Terminación de cables MV y HV a equipos y empalmes
Problemas Generales y Consideraciones en la Terminación Eléctrica
Cuando se trata de terminar conexiones eléctricas en equipos de media tensión (MT, donde el rango de voltaje es 1 kV < V < 60 kV) y alta tensión (AT, con V ≥ 60 kV), como armarios de distribución interiores, motores eléctricos, transformadores de potencia, transformadores de instrumentos y otros equipos, surgen varios desafíos. Estos problemas a menudo se derivan de la complejidad de los diseños de terminación, especialmente aquellos relacionados con los armarios de distribución. Para abordar estas preocupaciones de manera efectiva, la estrecha coordinación con el fabricante del equipo no solo es aconsejable sino esencial.
Factores a Considerar en la Terminación de Máquinas Eléctricas y Transiciones de Cables Subterráneos a Aéreos
Factores en la Terminación de Máquinas Eléctricas
Al realizar la terminación de máquinas eléctricas, debe considerarse cuidadosamente un conjunto completo de factores para garantizar una operación segura, confiable y eficiente:
Barras de Conexión y Estructuras de Soporte: El diseño, material y resistencia de las barras de conexión y sus estructuras de soporte son cruciales. Deben soportar corrientes eléctricas, tensiones mecánicas y posibles fuerzas de cortocircuito, manteniendo alineación y estabilidad adecuadas.
Estructura de Aislamiento del Interruptor: La integridad del aislamiento dentro de los interruptores es vital para prevenir descargas eléctricas. Debe ser capaz de soportar el voltaje nominal, sobretensiones transitorias y condiciones ambientales sin fallar.
Análisis de Descargas Parciales (DP): Realizar análisis de descargas parciales ayuda a detectar signos tempranos de degradación del aislamiento. Las descargas parciales pueden indicar debilidades potenciales en el sistema de aislamiento, que, si no se abordan, podrían llevar a fallos catastróficos.
Material de Aislamiento: La elección del material de aislamiento, ya sea aceite, hexafluoruro de azufre (SF6) o vacío, tiene un impacto significativo en el rendimiento. Cada material tiene sus propias ventajas y limitaciones en términos de resistencia al aislamiento, capacidades de extinción de arco, impacto ambiental y requisitos de mantenimiento.
Condición del Sistema de Apriete: El sistema de apriete, que asegura los componentes en su lugar, debe estar en buen estado. Un sistema de apriete defectuoso puede llevar a conexiones flojas, mayor resistencia eléctrica y posibles sobrecalentamientos.
Tipo de Gas de Refrigeración: Para máquinas que dependen de sistemas de refrigeración basados en gas, el tipo de gas de refrigeración utilizado afecta la disipación de calor y el rendimiento general. Diferentes gases tienen conductividades térmicas y capacidades de transporte de calor variables.
Proximidad de Componentes a Tierra a Conductores de Alta Tensión: La ubicación de los componentes a tierra en relación con los conductores de alta tensión es crítica. La proximidad cercana puede aumentar el riesgo de fugas eléctricas, arcos o interferencias, lo que requiere un aislamiento y espaciado adecuados.
Terminaciones para la Transición de Cables Subterráneos a Líneas Aéreas
Las terminaciones para la transición de cables subterráneos a líneas aéreas, comúnmente conocidas como terminaciones OH/OG, desempeñan un papel clave en las redes de distribución eléctrica. Estas terminaciones están diseñadas típicamente para sistemas con voltajes nominales de hasta 36 kV. Sus funciones principales incluyen conectar el sistema de distribución a armarios de distribución preensamblados, interiores o exteriores, y facilitar la ruta del suministro de energía eléctrica, evitando la necesidad de que las líneas aéreas atraviesen zonas urbanas.
Las terminaciones OH/OG son compatibles tanto con cables aislados con aceite-papel como con polietileno reticulado (XLPE), que pueden ser de un solo núcleo o de tres núcleos. Se instalan al aire libre y se montan en estructuras metálicas firmemente ancladas a postes de líneas aéreas hechos de madera, concreto o metal, como se ilustra en la Figura 1.
Un requisito de seguridad esencial para las terminaciones OH/OG es que sus estructuras metálicas deben estar correctamente a tierra. Este aterramiento sirve para proteger contra descargas eléctricas, disipar corrientes de falla y garantizar la seguridad eléctrica general del sistema.
