Para la Distribución y Alimentación Eléctrica

3M Mercados Eléctricos

Space for 3M Montage

© 3M 2007. All Rights Reserved.

Tecnologías y Materiales

SolucionesPara la Distribución y Alimentación Eléctrica

Empalmes y Terminaciones para cables de Media Tensión

2



A que llamamos Media Tensión?

� Baja Tensión: < 1,5 kV

� Media Tensión: > 1,5 kV

< 50 kV

� Alta Tensión: > 50 kV

3



Cables de Media Tensión

� Cómo comenzamos?

Conductor

Aislamiento

4



Conductor

� Transmite la corriente eléctrica a través del cable

� Mayor corriente => Mayor sección ó calibre

� Solidos o trenzados (cableados)

� Trenzado más delgado => Mayor flexibilidad

SECCION

(AWG/mm2)

5



Materiales del conductor

Costo

Peso

Conectividad

Conductividad

Eléctrica

ALUMINIOCOBRE

6



Aislamiento

� AISLA!!!!

� Evita fugas de corriente hacia fuera del conductor

� CLAVE: Temperatura de Operación

� Operación continua: 90 °C

� Sobrecarga: 130 °C

� Cortocircuito: 230 °C

7



Materiales del aislamiento

Resist. Ionización

Costo

Resist. Humedad

Resist. Hidrocarburos

Flexibilidad

Polietileno

reticulado

Caucho etileno

propilenoComposición química

XLPEEPR

8



Espesor del Aislamiento

Nivel de Aislamiento:

100 %

Nivel de Aislamiento:

133 %

9



Espesor del aislamiento

� Se define también de acuerdo a la protección del

sistema y al tiempo que tarda en eliminar una falla a

tierra:

� Nivel 100 % - Menos de 1 minuto

� Nivel 133 % - Menos de 1 hora

� Nivel 173 % - Indefinidamente

� Otras normas hablan de:

� Cat. I – Menos de 15 minutos

� Cat. II – Menos de 8 horas

10




AISLACIÓNDESCARGASCORONA

CONDUCTOR

11



El AIRE lleva la PEOR PARTE!!!!

5000 VAire K=11 cmE (aire) = 5000 V/cm

12




10000 V

Aire K=11 cmE (aire) = 7500 V/cm

Aislante K=31 cmE (aisl.) = 2500 V/cm

13




15000 V

Aire K=11 cmE (aire) = 9000 V/cm

2 cm Aislante K=3E (aisl.) = 6000 V/cm

14




AISLACIÓNDESCARGASCORONA

CONDUCTOR

15




CAPA SEMICONDUCTORA INTERNA

16



Que es un material semiconductor?

� Conduce, pero no mucho

� Generalmente material plástico con agregados de

carbono

� Cables modernos

� CLAVE:

� El fabricante del cable debe quitar TODO EL AIRE entre

el aislamiento y la capa semiconductora!!!

EL AIRE LLEVA LA PEOR PARTE!!!!!

17



LINEAS DE FLUJO ELECTRICO

CABLE SINPANTALLA

ALTA CONCENTRACIONDE CAMPO


18



CAPA SEMICONDUCTORA EXTERNA

PANTALLAMETALICA

DISTRIBUCION DECAMPO UNIFORME


19



Funciones de la Pantalla metálica

� “Contener” al campo eléctrico dentro del cable,

uniforme e invariable

� Evitar las radiointerferencias

� Conducir las corrientes de cortocircuito

� Generar una referencia de tierra alrededor del cable

de media tensión

20



Diversas Configuraciones de Pantalla

21



CUBIERTA


22



Funciones de la Cubierta

� Protección Mecánica

� Abrasión, golpes

� Protección contra agentes en el suelo

� Humedad, compuestos químicos

� Protección contra rayos UV

� Materiales:

� PVC

� Polietilenos

23



Unipolares y Tripolares

24



Empalmes

para


25



Por que Empalmar un Cable de Media Tensión??

� El largo suministrado no es el suficiente para cubrir

la longitud requerida (se acaba la bobina)

� Fallas del Cable

� El cable resulta dañado luego de la instalación

� Una derivación sobre un cable existente

� AHORRAR DINERO!!!!

26



Funciones de un Empalme de Media Tensión

� Controlar el campo eléctrico en el área del conector

� Aislar entre tensión y tierra – Clave: INTERFAZ!!!!

