para la distribución y alimentación eléctrica
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3M Mercados Eléctricos
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Tecnologías y Materiales
SolucionesPara la Distribución y Alimentación Eléctrica
Empalmes y Terminaciones para cables de Media Tensión
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A que llamamos Media Tensión?
� Baja Tensión: < 1,5 kV
� Media Tensión: > 1,5 kV
< 50 kV
� Alta Tensión: > 50 kV
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Cables de Media Tensión
� Cómo comenzamos?
Conductor
Aislamiento
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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)
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Materiales del conductor
Costo
Peso
Conectividad
Conductividad
Eléctrica
ALUMINIOCOBRE
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Aislamiento
� AISLA!!!!
� Evita fugas de corriente hacia fuera del conductor
� CLAVE: Temperatura de Operación
� Operación continua: 90 °C
� Sobrecarga: 130 °C
� Cortocircuito: 230 °C
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Materiales del aislamiento
Resist. Ionización
Costo
Resist. Humedad
Resist. Hidrocarburos
Flexibilidad
Polietileno
reticulado
Caucho etileno
propilenoComposición química
XLPEEPR
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Espesor del Aislamiento
Nivel de Aislamiento:
100 %
Nivel de Aislamiento:
133 %
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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
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Cables de Media Tensión
AISLACIÓNDESCARGASCORONA
CONDUCTOR
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El AIRE lleva la PEOR PARTE!!!!
5000 VAire K=11 cmE (aire) = 5000 V/cm
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El AIRE lleva la PEOR PARTE!!!!
10000 V
Aire K=11 cmE (aire) = 7500 V/cm
Aislante K=31 cmE (aisl.) = 2500 V/cm
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El AIRE lleva la PEOR PARTE!!!!
15000 V
Aire K=11 cmE (aire) = 9000 V/cm
2 cm Aislante K=3E (aisl.) = 6000 V/cm
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Cables de Media Tensión
AISLACIÓNDESCARGASCORONA
CONDUCTOR
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Cables de Media Tensión
CAPA SEMICONDUCTORA INTERNA
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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!!!!!
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LINEAS DE FLUJO ELECTRICO
CABLE SINPANTALLA
ALTA CONCENTRACIONDE CAMPO
Cables de Media Tensión
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CAPA SEMICONDUCTORA EXTERNA
PANTALLAMETALICA
DISTRIBUCION DECAMPO UNIFORME
Cables de Media Tensión
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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
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Funciones de la Cubierta
� Protección Mecánica
� Abrasión, golpes
� Protección contra agentes en el suelo
� Humedad, compuestos químicos
� Protección contra rayos UV
� Materiales:
� PVC
� Polietilenos
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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!!!!
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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
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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
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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
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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
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CINTA DECAUCHO
EPR
CAUCHO DE SILICONACONTRAIBLE EN FRIO
CAUCHOEPDM
MOLDEADODESLIZANTE
EVA – TERMO-CONTRAIBLE
Recuperar el aislamiento – Métodos comunes
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Métodos másComunes
EMPALMETERMOCONT.
EMPALME DE CINTASEMPALME MOLDEADO
CintaSemiconductora Cubierta Semiconductora
Moldeada Integral
Tubo Semiconductor TC
Reemplazo de la Semiconductora Externa
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Cinta deCobre Estañado
Manga de Pantalla(o Media Metálica)
Alambres del Neutro(originales de los cables)
Tira de Tierra
Reemplazo de la Pantalla Metálica
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Resina
Armorcast™Protecc. Mecánica
Caucho MoldeadoSemiconductor
Cintas de Caucho y Vinilo
Contraible en Frío
Termocontraíble
Recuperación de la Cubierta – Métodos Comunes
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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
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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
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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
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Punta de Lápiz…. Por que?
80 20
Aislacion Conductores Aislacion
8020
Primaria Primaria
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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
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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
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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
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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
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Tecnologías de Empalme en MT
� 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
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Empalmes Termocontraibles
� Cuerpo de Partes Múltiples
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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
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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
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Necesidad de aplicar calor uniformemente
CABLE CABLE
CALOR UNIFORME
CABLE CABLE
CALOR NO UNIFORME
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Tecnologías de Empalme en MT
� 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
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Tecnologías de Empalme en MT
� 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
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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
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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
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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
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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
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Sin Cubierta Exterior
Cubierta Contraíble en Frío Cubierta Termocontraíble
Protección Exterior
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Tecnologías de Empalme en MT
� 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
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Tecnologías de Empalme en MT
� 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
� Amplio rango de aplicación
� Partes pre-ensayadas
� No requiere herramientas
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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
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Control de campo de alta constante dieléctrica
CAPA SEMICONDUCTORA CAPA AISLANTE DE ALTA CONSTANTE DIELECTRICA
ELECTRODO SEMICONDUCTOR
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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
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3M Mercados Eléctricos
Control de campo de alta constante dielectrica (2)
Control de Campo Alta-K
NucleoCapa semicond. externaAislación
Electrodo
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3M Mercados Eléctricos
Control de campo de alta constante dielectrica (2)
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
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3M Mercados Eléctricos
Control de campo de alta constante dielectrica (2)
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.)