Requisitos para Estructuras Metálicas OH/OG y Instalaciones de Cables, y Terminaciones de Codo
Requisitos de Estructuras Metálicas OH/OG e Instalaciones de Cables
La altura de la estructura metálica OH/OG (Aérea/Subterránea) no es arbitraria; debe cumplir estrictamente con la distancia mínima de aislamiento de seguridad al suelo según lo definido por las normas industriales relevantes. Este cumplimiento es crucial para garantizar la seguridad de las personas, el equipo y el sistema eléctrico en general, previniendo peligros eléctricos como contactos accidentales o arcos hacia el suelo.
Al instalar cables para terminaciones OH/OG, estos deben colocarse en el lado del poste que da hacia el tráfico entrante. Esta ubicación minimiza el riesgo de daños por vehículos, mejorando así la confiabilidad y longevidad de la infraestructura eléctrica. Además, durante el proceso de instalación y después de que los cables estén en su posición final, es imperativo que no se doblen más allá del radio de curvatura interno mínimo especificado por el fabricante. No cumplir con este requisito puede causar daños internos en el aislamiento y conductores del cable, potencialmente llevando a fallos eléctricos. En algunos casos, para garantizar que se mantenga el radio de curvatura mínimo, pueden ser necesarios postes más altos, añadiendo una consideración adicional en las fases de planificación e instalación. Además, las terminaciones OH/OG deben diseñarse con medidas de protección contra animales. Esto protege los cables de daños causados por animales, lo que podría resultar en interrupciones de energía y riesgos de seguridad.
Terminaciones de Codo
Las terminaciones de cable se utilizan comúnmente para conectar cables a los terminales de diversos equipos, incluyendo transformadores, motores y armarios de distribución preensamblados. Sin embargo, debido a las condiciones específicas de la instalación eléctrica o la naturaleza de los terminales del equipo, hay situaciones en las que la conexión del cable a los empalmes necesita sellarse. En tales situaciones, las terminaciones de codo, como se muestra en la Figura 2, son la opción preferida. Estas terminaciones especializadas no solo proporcionan una conexión eléctrica segura, sino que también ofrecen la funcionalidad de sellado necesaria, protegiendo el sistema eléctrico de los elementos ambientales y asegurando su operación estable.
Terminaciones de Codo y Su Aplicación en Unidades de Anillo Principal (RMUs)
Las terminaciones de codo desempeñan un papel crucial y especializado, especialmente cuando se trata de conectar cables a los empalmes de las Unidades de Anillo Principal (RMUs). Las RMUs son sistemas de interruptores compactos, autónomos y totalmente aislados que generalmente utilizan hexafluoruro de azufre (SF6) como medio de aislamiento. Ampliamente utilizadas en redes de distribución secundarias, estas unidades juegan un papel vital en la gestión y distribución de energía eléctrica a nivel local.
Una de las características clave de las RMUs es su diseño para soportar arcos internos, lo que mejora la seguridad y confiabilidad del sistema eléctrico. Las partes vivas de las RMUs están diseñadas para ser libres de mantenimiento, reduciendo la necesidad de intervenciones frecuentes y minimizando el tiempo de inactividad. Además, su naturaleza modular permite una fácil expansión en el sitio de instalación, permitiendo que el sistema se adapte a las demandas de energía cambiantes con el tiempo.
Las funciones de conmutación y protección dentro de las RMUs se logran mediante el uso de interruptores-desconectores en combinación con fusibles o interruptores automáticos. Esta configuración asegura que el sistema eléctrico pueda ser aislado de manera segura, que los fallos puedan detectarse y eliminarse rápidamente, y que se mantenga la integridad de la red de distribución.
Las terminaciones de codo no solo son útiles para conectar cables a los empalmes de las RMUs, sino que también se aplican cuando es necesario conectar múltiples cables al mismo empalme de equipos eléctricos. Como se ilustra en la Figura 3, estas terminaciones proporcionan una solución práctica y confiable para tales conexiones complejas de cable a equipo, facilitando la distribución eficiente de la energía eléctrica mientras se mantiene la integridad y seguridad del sistema en general.
Uniones y Terminaciones de Cable Elastimold
Elastimold es una marca bien conocida que ofrece una gama completa de equipos y accesorios para empalmes y terminaciones de cable, diseñados para voltajes nominales de hasta 36 kV.
Las terminaciones de cable Elastimold están disponibles en diseños de una pieza y modulares. Estos modelos versátiles son adecuados para diversas aplicaciones, incluyendo la transición de cables subterráneos a conductores aéreos desnudos, conexiones a equipos de frente vivo y conexiones de codo, haciéndolos adaptables tanto para uso interior como exterior. Pueden integrarse perfectamente en interruptores de alta tensión aislados con aceite, SF6 y aire, así como en transformadores, motores y capacitores.