� Mantener la continuidad de la pantalla metálica

� Proveer protección contra impactos y humedad

� Asegurar una duración de 30/40+ años

� Proveer resistencia a suelos ácidos o alcalinos, UV, etc.

� Amplio rango de temperaturas

27



28



29



30



INTERFAZ de un empalme

� SUPERFICIE de SEPARACION entre el aislamiento del cable y el material aislante del empalme

� Soporta TODA la tensión Fase-Tierra

� No puede admitir campos elevados

� No puede admitir contaminantes, humedad, AIRE

31



Empalme de Media Tensión - Pasos más importantes

� Preparación adecuada

� Uso de un conector adecuado

� Recuperar la aislación

� Recuperar el blindaje (o pantalla)

� Recuperar la protección mecánica

32



APANTALLAMIENTO SEMICONDUCTIVO

EJEMPLOEMP. DECINTAS

EMP. MOLDEADO

ELECTRODO CONDUCTIVO

APANTALLAMIENTO CAPACITIVO (HI-K)

(Efecto Jaula de Faraday)

EMPALME TERMOCONT.EJEMPLO

EJEMPLO

Pantalla del Conductor – Métodos comunes

33



CINTA DECAUCHO

EPR

CAUCHO DE SILICONACONTRAIBLE EN FRIO

CAUCHOEPDM

MOLDEADODESLIZANTE

EVA – TERMO-CONTRAIBLE

Recuperar el aislamiento – Métodos comunes

34



Métodos másComunes

EMPALMETERMOCONT.

EMPALME DE CINTASEMPALME MOLDEADO

CintaSemiconductora Cubierta Semiconductora

Moldeada Integral

Tubo Semiconductor TC

Reemplazo de la Semiconductora Externa

35



Cinta deCobre Estañado

Manga de Pantalla(o Media Metálica)

Alambres del Neutro(originales de los cables)

Tira de Tierra

Reemplazo de la Pantalla Metálica

36



Resina

Armorcast™Protecc. Mecánica

Caucho MoldeadoSemiconductor

Cintas de Caucho y Vinilo

Contraible en Frío

Termocontraíble

Recuperación de la Cubierta – Métodos Comunes

37



Tecnologías de Empalme en MT

� CINTAS

� Reconstrucción del cable utilizando diferentes cintas

� Se requiere afilado de la aislación primaria (“punta de lápiz”)

� Aplicación universal para

todas las secciones de cable

� Puede usarse hasta

tensiones de 110 kV

� Mano de obra intensivo

� La calidad depende de la

habilidad del operador

38



Empalme Encintado

39



Empalme Encintado

40



Comportamiento de la Interfaz

� Garantizada por la elasticidad de la cinta (con un

adecuado estiramiento durante la aplicación) y por el

espesor de la misma

41



42



Comportamiento de la interfaz

� Campo eléctrico reducido gracias al encintado

“ahusado”, que aumenta gradualmente el diámetro

de la capa semiconductora externa

� Altamente dependiente de la mano de obra

43



Punta de Lápiz…. Por que?

80 20

Aislacion Conductores Aislacion

8020

Primaria Primaria

44



Punta de Lápiz - Motivo 1: No dejar burbujas de aire

Aislación ConductorCinta #23 Unión

Al encintar sobre el ángulo recto que

forma la aislación con el conductor,

es muy difícil asegurarse de no dejar

burbujas de aire

La punta de lápiz elimina los

ángulos rectos y permite evitar

la formación de burbujas de

aire

45



Punta de Lápiz - Motivo 2: Presión sobre la interfaz

AislaciónConductor

Cinta #23 Unión

Aunque se encinte perfectamente y

no quede aire encerrado, toda la

pared “vertical” es una zona donde la

cinta no hace presión, y la interfaz no

es buena. Se genera una zona débil

en el propio encintado, que soporta

toda la tensión si la interfaz falla

La punta de lápiz asegura que

todos los sectores de la

interfaz tendrán una adecuada

presión y por tanto un mejor

funcionamiento

ZONA DEBIL

46



Punta de Lápiz - Motivo 3: Desplazamientos internosSeguramente muchas veces habrán notado (o les habrá pasado) que un cable se corta a una

determinada longitud, y cuando se lo mueve un poco, el conductor comienza a sobresalir, moviéndose respecto de la aislación. Esos son desplazamientos internos del cable, que pueden ocurrir incluso

dentro del empalme, sin que nos demos cuenta, y no hace falta que sean grandes para causar problemas. Con un par de milímetros (o incluso menos) alcanza!!!