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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
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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
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3M Mercados Eléctricos
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
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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)
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3M Mercados Eléctricos
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
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3M Mercados Eléctricos
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
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Comportamiento de la interfaz
1076Despues de la estabilización
de Ciclos Térmicos 130°C
9933Despues de la estabilización
de Ciclos Térmicos 90°C
10541Despues de la estabilización
de Ciclos Térmicos a 75°C
1077Despues del 1er. Ciclo
Térmico a 130°C
9438Despues del 1er. Ciclo
Térmico a 90°C
10649Despues del 1er. Ciclo
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
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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
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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
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Avances en la tecnología Contraíble en Frío
Cable C (Principal)
Cable A (Derivado)
Cable B (Principal)
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3M Mercados Eléctricos
Avances en la tecnología Contraíble en Frío
EMPALMES DERIVACIÓN EN MEDIA TENSION
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3M Mercados Eléctricos
Terminaciones
para
Cables de Media Tensión
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Campo Eléctrico en un cable de Media Tensión
LINEAS DE FLUJO ELECTRICO
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Campo Eléctrico en un Cable de Media Tensión
LINEAS EQUIPOTENCIALESLINEAS DE FLUJO
ELECTRICO
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Hacer una terminación en un cable con pantalla significa:
Discontinuar, o darle fin a la pantalla de la
aislación.
Definición:
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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
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LINEAS DE FLUJO ELECTRICO
Concentración de Campo en el Corte de la Pantalla
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LINEAS EQUIPOTENCIALES
Concentración de Campo en el Corte de la Pantalla
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3M Mercados Eléctricos
Daño en un cable sin Control de Campo
CAPA SEMICONDUCTORA REMOVIDA
(Para Claridad Visual)
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3M Mercados Eléctricos
� 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
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Método Geométrico
LINEAS DE FLUJO ELECTRICO
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3M Mercados Eléctricos
Metodo Resistivo
� Consiste en amortiguar el campo electrico mediante
un tubo semiconductor
� Habitualmente tecnología termocontraíble
� Riesgo de falla por instalación fallida
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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.
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3M Mercados Eléctricos
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
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Método de Alta-K
LINEAS DE FLUJO ELECTRICO
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TERMINACION
CON CONTROL
GEOMETRICO
TERMINACION
CON CONTROL
DE ALTA-K
105
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3M Mercados Eléctricos
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
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3M Mercados Eléctricos
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
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Terminaciones de acuerdo a la norma IEEE 48-1990
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
108
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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
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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
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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
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Degradación Superficial o “Tracking”
� Es la degradación irreversible de la superficie
de un material debido a la formación de
caminos conductivos de carbono.
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Degradación Superficial o “Tracking”
Componentes
producidos
a partir de
compuestos
orgánicos
Alto Contenido de Carbono
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Condiciones Necesarias para el “Tracking”
� Contaminación
� Partículas que se encuentran en la intemperie
� Substancias Químicas
� Sal
� Humedad
� Neblina, Condensación
� Lluvia
� Tensión
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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
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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.
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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
119
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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
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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
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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
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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
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Hidrofobicidad de la Silicona
El agua forma gota sobrela terminación nueva
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Hidrofobicidad de la Silicona
El agua tambien forma gota luego de envejecido y contaminado
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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
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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)
128
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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.
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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
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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
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Cámara de Niebla Salina
Ensayo sobre
Terminaciones
en Ambiente
Severo de
Niebla Salina
Conductividad:
1000 uS/cm
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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
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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
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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
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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
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Test de Contaminantes Líquidos(Ensayo de Material)
ASTM 2303 (Resistividad: 370-400 Ohm-cm)
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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
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3M Mercados Eléctricos
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.
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Terminaciones de acuerdo a la norma IEEE 48-1990
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
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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.
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Tecnologías disponibles
CINTAS
PUSH-ON
TERMOCONTRAIBLE
CONTRAIBLE EN FRIO
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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
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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:
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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
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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
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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
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Terminaciones termocontraíbles
� 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
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Terminaciones termocontraíbles
� 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
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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
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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
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3M Mercados Eléctricos
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