Los diseños de los productos Elastimold incorporan materiales aislantes avanzados de caucho de silicona. Estos materiales proporcionan una resistencia esencial a la fluencia, rayos eléctricos, deterioro por el clima y contaminación, asegurando un rendimiento confiable incluso en las condiciones más duras. La naturaleza compacta y ligera de las unidades Elastimold permite una fácil instalación en espacios confinados y permite aplicaciones colgantes libres.
Los dispositivos Elastimold también están certificados ATEX. ATEX, derivado del título francés de la directiva 94/9/EC (Comisión Europea) "Appareils destinés à être utilisés en ATmosphères Explosibles" (Equipos para ser instalados en atmósferas explosivas), estos empalmes de alta tensión son adecuados para su uso en interruptores y transformadores aislados con aceite o aire en áreas peligrosas, como las encontradas en las industrias de petróleo, gas y petroquímica. La fabricación de los equipos Elastimold cumple con las normas internacionales establecidas por IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), ANSI/IEEE (Instituto Nacional de Normas Americanas/Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) y CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica).
Elastimold ofrece varios dispositivos especializados para aplicaciones específicas:
Conectores y Accesorios de Codo Separables: Estos son conectores de carga que proporcionan un medio conveniente para conectar y desconectar cables y equipos en sistemas de distribución de energía. Los codos de carga están diseñados para operación energizada utilizando herramientas de palo caliente estándar, permitiendo operaciones de carga y descarga y proporcionando un desconectador visible. Los componentes pueden aislarse utilizando tapones, tapas y empalmes de estacionamiento aislados.
Pararrayos de Óxido Metálico (MOV): Estos pararrayos están completamente blindados y sumergibles, diseñados para la protección contra sobretensiones. Cuentan con interfaces de conectores separables de 200 A para un fácil acoplamiento a otros accesorios Elastimold. Los pararrayos Elastimold ofrecen protección de alta tensión contra rayos y sobretensiones de conmutación para transformadores, cables, equipos y otros componentes típicamente encontrados en sistemas de distribución de energía subterránea. Una colocación, selección de voltaje y coordinación adecuadas con pararrayos de postes de elevación pueden mejorar significativamente los márgenes de protección y minimizar las sobretensiones dañinas. Las aplicaciones típicas incluyen la instalación de pararrayos al final de un sistema radial o en ambos extremos de un punto abierto en un sistema de bucle, con pararrayos adicionales agregados en ubicaciones estratégicas aguas arriba para una protección óptima.
Codos Fusibles: Estos combinan fusibles de limitación de corriente reemplazables para la protección de corriente en terminaciones de cable OH/OG con interfaces de conectores separables de 200 A para la compatibilidad con otros accesorios Elastimold.
Raychem es otra marca ampliamente reconocida en el campo de los equipos de empalme y terminación de cable.
Terminaciones para GIS (Subestaciones Aisladas con Gas)
Cuando el espacio disponible para la instalación de subestaciones es limitado o las condiciones ambientales son extremadamente adversas, una Subestación Aislada con Gas (GIS) es a menudo la solución preferida. La GIS es un ensamblaje multifuncional compacto alojado en un recinto metálico a tierra. Contiene barras de conexión, interruptores, aisladores y transformadores de instrumentos, con gas hexafluoruro de azufre (SF6) comprimido como principal medio de aislamiento, asegurando un aislamiento fiable entre fase y tierra. Aunque las GIS se instalan típicamente en interiores, también están disponibles modelos para exteriores.
Las unidades GIS están equipadas con recintos de terminación de cable donde se instalan las terminaciones de cable. Según la Norma IEC 60859, tanto los recintos como las terminaciones de cable deben cumplir con requisitos de dimensiones específicas para garantizar la intercambiabilidad. Las terminaciones de cable para GIS son adecuadas para cables aislados con gas, aceite-papel y XLPE, y comparten muchos componentes con las uniones de cable mencionadas anteriormente.
Características de las Terminaciones de Cable GIS
Las principales características de las terminaciones de cable GIS incluyen:
Terminal de Cable: Facilita la conexión entre el conductor del cable y la terminación.
Cuerpo de la Caja: Generalmente hecho de aleación de aluminio o un material similar, proporciona soporte estructural y protección.
Aislador de Soporte Fiable: Aisladores de epoxi de alta calidad y no rastreadores ofrecen excelentes propiedades mecánicas y eléctricas. Estos aisladores son compatibles con los subproductos del gas SF6, asegurando una larga vida útil de la terminación. Su diseño también permite una rotura opcional del escudo del cable.