ANTES

DESPUES

SIN punta de lápiz, el espacio abierto por el desplazamiento solo puede ser cubierto en forma parcial por la cinta, dando lugar a burbujas de aire

CON punta de lápiz, la presión de la cinta rellena totalmente el espacio vacío generado por el desplazamiento, y no se forman burbujas

47




� CINTAS

� Reconstrucción del cable utilizando diferentes cintas

� Se requiere afilado de la aislación primaria (“punta de lápiz”)

� Aplicación universal para

todas las secciones de cable

� Puede usarse hasta

tensiones de 110 kV

� Mano de obra intensivo

� La calidad depende de la

habilidad del operador

48




� TERMOCONTRAIBLE

� En general se instala contrayendo varios tubos de distinta

composición por separado

� Instalación con esfuerzo reducido

� Amplio rango de aplicación

� No es posible el ensayo previo

� Se requiere llama abierta

� Varias partes

49



Empalmes Termocontraibles

� Cuerpo de Partes Múltiples

50



Empalmes Termocontraíbles

� Comportamiento errático de la interfaz

� Una vez contraído, los tubos no ejercen presión

� El empalme no acompaña dilataciones y contracciones del cable por cambios de carga/temperatura

� Posibilidad de ingreso de humedad y contaminantes

51



Utilización de Fuego/Calor

� Herramienta adicional

� Soplete – Pistola de aire caliente

� Riesgo de daños al cable

� Riesgo de daños al propio empalme

� Riesgo de seguridad para el operador

� Necesidad de aplicar calor uniformemente

52



Necesidad de aplicar calor uniformemente

CABLE CABLE

CALOR UNIFORME

CABLE CABLE

CALOR NO UNIFORME

53




� TERMOCONTRAIBLE

� En general se instala contrayendo varios tubos de distinta

composición por separado

� Instalación con esfuerzo reducido


� No es posible el ensayo previo

� Se requiere llama abierta

� Varias partes

54




� SLIDE-ON (PUSH-ON)

� Posibilidad de cuerpo de empalme de una sola pieza

� Partes pre-moldeadas

� Se reduce el esfuerzo en la

instalación

• Secciones pequeñas

� Partes pre-ensayadas

� Se requiere espacio para

preposicionar el cuerpo

� Rango de aplicación limitado

55



ELECTRODO SEMICONDUCTOR

(Reemplaza la

capa semiconductora interna)

CAPA AISLANTE

(Reemplaza

el aislamiento del cable)

CUBIERTA SEMICONDUCTORA

(Reemplaza la capa semiconductora externa

y la cubierta)

Empalme premoldeado de una pieza

56



Longitud de la interfaz – Empalme premoldeado

� Demasiado Larga

� Longitud Excesiva del empalme

� Elevada Fuerza de Instalación

� Aumento de Costos

� Demasiado Corta

� Campo eléctrico inaceptable

� Baja Confiabilidad

57



Parámetros de diseño – Campo Eléctrico

� El máximo valor del campo eléctrico en el cuerpo del empalme, no deberá ser

mayor al máximo valor del campo eléctrico en el propio cable (E2 < E4).

� El máximo valor del campo eléctrico en la interfaz, debe ser menor a la mitad del

máximo valor del campo eléctrico sobre la pantalla del conector (E3 > 0.5 E1).

� El máximo valor del campo eléctrico sobre la pantalla del conector, debe ser

aproximadamente igual a dos tercios del máximo valor del campo eléctrico en el

propio cable (E1 = 0.67 E4).

