tipo de Daño

(A) Reparación de Daño Mecánico (Ejemplo de Cubierta de Aluminio)

• Preparación del Área de Daño

• Utilizar una amoladora angular para cortar la cubierta dañada axialmente, con longitud de corte 5 veces el diámetro del daño (mínimo ≥ 100 mm), exponiendo el escudo de aislamiento limpio.

• Eliminar rebabas de los bordes de la cubierta con un raspador de acero inoxidable, lijar hasta obtener brillo metálico, limpiar aceite con etanol y secar durante ≥ 15 min.

• Restauración de la Cubierta Metálica

• Seleccionar una manga de compresión de aleación de aluminio con diámetro interno 1 mm mayor que el diámetro exterior del cable, recubrir uniformemente la pared interna con grasa conductiva (relleno de níquel, resistividad volumétrica ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Deslizar la manga sobre el área dañada, utilizar el método de Prensado Entrelazado, prensar desde el centro hacia los extremos. Después del prensado, desviación opuesta hexagonal ≤ ±0.1 mm, resistencia de contacto ≤ 20 μΩ.

• Sellado y Tratamiento Anticorrosivo

• Enrollar cinta de sellado de caucho butilo con superposición del 50%, formando una capa de sellado ≥ 3 mm de espesor, extendiéndose ≥ 50 mm más allá de la cubierta sin dañar en ambos extremos.

• Instalar tubo termorretráctil, calentar gradualmente desde el centro hacia los extremos (120°C → 140°C) para evitar burbujas. Después de enfriar, verificar la contracción uniforme (espesor de pared post-contracción ≥ 2 mm).

• Enrollar cinta de PVC resistente a la corrosión externamente en una espiral semisuperpuesta, asegurar los extremos con correas de acero inoxidable (par de apriete 15–20 N·m).

(B) Reparación de Corrosión Electroquímica (Armadura de Acero + Cubierta de Plomo Compuesta)

• Eliminación de Productos de Corrosión

• Utilizar chorro de arena (arena de cuarzo 80–120 malla, presión 0.4–0.6 MPa) para eliminar el óxido de la armadura de acero, exponiendo la base metálica gris-blanca, rugosidad superficial Sa2.5 grado.

• Recortar el área de corrosión de la cubierta de plomo con un plano de plomo, formando una transición suave con pendiente ≥ 1:5 para evitar concentración de esfuerzos.

• Protección con Ánodo Sacrificial

• Instalar simétricamente 2 ánodos de aleación de zinc-aluminio (100 mm × 50 mm × 10 mm) en ambos lados de la sección de reparación, conectados a la armadura de acero mediante trenza de cobre (sección transversal ≥ 16 mm²), soldados (longitud de solape ≥ 30 mm, corriente de soldadura 120–150 A).

• Rellenar el espacio entre el ánodo y la cubierta del cable con vaselina, encapsular externamente con carcasa de polietileno de alta densidad (HDPE) para garantizar el contacto completo con el suelo.

• Estructura de Doble Sellado

• Capa interna: tubo termoretráctil de caucho de silicona, pared interna recubierta con gel conductor de agua (resistividad volumétrica 10–100 Ω·cm). Mantener a temperatura ambiente durante 24 h después de la recuperación para curar.

• Capa externa: verter resina epoxi (tipo E-51, agente de curado T-31, proporción 100:25), moldear sellado a 0.2 MPa de presión, curar ≥ 48 h a 25°C. Dureza Shore post-cura ≥ 85 Shore D.

(C) Reparación de Grietas por Envejecimiento Térmico (Cable Aislado con XLPE)

• Refuerzo del Área de Grieta

• Cortar un surco en V a lo largo de la dirección de la grieta (profundidad 1/3 del espesor de la cubierta, ángulo 60°), rellenar con caucho de silicona resistente al calor (clasificación de temperatura ≥ 180°C, resistencia a la rasgadura ≥ 15 kN/m), nivelar con un raspador, curar a temperatura ambiente durante 2 h.

• Enrollar tela de fibra de vidrio (0.2 mm de espesor, 16×16 hilos/cm), impregnar con resina epoxi (contenido sólido ≥ 70%) para formar una capa de refuerzo. Resistencia a la tracción ≥ 200 MPa después de curar.

• Optimización de la Disipación de Calor

• Instalar disipadores de calor de aluminio (1.5 mm de espesor, separación de aletas 5 mm) externamente en la sección de reparación, unidos a la cubierta con grasa térmica (conductividad térmica ≥ 1.5 W/(m·K)) para reducir el aumento de temperatura local (≤ 5°C).

• Monitorear la temperatura de operación con un termógrafo infrarrojo, asegurando que la diferencia de temperatura con la sección sin dañar sea ≤ 2°C.

V. Control de Calidad y Estándares de Aceptación

(A) Pruebas de Parámetros Clave

• Rendimiento Eléctrico: Resistencia aislante de la cubierta ≥ 1000 MΩ (megohmmetro de 2500 V), descarga parcial ≤ 5 pC (a 1.73U₀ de voltaje).

• Rendimiento Mecánico: Resistencia al impacto de la sección de reparación ≥ 10 J (a -30°C), radio de flexión ≥ 20 veces el diámetro exterior del cable (sin deformación obvia).

• Rendimiento de Sellado: Después de la prueba de inmersión (temperatura ambiente, 24 h), cambio en la corriente de fuga de la cubierta ≤ 10%, sin burbujas ni ingreso de agua.

(B) Verificación de Fiabilidad a Largo Plazo

• Prueba de Envejecimiento Acelerado: Colocar la muestra de reparación en cámara de envejecimiento térmico (135°C × 1000 h), después de la remoción, la retención de resistencia aislante ≥ 80%, degradación de la resistencia a la tracción ≤ 20%.

• Prueba de Entierro en Suelo: Simular el entorno de colocación real, profundidad de entierro 1 m, duración 1 año, comprobar que no haya perforación por corrosión o fallo de sellado.

VI. Regulaciones de Operación Segura

• Requisitos de Trabajo con Desconexión de Energía: Seguir el procedimiento "desconexión de energía - prueba de tensión - instalación de cable de tierra" antes de la reparación. Colgar carteles de advertencia "No Cerrar" en los terminales del cable, establecer barreras de seguridad (distancia ≥ 8 m) dentro del radio de trabajo.

• Gestión de Trabajos Calientes: Cuando se utilizan sopletes o soldadura, equipar extintores de polvo seco (tipo ABC, capacidad ≥ 4 kg), retirar materiales inflamables dentro de 3 m, asignar un supervisor dedicado.

• Equipo de Protección Personal (EPP): Usar guantes aislantes (clase 35 kV), gafas de seguridad, ropa de trabajo ignífuga. Usar arnés de seguridad (prueba de carga estática 2205 N, mantener 3 min sin romperse) para trabajos en altura (≥ 2 m).