Compuesto de Relleno: Como aceite de transformador, aceite de polibuteno o sustancias similares, que ayudan en el aislamiento y la relajación de tensiones.
Cono de Control de Tensión con Cinta de Empaquetado: Gestiona la tensión eléctrica en la interfaz entre el aislamiento del cable y la terminación.
Soporte Rígido de Cable: El conector se bloquea firmemente en su lugar mediante una campana roscada en la parte superior del aislador de soporte. Este diseño asegura que la conexión eléctrica entre la GIS y la terminación no esté sometida a fuerzas mecánicas provenientes del cable.
Sistema de Sellado Positivo: Se utiliza un sistema de sellado de doble "O" ring para sellar el compartimento de aceite de la terminación del compartimento de SF6 de la GIS. Los juntas completamente retenidos se comprimen para evitar la entrada de elementos atmosféricos al interior de la terminación.
Abrazadera de Aterramiento: Proporciona una conexión segura para fines de aterramiento.
La Figura 4 ilustra un esquema de una terminación de cable GIS. Algunos modelos disponibles en el mercado no requieren el uso de aceite, eliminando la necesidad de un alojamiento de aceite.
Sistema de Sellado, Conexión e Instalación para Terminaciones de Cable GIS
Sistema de Sellado
El sistema de sellado de las terminaciones de cable GIS es de suma importancia y debe diseñarse meticulosamente. Su función principal es prevenir la fuga de aceite o gas hacia la GIS. Un sello comprometido podría llevar a fallos de aislamiento, pérdida de gas y potenciales riesgos de seguridad. Al asegurar un mecanismo de sellado robusto y confiable, se mantiene la integridad del entorno GIS y del sistema eléctrico en general.
Pieza de Conexión Acoplada
El proveedor de la GIS es responsable de proporcionar una pieza de conexión acoplada que esté específicamente diseñada para ajustarse al extremo del cable. Este componente es crucial para establecer una conexión segura y eléctrica entre el cable y la GIS. El diseño preciso y la compatibilidad de la pieza de conexión acoplada son esenciales para garantizar una integración fluida y un rendimiento óptimo de la interfaz cable-GIS.
Instalaciones de Aislamiento y Pruebas
Para garantizar la seguridad y confiabilidad del sistema eléctrico, se deben proporcionar instalaciones adecuadas para aislar de manera segura un cable alimentador. Esta capacidad de aislamiento es necesaria durante el mantenimiento, reparaciones u operaciones de búsqueda de fallas. Además, se deben hacer provisiones para conectar un cable de prueba de alta tensión a la GIS o al cable en sí. Estas instalaciones de pruebas permiten inspecciones de rutina y pruebas de diagnóstico para evaluar la condición del cable y la GIS, ayudando a identificar posibles problemas antes de que se conviertan en problemas mayores.
Herramientas y Accesorios Requeridos para la Instalación de Terminaciones GIS
Para la instalación exitosa de terminaciones de cable GIS, es indispensable un conjunto específico de herramientas y accesorios adecuados:
Alicates Panduit: Estos alicates están específicamente diseñados para instalar cinta de empaquetado alrededor del cono de control de tensión. La aplicación precisa de la cinta de empaquetado es crucial para gestionar la tensión eléctrica y garantizar la confiabilidad a largo plazo de la terminación.
Alicates de Circlip: Utilizados para la instalación del ajuste superior, los alicates de circlip proporcionan la presión y precisión necesarias para asegurar este componente importante en su lugar.
Flange de Adaptación: El flange de adaptación desempeña un papel clave en la facilitación de la conexión entre diferentes componentes, asegurando un ajuste y alineación adecuados dentro del sistema de terminación GIS.
Kit de Retiro del Ajuste Superior: Este kit es esencial para las operaciones de mantenimiento y reparación, permitiendo la remoción segura y eficiente del ajuste superior cuando sea necesario.
Kit de Reensamblaje: El kit de reensamblaje contiene todos los componentes y hardware necesarios para volver a ensamblar la terminación después del mantenimiento o reparación, asegurando que todas las partes se reemplacen correctamente.
Kit de Aterramiento: Un kit de aterramiento es vital para establecer una conexión eléctrica segura a tierra, lo cual es esencial para la seguridad del sistema eléctrico y del personal.
Conexión de Pantalla: La conexión de pantalla asegura el aterramiento y blindaje adecuados del cable, reduciendo la interferencia electromagnética y mejorando el rendimiento general del sistema cable-GIS.