PANTALLA DEL AISLAMIENTO

AISLAMIENTO DEL CABLE

58



Esfuerzo en la interfaz – Empalme 25 kV

59



Distribución del campo – Empalme típico 15 kV

E1 máximo gradiente sobre el electrodo semiconductor 41,7 V/mil

E2 máximo gradiente en el extremo del electrodo semiconductor 57,1 V/mil

E3 máximo gradiente sobre la interface 21,7 V/mil

E4 máximo gradiente en la aislación del cable 72,0 V/mil

60



Espacio para preposicionamiento

61



Ejemplos de Empalmes Moldeados Push-On

62



Sin Cubierta Exterior

Cubierta Contraíble en Frío Cubierta Termocontraíble

Protección Exterior

63




� SLIDE-ON (PUSH-ON)

� Posibilidad de cuerpo de empalme de una sola pieza

� Partes pre-moldeadas

� Se reduce el esfuerzo en la

instalación

• Secciones pequeñas


� Se requiere espacio para

preposicionar el cuerpo

� Rango de aplicación limitado

64




� CONTRAIBLE EN FRIO

� Combinación de las ventajas de slide-on y termocontraíble

� Posibilidad de cuerpo de

empalme de una sola pieza

� Partes premoldeadas

� Instalación simple y fácil



� No requiere herramientas

65



Empalmes Contraíbles en Frío

66



Distintos tipos...

� Tecnología de Fabricación

� Moldeados

� Extruídos

� Sistema de control del campo eléctrico

� Materiales de alta constante dieléctrica

� Sistemas geométricos

� Numero de partes

� Integrales (una sola pieza)

� Dos o más piezas

67



Control de campo de alta constante dieléctrica

CAPA SEMICONDUCTORA CAPA AISLANTE DE ALTA CONSTANTE DIELECTRICA

ELECTRODO SEMICONDUCTOR

68



Control de campo de alta constante dielectrica

� E1 = 1,45 kV/mm Máximo campo eléctrico en el área del conector

� E2 = 1,66 kV/mm Máximo campo eléctrico en la aislación

� E3 = 2,07 kV/mm Máximo campo eléctrico en el borde de la capa semiconductora

� E4 = 2,32 kV/mm Máximo campo eléctrico en la aislación del cable, debajo de la capa semiconductora

69



Control de campo de alta constante dielectrica (2)

Control de Campo Alta-K

NucleoCapa semicond. externaAislación

Electrodo

70




Capa Semicond.AislamientoPrimario

Alta-K

Reemplaza la pantalladel aislamiento

Reemplaza elaislamiento primario

Control de campo en la interfaz

3M QS 200 24kV I DN 16 06-06 1-A

Electrodo

Genera una jaula de Faraday sobre el

conector

71




10%

50%

90%

Conductor 100%

Capa Semicond. Externa (Cable)

Lineas Equipotenciales

ElectrodoAislamiento (Empalme)

Aislamiento del cable

Conector

Capa de Alta-K

Capa Semicond. Ext. (Emp.)

72



Control de Campo Geometrico

Diseño patentadodel electrodo

Aislación

Pantalla exterior

Cuerpos de empalme100% ensayados en fábrica para unamáxima confiabilidad

Diseño de unasola pieza Cuerpo de silicona

provee excelentes propiedades eléctricas

73



Control de Campo Geométrico

Aislación biseladaen el inicio del conominimiza el esfuerzoeléctrico

Diseño único del extremo del electrodominimiza el esfuerzo eléctrico

Excelente sello entrecable y empalme

Recorte en el extremo del electrodoubica la zona de mayor esfuerzoenteramente en la aislación del empalme

Menor esfuerzo eléctrico en lainterface

74



E1 máximo gradiente sobre el electrodo semiconductor 31,1 V/mil

E2 máximo gradiente en el extremo del electrodo semiconductor 36,3 V/mil

E3 máximo gradiente sobre la interface 12,7 V/mil

E4 máximo gradiente en la aislación del cable 72,0 V/mil

Control de Campo Geométrico

75



Por qué un empalme de Caucho de Siliconas?

Además de su resistencia al contorneoy al envejecimiento por acción ambiental,

el Caucho de Siliconas cuenta con:

� Propiedades Elásticas a Largo Plazo – Para óptimo funcionamiento como Contraíble en Frío

� Estabilidad de Propiedades Eléctricas – Para mantener sus propiedades desde el almacenamiento expandido hasta la instalación final

� Flexibilidad a Baja Temperatura – Para adecuada instalación a baja temperatura ambiente

� Clase de Temperatura Elevada - Clase “H” (180 ºC)

76



Tiempo de almacenamiento (Meses)

5

10

15

1 8 12 16 24 362 40

6

Def

orm

ació

n P

erm

anen

te(%

)Empalme Contraíble en Frío de Caucho de SiliconaVida en Bodega

77



Empalme Contraíble en Frío de Caucho de Silicona Comportamiento a bajas temperaturas

1 10 30

Tiempo

(min)

Dia

met

ro(m

m)

0 0,5 5 15

Diámetro interior sobre el núcleo

Máximo rango de aplicacíon del cuerpo

Diámetro interior nominal del cuerpo

Mínimo rango de aplicación del cuerpo

-20°C

+20°C

78



Comportamiento de la interfaz

1076Despues de la estabilización

de Ciclos Térmicos 130°C


de Ciclos Térmicos 90°C


de Ciclos Térmicos a 75°C

1077Despues del 1er. Ciclo

Térmico a 130°C


Térmico a 90°C


Térmico a 75°C

Contraible en FrioPush-OnTipo de Empalme

Porcentaje de la presión residual en la interfaz parael empalme contraíble en frío vs. el empalme push-on

79



Instalación Típica

80



Instalación Típica (Cont.)

81



Sistema de Aseguramiento de Calidad

0

510

15

20

2530

35

40

0 1 2 3 5 6 t (min.)

Ten

sión

(kV)

* 1 pC

Ensayos de Manufactura

82



Empalmes Contraíbles en Frío

� Cuerpo de Caucho de Siliconas

• Una sola pieza

• Excelentes propiedades

dieléctricas

• Aplicación a baja temperatura

• 100 % probados durante la

fabricación

• Disponible para todo tipo de

cables y conectores

� Contraíble en Frío

• Construcción multi-capa

• Instalación simple, segura y

rápida

• No requiere herramientas

• Menos costos de instalación

• Menos sensible a la mano de

obra

• Amplios rangos de aplicación

• La presión radial permanente

provee un sello óptimo entre

cable y empalme

• Alta confiabilidad

83



Empalme Contraíble en Frío Multipieza

84



Avances en la tecnología Contraíble en Frío

Cable C (Principal)

Cable A (Derivado)

Cable B (Principal)

85



Avances en la tecnología Contraíble en Frío

EMPALMES DERIVACIÓN EN MEDIA TENSION

86



Terminaciones

para


87



Campo Eléctrico en un cable de Media Tensión


88



Campo Eléctrico en un Cable de Media Tensión

LINEAS EQUIPOTENCIALESLINEAS DE FLUJO

ELECTRICO

89



Hacer una terminación en un cable con pantalla significa:

Discontinuar, o darle fin a la pantalla de la

aislación.

Definición:

90



Terminaciones de acuerdo a la norma IEEE Std. 48

Las Terminaciones de Clase 1 deben tener:

� Control de Campo Eléctrico en el corte de la capa

semiconductora.

� Aislamiento contra Corrientes de Fuga (Tracking)

� Sello de Protección contra el Medio Ambiente

91




Concentración de Campo en el Corte de la Pantalla

92



LINEAS EQUIPOTENCIALES

Concentración de Campo en el Corte de la Pantalla

93



Daño en un cable sin Control de Campo

CAPA SEMICONDUCTORA REMOVIDA

(Para Claridad Visual)

94



� Este método consiste en extender la pantalla e

incrementar gradualmente el espesor de la aislación, al

cual se le da una forma geométrica cónica. También

conocido como Cono de Alivio.

Método Geométrico

95



Método Geométrico


96



Método Geométrico


97



Metodo Resistivo

� Consiste en amortiguar el campo electrico mediante

un tubo semiconductor

� Habitualmente tecnología termocontraíble

� Riesgo de falla por instalación fallida

98



Metodo Eléctrico o Capacitivo (High-K)

� Este método incorpora un tubo de caucho moldeado

cuyo material es de alta constante dieléctrica (K).

� El control de esfuerzo se logra con la refracción del

campo eléctrico. Esta refracción es causada por la

diferencia de los valores de K de las capas

dielectricas.

99



Constante Dieléctrica (K):

� Es una medida de la capacidad de un material para

almacenar carga eléctrica

� Aire --------------------------------------- 1

� Aislación del cable ------------------- 3

� Cinta Scotch 23 ----------------------- 3

� Material de alta-K -------------------- 30

100



Material de Alta K

101



Ejemplo: Ley de Refracción de Snell

102



Método de Alta-K


103



Método de Alta-K


104



TERMINACION

CON CONTROL

GEOMETRICO

TERMINACION

CON CONTROL

DE ALTA-K

105



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Distancia desde el borde de la capa semiconductora (mm)

Cam

po

Elé

ctri

co(V

/mm

)

Tecnología AnteriorNueva Tecnología

Avances en los materiales de Alta-KConcentración de campo en el borde de la capa semiconductora

106



02468

10121416182022

0 5 10 15 20 25 30 35Campo Eléctrico (Volts/mil)

Fac

tor

de

Dis

ipac

ión

Tecnología AnteriorNueva Tecnología

Avances en los materiales de Alta-KFactor de Disipación vs. Esfuerzos Eléctricos

107



Terminaciones de acuerdo a la norma IEEE 48-1990



semiconductora.



108



Principales Factores Ambientales que Causan la Degradación de la Superficie del Material

� Contaminación ambiental

� Radiación ultravioleta (solar)

� Llovizna o niebla

� La interacción de los anteriores llevará al

tracking y/o erosión y eventualmente causará

arcos o la ruptura del aislante

109



Sunshine Frost

UVCosmic Rays Temperature

Rise: ChemicalDegradationAcceleated

Rapid ChangesIn Temperature

DifferentialThermal

Expansion

Increased

Crazing and CrackingGreater Absorption of Contamination

Chemical Degradation

Rapid ChangesIn Temperature

DifferentialThermal

Expansion

Dew, orLight Rain

Heavy Rain

May CleanSurfaces

Carbon ParticlesDust

Abrasion

ElectricStress

Surface ContaminationHydophobicity Affected

Soluble MatterSO , NH , NO

Salt Spray

Surfacing ConductionHeating & Evaporation

Dry Band Formation

StressConcentration

Surface DischargesHydrofillic

Chemical DegradationTo Carbon

Electron & IonBombardment

Erosion

Surface Wets -Hydrofillic

TRACKING

Flashover

SurfaceWets

HighRelativeHumidity

MayReduce

FlashoverVoltageAcross

Insulators

Fog

SurfaceDegradation

2 3 2

ΣΣΣΣr tan δδδδ

110



Duracion de Aislaciones Poliméricas

� La duración de una aislación plástica o poliméricadepende de los climas en el lugar de la instalación.

� El proceso de envejecimiento es muy complejodebido a la interacción de muchos procesos.

� Las fallas se producen por el envejecimientocausado por los efectos del medio ambiente.

111



Degradación Superficial o “Tracking”

� Es la degradación irreversible de la superficie

de un material debido a la formación de

caminos conductivos de carbono.

112



Degradación Superficial o “Tracking”

Componentes

producidos

a partir de

compuestos

orgánicos

Alto Contenido de Carbono

113



Resultados del Tracking

114



Condiciones Necesarias para el “Tracking”

� Contaminación

� Partículas que se encuentran en la intemperie

� Substancias Químicas

� Sal

� Humedad

� Neblina, Condensación

� Lluvia

� Tensión

115



Formas de Controlar el Tracking

� Incrementar la distancia entre el conductor de altatensión y tierra

� Campanas corta-aguas

� Materiales resistentes al tracking

� Porcelana

� Silicona

� Vidrio

� Rellenos inorgánicos añadidos al caucho

116



La Silicona y su Resistencia al Tracking

� La silicona es, en su mayor parte, inorgánica, por

lo tanto, cualquier posible erosión debido a una

descarga eléctrica no forma caminos conductivos

de carbono.

117



La resistencia superficial

se reduce al mojarse

BANDAS SECAS

DESCARGAS

ELECTRICAS

(Generadas en las

Bandas Secas)

(Areas de mayor

Resistencia Superficial

&

Concentración del

Gradiente de Tensión)

Formación de Descargas

118



Hidrófugo vs. Hidrófilo

119



Hidrófugo vs. Hidrófilo

HIDROFUGO

Ang. de Contacto > 90o

El agua tiende a formar

gotas – No a mojar la

superficie

SILICONA

Ang. de Contacto < 90o

HIDROFILO

El agua tiende a

esparcirse y a mojar

toda la superficie

EVA, Porcelana, EPR

120



Recuperación de la Hidrofobia

� La exposición continua a condiciones extremas …

� Campos Eléctrico intenso

� Concentraciones de Ozono

� Radiación UV elevada

� Contaminación

� Condensación de humedad

� Corrientes de fuga elevadas

…Generarán la disminución de las características

hidrofóbicas de cualquier material

121



20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

Horas de Recuperación

An

gu

lo d

e C

on

tact

o(G

rad

os)

Recuperación de la Hidrofobia en la Silicona

Sin embargo, estas condiciones cambian,,,

Cuando se la

retira de estas

condiciones

severas, el

Caucho de

Siliconas

regenerará su

carácter

hidrófugo

(Basado en un estudio realizado en cooperación

con la Universidad Estatal de Arizona - USA)

122



Original Envejecido Años

Porcelana A 62° 40° 10

B N/A 30° 16

C 60° 40° 20

EPDM A 95° 62° 6

B 95° 0° 17

C 95° 80° 2

Silicona A 100° 103° 8

B 103° 128° 7

C 100° 105° 10

D N/A 105° 10

Angulos de Contacto

123



Hidrofobicidad de la Silicona

El agua forma gota sobrela terminación nueva

124



Hidrofobicidad de la Silicona

El agua tambien forma gota luego de envejecido y contaminado

125



H H H H

C C C C

C C C C

H H H H

EPDM (Vulcanizado

con Peroxido)

Fuerza del Enlace C-C:

348 KJ/M

Estructura y Enlace Molecular

H

H C H

Si O Si O Si

H C H

H

Silicona

Fuerza del Enlace Si-O:

445 KJ/M

126



Energía de Enlace Polimérico

Si - O 445

C - H 414

C - O 360

Si - H 318

C - S 275

Si - Si 222

S - S 205

318Si - C

C - C 348

Silicona

EPDM, EVA, PE

UV @ 300 nm 398

445

348

398

Tipo de Enlace Energía de Enlace (kJ/Mol)

127



Daño por UV

Aislador de EPDM

128



La Silicona contra la Intemperie

� La Silicona es hidrófuga.

� La Silicona recupera su hidrofobia aun cuando ha sido transformada en hidrófila debido a descargaseléctrica.

� La Silicona tiene gran estabilidad frente a los rayosultravioleta.

� La Silicona tiene una superficie lisa que evita la adhesion de contaminación.

129



Pruebas de Envejecimiento Desarrolladas por 3M

� Prueba salina

� Prueba de contaminantes sólidos

� Prueba francesa de humedad (EdF)

� Prueba contra la intemperie a largo plazo

� Pruebas de campo

130



Prueba Salina

� Las terminaciones son expuestas a una mezcla

vaporizada de agua y sal, y energizadas a 1 ó 2

veces su tensión nominal

� Nivel de Conductividad de la Solución Salina: 1000

Microsiemens/cm

131



Cámara de Niebla Salina

Ensayo sobre

Terminaciones

en Ambiente

Severo de

Niebla Salina

Conductividad:

1000 uS/cm

132



Prueba de Contaminantes Sólidos

� Simula zonas industriales, de alta humedad y costeras

� Las terminaciones se cubren con una mezcla de contaminantes sólidos (ASTM D-2132) que incluye:

» Sílica 85 partes

» Arcilla 9 partes

» Sal (NaCl) 3 partes

» Pulpa de Papel 3 partes

» Agua 100 partes

� Son constantemente rociadas con agua y energizadas a 150 % su tensión nominal

133



Horas de Duración

Sin campanas (interior)

� Cinta (Sin protección) 1-10

� Cinta de Silicona 100-200

� Tubular de Silicona 300-500

Con campanas (exterior)

� EPR 1000-2500

� Termocontraíble 1500-1600

� QT (Contraible en frío) 2600-3200

� Porcelana 2000-6000

Resultados de la Prueba de Contaminantes Sólidos

134



Prueba contra la Humedad (EdF Standard HN41-E-01)

� Pone a prueba las terminaciones a 2 (dos) veces su

tensión nominal, bajo condiciones cíclicas de alta

condensación

� Tiempo de duración: 350 horas

135



Ensayos de largo plazo

� Ensayo desarrollado por 3M

� Las terminaciones son energizadas de 3 a 5 veces su de tensión nominal, y son expuestas a la intemperie

� Lugar de prueba:• 1970 – 1988: St. Paul, MN, USA

• 1988 – Actual: Austin, TX, USA

136



Test de Contaminantes Líquidos(Ensayo de Material)

ASTM 2303 (Resistividad: 370-400 Ohm-cm)

137



Agregado de ATH

� Las partículas de ATH (Trihidrato de Aluminio)

tienen un elevado contenido de agua

� Contenido de Agua en el ATH = 34.6%

� Reacción del ATH ante la descarga eléctrica:

� Libera agua de Hidratación

� Enfriando la superficie

� Suprimiendo y extinguiendo el arco eléctrico

∆∆∆∆

Al2O3 · 3H2O →→→→ Al2O3 + 3H2O

138



Conclusion: Silicona como Material Aislante

� Los aisladores de silicona son superiores a los de EPDM, EVA, y

Porcelana.

� La silicona tiene excelentes propiedades dieléctricas.

� La Silicona es mas hidrófuga que la porcelana y otros polímeros.

� La Silicona puede recuperar su hidrofobia.

� La Silicona tiene excelente estabilidad contra los rayos ultravioleta.

� La silicona no es inflamable

� Las terminaciones de silicona han dado excelentes resultados por

mas de treinta años.

139



Terminaciones de acuerdo a la norma IEEE 48-1990



semiconductora.



140



Sellado del Cable

Las terminaciones deben ser selladas contra la humedad con el fin de:

� Mantener la longitud de la línea de fuga.

� Prevenir la corrosión de los componentes de la terminación.

� Prevenir la degradación de cualquier parte de la aislaciónafectada por la humedad.

141



Sello contra el Medio Ambiente

142



Tecnologías disponibles

CINTAS

PUSH-ON

TERMOCONTRAIBLE

CONTRAIBLE EN FRIO

143



Terminaciones de Cintas

� Control de Campo:

� Geométrico (Construcción del cono con cintas)

� Alta-K (Cinta de alta constante dielectrica)

� Resistencia al tracking

� Cinta de Caucho de siliconas

� Sellado

� Cintas y mastics

144



Terminaciones de cintas

� Instalación poco habitual

� Altamente dependiente de la mano de obra

� Resistencia al tracking mejorable

� Mayor longitud que otras terminaciones, no se

adapta a las reducidas dimensiones de los equipos

actuales:

145



Terminaciones Push-on

� Control de campo habitualmente capacitivo

� Existen versiones con control resistivo

� Diversos niveles de resistencia al contorneo

� Productos de caucho de siliconas

� Productos de caucho EPDM

� Sellado mediante cintas y mastics

� Reducida presión del cuerpo de la terminación

146



Terminaciones Push-on

� Necesidad de abundante lubricación

� Modelos con varias partes (campanas individuales)

� Reducida resistencia al contorneo de los productos

de caucho EPDM

� Reducida presion sobre la interfaz

147



Terminaciones termocontraíbles

� Control de campo resistivo ó capacitivo

� Puede estar incluído en el cuerpo exterior

� Resistencia al contorneo y al UV

reducida

� Poliolefinas

� Campanas separadas en terminación

exterior

� Sello mediante mastics adhesivos

fundentes

� El termocontraíble no ejerce presión

148




� Varias partes o piezas

� Superficie organica con alto contenido de carbono

de comprobada baja resistencia al contorneo

� Comportamiento errático de la interfaz

� El material termocontraíble no ejerce presión

� Bajo costo

� En general tendencia a reducir su uso

149




� Utilización de Fuego/Calor

� Herramienta adicional

• Soplete – Pistola de aire caliente

� Riesgo de daños al cable

� Riesgo de daños a la propia terminación

• Una terminación quemada deja carbono libre!!!!

� Riesgo de seguridad para el operador

� Necesidad de aplicar calor uniformemente

150



Terminaciones contraíbles en frío

� Control de campo capacitivo

� Cuerpo generalmente de caucho de siliconas

para mayor resistencia al contorneo

� Sellado mediante mastics y presión sobre la

superficie

151



Terminaciones Contraíbles en Frío

� Versiones multipieza y de pieza única

� Elevada presión sobre la interfaz

� Sello vivo sobre el cable

� Gran facilidad de instalación

� Sin herramientas ni lubricación

� Comportamiento demostrado por más

de 30 años de uso

� Tendencia del mercado

152



Terminal Contráctil en Frío de última tecnología

Compuesto sellador de siliconas

Aislador de siliconas con 2 campanas

Tubo de altacte. dieléctrica

Compuesto de controlde campo

Núcleo escalonado

153



3M Electrical Markets Division6801 River Place Blvd.

Austin, TX 78726-9000

www.3m.com/electrical

Documents

Para la Distribución y Alimentación Eléctrica